机加厂房负荷计算分析

1、誖2011年第9BUILDING期ELECTRICITY机加厂房负荷计算分析逯霞（中国航空规划建设发展有限公司，北京市100120）LoadCalculationandAnalysisofaMachiningPlantLuXia（ChinaAviationPlanningandConstructionDevelopmentCo.，Ltd.，Beijing100120，China）AbstractThispaperanalyzesanddiscussesavarietyofloadcalculationmethodsformachiningplants，andsummarizestheappli

2、cablescopeofvariousloadcalculationmethods.KeywordsPowerfactormethod摘验负荷计算公式Pc=P+Kx+负荷计算5。表12（1-Kx）n进行MachiningplantLoadcalculationUtilizationfactorTab.1工业用电设备的Kx、cos及tan0.651.17DemandfactormethodKx，cosandtanofindustrialelectricequipmentEmpiricalformulamethod要Loadrate用电设备组名称小批生产的金属冷加工机床大批生产的金属冷加工机床分析

3、探讨机加厂房各种负荷计算方法，机加厂房负荷计算功率因数负荷率需要总结各种负荷计算方法的适用范围。关键词系数法利用系数法经验计算公式法小批生产的金属热加工机床大批生产的金属热加工机床负荷计算是建筑电气设计的基础，负荷计算结果的准确性直接影响建筑电气设计的合理性及投资成本。负荷计算的方法较多，如何正确利用各种计算方法成为电气设计的关键。注：Kx需要系数；cos功率因数；tan用电设备功率因数角相对应的正切值。表2利用系数Kl、cos及tancostan1负荷计算的方法机加厂房即以机械加工为主的厂房，其主要动力Tab.2UtilizationfactorKl，cosandtan用电设备组名称一般工作

4、制小批生产用金属切削机床（小型车、刨、插、铣、钻床、砂轮机等）一般工作制大批生产用金属切削机床重工作制金属切削机床（冲床、自动车床、六角车床、粗磨、铣齿、大型车床、刨、铣、立车、镗床）小批生产金属热加工机床（锻锤传动装置、锻造机、拉丝机、清理转磨筒、碾磨机等）大批生产金属热加工机床Kl0.10.12设备包括各种机床，如：车床、刨床、镗床、磨床、铣床、插床、切断机床，以及各种数控机床等。设计过程中我们经常会遇到机加设备的配电及机加厂房负荷计算问题，负荷计算的方法有：需要系数法、利用系数法、单位指标法等。在工业与民用配电设计手册第三版中给出了运用需要系数法和利用系数法确定机床设备的计算负荷，系数取

5、值如表1及表2所示。除了采用需要系数法和利用系数法，也可根据经0.16注：Kl用电设备组在最大负荷班内的利用系数。作者信息逯霞，女，中国航空规划建设发展有限公司，工程师。供电与配电如何正确的使用上述3种负荷计算方法和表1、表2给出的参数，成为做好机加厂房配电系统设计的主要因素。电动机的空载损耗，kW；P0电动机的额定效率；N电动机的功率因数，cos=cos电动机的视在功率，kVA；S电动机空载时的无功损耗，kvar。Q0式（1）、（2）电动机的特性曲线可用图1表示。2设备计算电流确定众所周知，三相交流设备的电流计算公式为：P1；SIN=PN%，在正确应用此公式之前我们需要先明确三相异步电动机的

6、几个基本概念：额定功率PN：电动机在额定工况下运行时，额定电压UN：电动机在额定工况下运行时，额定电流IN：电动机在额定工况下运行，转转轴输出的机械功率。施加在定子绕组上的线电压。轴输出额定功率时，流入定子绕组的线电流。额定功率因数cosN：电动机在额定工况下额定效率N：电动机在额定工况下运行时，图1电动机的特性曲线运行时，定子侧的功率因数。Fig.1Characteristiccurvesofelectrmotors由图1可以看出，对于一台给定的电动机而言，其运行效率、功率因数均取决于电动机的负荷率，分析如下：转轴输出的机械功率（额定功率）与定子侧输入的电功率（额定输入功率）的比值。明确上述

7、基本概念之后电动机输入电流的计算公式应该为IN=a.电动机负荷率低于40%时，其运行效率才PN姨UNcosNN%，其中电动机的额定迅速下降。当电动机负荷率达到40%以上时，运行效率较高。功率PN在铭牌上给出，电动机的效率、功率因数b.效率曲线的最高点为电动机的最高运行效率，cos可以分别用式（1）、式（2）表示：=PN+P0+2P2P1其对应的负荷率为最佳负荷率，用e表示，从曲线可以看出e一般在60%80%之间。c.电动机空载时功率因数很低，在10%20%PN1-1PN-P0NN（1）之间，随着负荷率增加，功率因数也增大，当为80%以上时功率因数达到最高。根据资料统计，车床、铣PN+P0+2c

8、os=1-1%PN-P0姨姨床满载时的电动机效率为（2）%70%80%，钻床为80%85%，磨床为80%90%，刨床、插床为65%75%。姨%PN+P0+22-1PN-P0%+Q0+2NNtgN-Q0N式中：电动机的效率；电动机的有功输出功率，kW；P2电动机的有功输入功率，kW；P1电动机的负荷率，=对于给定的机床设备，可根据电动机的特性曲线及公式（1）、（2）求出机床电动机的功率因数，然P2；PN后利用公式IN=PN姨UNcosN%计算得出机床设备的额定电流。有的数控机床设备商直接给出机床设备的额定电流，作为设计依据。机加厂房负荷计算分析（逯霞）电动机的额定功率，kW；PN537誖2011

