高效低壓三相異步電動機效率測試方法對比分析

項京成 徐華月 黃和平 翁曉偉 鄭海杰

（1.臺州市產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測研究院，浙江 臺州 318000；2.臺州方圓質(zhì)檢有限公司，浙江 臺州 318000）

0 引言

電動機是用電量最大的終端耗電設備，目前，我國國內(nèi)中小型電動機保有量達16億kW，成為世界上最大的中小型電動機生產(chǎn)、使用和出口國。隨著GB 18613—2020《電動機能效限定值及能效等級》標準的發(fā)布實施及國家碳達峰、碳中和戰(zhàn)略構(gòu)想的大力推進，提升電動機效率成為國內(nèi)市場上大小電機企業(yè)的重要目標，而在這一過程中，電動機能效的精準測量無疑是重要的一環(huán)。鑒于此，本文將著重探討三相異步電動機效率的不同測試方法可能存在的差異。

1 試驗方法介紹

目前，中小型三相異步電動機能量效率的確定方法主要有以下幾種[1]：A法（輸入-輸出法）、B法（測量輸入和輸出功率的損耗分析法）、C法（成對電機雙電源對拖回饋試驗損耗分析法）、E法或E1法（測量輸入功率的損耗分析法）、F法或F1法（等值電路法）、G法或G1法（降低電壓負載法）、H法（原圖法）。其中最常用以及適用范圍較廣的方法為A法、B法及E1法3種，現(xiàn)針對3種能效確定方法的異同進行分析。

1）A法。輸入-輸出法，即只需要通過熱試驗和負載試驗確定電機在基準冷卻介質(zhì)溫度、額定負載下的輸入功率、輸出功率，通過輸入/輸出的比值確定效率，如式（1）所示：

式中：P1為修正至基準冷卻介質(zhì)溫度的輸入功率；P2為修正至基準冷卻介質(zhì)溫度的輸出功率。

2）B法。測量輸入和輸出功率的損耗分析法，即進行空載試驗、熱試驗、負載試驗及轉(zhuǎn)矩修正試驗等確定各項損耗及額定負載下的輸入功率，通過輸入功率與總損耗的差值比上輸入功率得到效率，如式（2）所示：

式中：P1為修正至基準冷卻介質(zhì)溫度的輸入功率；PT為修正至基準冷卻介質(zhì)溫度的總損耗。

3）E1法。測量輸入功率的損耗分析法，E1法與B法的區(qū)別主要在于不需要測定輸出端參數(shù)，如輸出功率、輸出扭矩等。此外，E1法按照推薦值確定負載雜散損耗，而B法通過負載、空載試驗分析確定，與輸入功率、輸出功率、輸出轉(zhuǎn)矩等參數(shù)相關。

2 試驗方案

計劃進行如表1所示的共9組低壓三相異步電動機能效試驗，以探究不同測試方法對電動機效率確定的影響以及對不同機座號電動機的影響情況。

表1 效率確定試驗組的設置

3種測試方法所需要測試的參數(shù)如表2所示。不難發(fā)現(xiàn)，A法與B法所測量的參數(shù)較全，相對的不確定度也較小，而E1法不確定度較高。

表2 A法、B法和E1法確定效率需要測試的參數(shù)

3 測試結(jié)果及分析

3.1 測試結(jié)果匯總

對3種不同型號的電動機分別用A法、B法和E1法進行效率測試，具體數(shù)據(jù)及結(jié)果如表3～表5所示。在電動機檢測過程中，定/轉(zhuǎn)子銅耗、鐵耗、風摩耗都比較容易測得，唯有雜散損耗的測量較為復雜[2]。

表3 YE4-160M-4三相異步電動機測試結(jié)果匯總

3.2 各方法所得效率數(shù)據(jù)分析

對表3、表4、表5的數(shù)據(jù)分析可得3種型號的電動機通過上述3種效率確定方法得到的效率折線圖，如圖1所示。

圖1 采用A法、B法、E1法測得的效率結(jié)果

表4 YE4-180M-4三相異步電動機測試結(jié)果匯總

表5 YE4-280S-6三相異步電動機測試結(jié)果匯總

可以看到，采用B法，各臺樣機的效率均能達到2級能效的要求。以YE4-160M-4這臺樣機舉例，對比分析可得，B法確定的能效較A法和E1法分別高出了0.70個百分點和1.40個百分點。其他兩臺樣機B法效率相較A法、E1法分別高出0.65個百分點、0.90個百分點與0.65個百分點、1.07個百分點。

3.3 各方法參數(shù)分析

由于A法測量時各項損耗測量不全，故對B法、E1法的各項損耗進行比對，同樣以YE4-160M-4樣機為例，各項損耗比對如圖2所示。

圖2 B法、E1法各項損耗對比

從圖2可得，針對同一臺電機，采用B法和E1法得到的鐵耗、機械耗及定/轉(zhuǎn)子損耗的測量值相差不大，但是雜散損耗差距較大，可達兩倍以上。究其原因，B法雜散損耗為試驗計算得出，E1法雜散損耗為按推薦值確定。而雜散損耗與功率大小、極數(shù)、材料等因素有關[3]，能效越高的電動機，其質(zhì)量越好，雜散損耗也相對越小，與E1法中雜散損耗的推薦值偏離也越遠。因此，高能效等級三相異步電動機的效率確定不宜應用E1法，E1法適用于B法難以直接測量的、1000 kW以上的異步電動機。

同樣以YE4-160M-4樣機為例，圖3繪制了該電動機在A法及B法各負載點的效率值，可以看到，額定點的A法效率與B法效率值接近，但額定點兩側(cè)的效率值存在較大差值，導致最終擬合得到的負載點效率相差較大。分析可得，在采用A法進行測試時，設備精度高，會降低分析及測量誤差，以減小結(jié)果偏差。

圖3 A法及B法各負載點的效率值及擬合曲線

4 結(jié)論

為了準確確定高效三相異步電動機的能量效率，對IE4能效等級的3組電動機樣機在3種測試方法（A法、B法、E1法）下進行效率測試。通過數(shù)據(jù)處理及分析，得出以下結(jié)論：

1）3種效率確定方法中，A法、B法檢測測試的參數(shù)較全，且對同一型號電動機，B法效率最高，A法次之，E1法測得的效率最低，不同的測試方法效率結(jié)果存在差異。

2）在2級能效的中小型三相異步電動機效率確定過程中，E1法的結(jié)果相較于B法的結(jié)果低1個百分點以上。主要原因是E1法的雜散損耗為推薦值，難以準確反映高水平電動機的實際情況，造成較大的偏差。因此，較高能效等級的電動機，即能效1級、2級的異步電動機不適用E1法確定效率，會導致確定效率值偏低。

3）A法確定效率的準確度受儀器精度的影響較大，對于功率較小電動機的效率確定值存在一定偏差。因此，推薦小功率電動機在條件允許的情況下，盡量用B法檢測，保證測量效率值的準確度。