如何确定电动机负载？

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电动机负载是指电动机所消耗的电流。它取决于电机轴上的负载。对于给定的电动机，可以使用输入功率、电流或电机速度来估算。大多数电动机设计为在额定负载的 50% 到 100% 的范围内运行。最大效率通常在额定负载的 75% 附近。

当电动机处于效率随着负载降低而显著下降的范围内时，则认为该电动机负载不足。过载的电机可能会过热并降低效率。许多电动机都设计有服务系数，允许偶尔过载。服务系数是一个乘数，表示电机在理想环境条件下可以过载的程度。

确定电动机负载

方法 1 – 根据输入功率确定电动机负载

当有直接读取的功率测量值时，我们可以使用它们来确定电动机负载。通过使用手持设备测量电机的参数，可以使用公式 (1) 确定加载电机的三相输入功率。然后，我们可以通过将负载下的测量输入功率与电机在额定容量下运行时所需的功率进行比较来量化电机负载。

三相电动机的输入功率为：

$$\mathrm{P_{i}=\frac{\sqrt{3}\times\:V\times\:I\times\:\cos\varphi}{1000}\:\:\:...(1)}$$

其中：

• P_i 是三相输入功率，单位为 kW，

• V 是 RMS 线电压，

• I 是 RMS 线电流，以及

• cos φ 是电机的功率因数。

三相电机的额定输入功率为：

$$\mathrm{P_{i_{rated}}=hp\times\:\frac{0.746}{\eta\:f_{1}}\:\:\:...(2)}$$

其中：

• P_irated 是额定负载下的三相输入功率，单位为 kW，

• hp 是铭牌上的额定马力。

• ηf_i 是满载效率。

因此，电机负载为

$$\mathrm{电动机负载=\frac{P_{i}}{P_{i_{rated}}}\times\:1000\%\:\:\:(3)}$$

其中：

• P_i 是测得的三相功率，单位为 kW，

• P_irated 是额定负载下的输入功率，单位为 kW。

使用公式 (3)，可以确定电动机负载。

方法 2 – 根据电机电流确定电动机负载

当仅有电流测量值可用时，建议使用电流负载估算方法。电机消耗的电流与负载近似线性相关，直至额定负载的 50% 左右。低于额定负载的 50%，电流变得非线性，因此在低负载区域，电流测量方法不用于负载确定。因此，可以使用以下公式计算电动机负载。

$$\mathrm{电动机负载=\frac{I}{I_{r}}\times\:\frac{V}{V_{r}}\times\:100\%\:\:\:...(4)}$$

其中：

• I 是 RMS 电流，

• I_r 是额定电机电流，

• V 是 RMS 线电压，以及

• V_r 是电机的额定电压。

方法 3 – 根据滑差确定电动机负载

当有运行速度测量值时，可以使用滑差方法来估算电机负载。电机的实际速度小于同步速度。因此，同步速度和实际速度的差值称为滑差。滑差与驱动设备施加在电机上的负载成正比。

通过使用转速表测量实际电机速度，可以计算电机负载。使用以下公式，可以根据滑差确定电动机负载。

$$\mathrm{电动机负载=\frac{Slip}{N_{s}-N_{r}}\times\:100\%\:\:\:...(5)}$$

其中：

• Slip =（同步速度 - 测量速度），

• N_S = 同步速度，单位为 RPM，

• N_r = 额定电机速度。

数值示例 (1)

一台电动机的功率为 40 马力，转速为 1500 RPM。该电机已有 10 年历史，并且已经过绕组。如果电工进行以下测量，请确定电机的负载：-

线电压	线电流	功率因数
VRY = 465 V	IR = 35 A	Cos φR = 0.78
VYB = 475 V	IY = 32 A	Cos φY = 0.76
VBR = 470 V	IB = 30 A	Cos φB = 0.75

解决方案 -

这里：

$$\mathrm{电压,V=\frac{V_{RY}+V_{YB}+V_{BY}}{3}=\frac{465+475+470}{3}=470\:V}$$

$$\mathrm{电流,I=\frac{35+32+30}{3}=32.33A}$$

$$\mathrm{功率因数,\cos\varphi=\frac{0.78+0.76+0.75}{3}=0.763}$$

因此，电机消耗的负载为：

$$\mathrm{P_{i}=\frac{\sqrt{3}\times\:V\times\:I\times\:\cos\varphi}{1000}=\frac{\sqrt{3}\times\:470\times\:32.33\times\:0.763}{1000}=20.08\:kW}$$

因此，电机对供电系统的电气负载为 20.08 kW。

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数值示例 (2)

一台电动机的同步速度为 1500 RPM，铭牌满载速度为 1450 RPM，测量速度为 1470 RPM。电机的额定马力为 20 马力。确定电机的实际输出马力。

解决方案 -

$$\mathrm{电动机负载=\frac{1500-1470}{1500-1450}\times\:100\%=60\%}$$

因此，实际输出马力为：

$$\mathrm{实际输出马力 = 20 \times 60\% = 12\:马力}$$