9、年第9BUILDING期ELECTRICITY3分析举例下面举例说明机床设备的负荷计算。某厂房有特性曲线的分析可知，其cos=0.65×0.80.9×0.8=0.520.72，所以在应用公式进行电流计算时不能直接利用表1和表2给出的功率因数0.50n条生产线，其中较为典型的生产线机床设备负荷如表3所示，所有机床设备的额定电压均为三相380V。表3设备号0.65，否则计算结果会偏大，从而使得开关和导线选择均偏大，造成不必要的浪费。同时也不能直接典型生产线机床设备负荷表/kWTab.3Typicalloadsheetofmachinetoolsofproduction-line

10、/kW1生产线号利用公式I=P姨Ucos%，将电动机功率因数按照220320456789合计cos=0.8进行计算，这样计算电流则偏小。32整条生产线的配电生产线的配电计算可以采用需要系数法、利用系数法和经验公式法。abc72864112813405.513118142588276648321运用需要系数法计算注：表中20kW以上的设备均为数控机床，铭牌值PN/IN分别为：20kW/45A、40kW/89A、64kW/143A、72kW/161A。运用需要系数法计算时，设：cos=0.60，Kx=0.25，则：a生产线的计算有功功率Pc=112kW；b生产线的计算有功功率Pc=KxP=0.25

11、×88=22kW；c生产线的计算有功功率Pc=KxP=0.25×276=69kW。其中b生产线的计算有功功率小于最大单台设备的额定功率，计算电流为56A，如果6号设备（40kW该案例的配电包括单台设备的配电、生产线的配电，以及整个厂房的配电。其中整个厂房的配电及负荷计算采用表1、表2给出的需要系数法或利用系数法计算，在此不再列出。下面就单台设备的配电和生产线的配电进行具体的分析计算。单台设备配电按照电流的计算公式I=/89A）额定运行时整条生产线会因为过电流而断电。由此可见需要系数法的负荷计算结果不够合理，利用此计算结果进行导线和开关的选择都不合理。但表1给出的需要系数的取

12、值为经验值，我公司几十年实践应用证明：考虑电动机的特性曲线（图1）及机床设备的工作特点（多台电机不可能同时额定功率运行）后，需要系数法的计算结果一般能够满足生产线的负荷需求，但随着数控机床的大量应用以及数控机床功率的不断增加，需要系数法用于功率相差较大的、设备较少的生产线的负荷计算，其计算结果不够合理，31P姨Ucos%，对于数控机床，如a生产线的2号数控机床，铭牌已经给出P、U、I值，通过上式可以反推出设备的cos=0.68，若cos=0.8，则=0.85，满足电动机的特性曲线。可按照额定电流进行保护开关的整定及导线截面的选择。那么，对于一般的机床设备，根据上述电动机表4典型生产线利用系数法

13、负荷计算结果Tab.4Loodcalculationresultsoftypicalproduction-lineusingutilizationfactormethod用电设备中，用电设备用电设备n1台设备用电设备平均计算用电设备单台设备功率n1台数的的总设备Pn1功率最大系数利用系数的有效有效台数生产组的设备利用系数有功功率不小于最大相对值台数的相对值功率台数相对值线号功率KmKl一台设备功率nKavnPc/kWP/kW11288276一半的台数n1Pn1/kW7240192Pnyxnyxlabc3891131124712446供电与配电出现了过电流跳闸事故。e.变电所负荷计算可以采用利用

14、系数法、需要322运用利用系数法计算系数法、经验计算公式。此时的经验计算公式系数已经接近需要系数法的需要系数值，因为经验计算公式Pc=PKx+由于利用系数法的计算系数与设备台数和功率均有关，所以计算结果比较准确。运用利用系数法计算所得的部分生产线的负荷计算结果见表4。从表4可以看出，利用系数法的计算结果大于需要系数法。b、c生产线的计算结果分别为47kW/119A、2（1-Kx），当n越大时，Kxn+2（1-Kx）越接近Kx，n为无穷大时，即等于Kx。n1周希章，周全，编著.常用电机的选择和应用M.124kW/314A，此值较需要系数法的计算结果更加合理。以往的实践证明利用系数法的计算结果一般

15、能够满足生产线的负荷需求。323运用经验公式法计算北京：机械工业出版社，2007.运用经验公式Pc=PKx+2（1-Kx）n2周希章，周全，等编著.如何正确选用电动机M.北京：机械工业出版社，2007.3中国航空工业规划设计研究院，组编.工业与（n4）计算，因为系数与设备台数有关，其计算结果较需要系数法合理，但还是不能体现与单台设备容量的关系。具体计算结果为：b生产线的计算有功功率Pc=PKx+民用配电设计手册M.北京：中国电力出版社，2005：3-10.4孙旭东，王善铭，编著.电机学M.北京：清华大学出版社，2006.5吴元标.工厂电力负荷计算方法的探讨J.建2（1-Kx）=88×

16、0.438n=38.5kW；c生产线的计算有功功率Pc=PKx2（1-Kx）=276×0.417=115kW。+n筑电气，1985（2）：5.2011-01-15来稿2011-07-22修回4总结a.单台机床设备的电流计算应采用公式：2222222222222222222222I=P姨UIcosb.%建筑电气杂志社迁址公告19812011，金秋10月，建筑电气迎来她第。对于多台机床设备（n4）、单台机床设备的功率相差不大的配电干线进行负荷计算时可以采用需要系数法、利用系数法和经验公式，计算结果误差在工程允许范围内。30个生日。值此30周年刊庆之际，建筑电气杂志社将喜迁新址办公。新办公地址：成都市天府大道北段866号C座4层邮编：610042电话：办公室编辑部广告部发行部网络部c.对于多台机床设备（n4）、单台机床设备的功