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损耗对电机参数的影响
xiao_xiao1 发表于 2009/3/18 12:34:28 697 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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损耗的存在会对电机的参数产生重要影响。例如，损耗增大，信号电机的输出相位移会变大；损耗增大，力能电机的温升会增高，但损耗增大，可提高交流电机的功率因数。
2 损耗对信号电机输出相位移的影响
信号电机的输出相位移是一项重要指标，旋转变压器、自整角机，特别是多极旋转变压器，都提出对输出相位移的要求。例如28ZC30P差动式自整角机，技术标准要求每台考核输出相位移，φ≤8°。
信号电机的输出相位移，主要由电机的损耗（阻抗）产生。用交流电机的功率三角形说明如图1所示。图1中，有功功率P与视在功率S之间的夹角φ，称为功率因数角。而无功功率θ与视在功率S之间的夹角α，则近似等于输出相移角。设输出相移角为θ，则θ＝90°－φ－β。式中，β为电机的铁内损角，即空载激磁电流超前主磁通Φm的夹角，28ZC30P自整角机一般为5°左右。功率因数角φ的大小，等于三角形中的反余弦φ=arc cos
。而输出相移角θ的大小，则略小于三角形中的反正弦arc cos≈90°－φ－β。由图中的φ与θ的关系可知，1台电机的功率因数角φ越小，则输出相移角θ越大。反之功率因数角φ越大，则输出相移角θ越小。这个关系反应在信号电机中则有：①损耗越大的电机，输出相移角θ越大。这是因为，损耗越大，反应在功率三角形中的P越大，这样功率因数角φ必然减小。因输出相移角θ≈90°－φ－β，φ减小，自然输出相移角θ会增大。表1是对一种28ZC30P差动式自整角机损耗与输出相位移关系的实验记录。选择电机8台，频率400Hz，激磁电压49．4V，输出电压12V，激磁功率≤0.95W,激磁电流≤45mA，输出相位移≤8°。
从表1中可以看出，损耗最大的3＃、5＃电机，实测相移角最大；损耗最小的7＃电机，实测相移角最小，符合上述结论。但功率因数角越大输出相移角越小的结论，表1中大部分电机符合，少部分电机不符
未实测。②电机发热后，输出相移会变大。这是因为，电机发热后，R变大，等效于功率三角形中的P变大，功率因数角φ减小，故输出相移角变大。电机带负载后，功率三角形中的P变大，功率因数角φ减 小，输出相移角变大。③电机带负载后，功率三角形中的P变大，功率因数角φ减小，输出相移角会增大，但这仅是感性负载如此。阻性负载很特殊，带负载后输出相移角反而减小。可认为，因阻性负载
与U·接近同相，从而影响激磁电流与主磁通
的夹角增大，等效于空载铁内损角增大，故输出相移角减小。表2是测试28ZC30P发热和负载变化对输出相移的影响。从表2中可以看出，阻性负载等效铁内损角大到16．74°。
因为增大损耗，可以增大信号电机的输出相位移，所以旋转变压器误差测试的相位补偿中，用增大激磁电阻来增大补偿电机输出相位移进行相位补偿，其原理也是增大损耗。
3 损耗对感应电机功率因数的影响
感应电动机的效率与功率因数是相互矛盾的。
对于同一种电机，效率高，则功率因数低。反之效率低则功率因数高，功率高，对电机使用有好处；但功率因数低，会降低电网输送效率，因功率因数低，电网无功损耗大。因此对交流感应电机，既要对效率指
标提出较高要求，也要对功率因数指标提出较高要求。
电机效率低，说明损耗大。而对于交流电机，损耗是阻性的，这样，损耗越大，在功率三角形中的P越大，功率因数角φ则越小，功率因数cosφ越高。反之，效率高，说明损耗小，在功率三角形中P也越小，功率因数角φ则变大，功率因数cosφ变低。表3是测试二种交流电机损耗与功率因数关系的实验记录。一种是电容运转脱水机电机YYG－50，一种是三相550W分子泵电机YZB－55。
从表3中可以看出，二种电机均表现为：效率高，功率因数低；效率低，功率因数高。在电机制造中，为了满足这2项指标，往往顾此而失彼。如要提高功率因数，则应减小电机气隙，增加每相串联匝数。而要提高效率，则应增大电机气隙，这样可减小谐波杂散损耗，因谐波杂散损耗与气隙的1．5～1．6次方成正比。二者措施刚好相反。
一般三相感应电机效率高，空载损耗很小，所以空载功率因数cosφ很低，一般小于0．5。而单相罩极电机，因有罩极短路环，效率很低，空载损耗很大，所以空载功率因数很高，cosφ可达0．9。电容运转电机，有的空载损耗也很大，如表3中的YYG－50脱水机电机，2台效率均为65％左右，空载损耗大，所以空载功率因数均较高。1＃电机，电压220V，空载电流0．52A，空载输入功率98W，cosφ＝0．86。2＃电机，电压220V，空载电流0．54A，空载输入功率103W,cosφ＝0．87。
一般，信号电机空载损耗很小，故功率因数很低，cosφ＝0．2左右。如表1中的28ZC30P差动式自整角机的功率因数即如此。故测试信号电机的输入功率时，应选用低功率因数瓦特表。
4 损耗对温升的影响
电机是一种能量转换机械，在能量转换过程中，必然要产生损耗，不管这些损耗以什么形式表现，最终都是以热能的形式散失掉。如铜耗、铁耗、机械耗等，最终都是使电机发热。因此，对于同一种电机，损耗越大的电机，发热越严重，则温升越高，而效率越低，如表3中的二种电机温升均如此。如果在温升测试中得出相反的结果，则说明测试不准确，应找出原因重新测试。三相电机温升测试，三相电阻一样，电流一样,铜板一样,故用电阻法测温升可选择任何一相测试即可。电容运转电机测温升,则不能任意选择一相测温升.因电容运转电机主、副相铜耗并不一样，铜耗大的温升高，铜耗小的温升低。故电容电机测温升，应该择铜耗大的一相测温升才合理。表4是对一种FC6-1211，120V、60Hz电容运转电机各绕组温升测试的比较记录。
从表4中可以看出，铜耗大的主相温升最高，达74.4K，铜耗小的副相温升最低，只有45.6K，相差近30K。主、副相串接测温升，则是二者的平均温升54.2K。可见，电容运转电机测温升，不能任意选择一相测温升，也不能主、副相组串接测温升，一定要选择铜耗大的一相测温升才是真正的温升。
另外，电容运转电机，空载与负载主、副相电流变化并无一定规律。有的电机负载后主相电流增大，副相电流减小。有的则相反，负载后主相电流减小，副相电流增大。有的则负载后主、副相电流同时增大。对于前两种情况，电机空载时其中一相电流比负载更大，铜耗更大。所以有的电容运转电机空载温升很高，有时甚至高于负载温升，这就是有的电容运转电机不能空载，空载反而出现烧毁电机的现象的原因。
直流电机长期运转后，电刷接独变差，接触损耗变大，换向器温升很高，故出现换向器发红，刷辫焊锡熔脱现象。如一种永磁24V、200W直流自行车电动机，电枢电阻0.09Ω，寿命减验初始测动态电阻为0.13Ω，接触电阻为0.04Ω。10A运转500h后，动态电阻变为0.27Ω，接触电阻为0.18Ω。此时的接触损耗P=I2R=102×0.18=18W。这样大的损耗，换向器当然会出现发红等现象。
5 结论
经过分析，可以看出损耗对电机参数可造成较大影响。电机实验人员，应了解和认清这些影响，才能准确对电机参数进行测试。