泵电机功率计算范文

第一篇：泵电机功率计算范文

泵功率与配置电机功率的关系

泵轴功率和电机配置功率之间的关系

功率是设计点上原动机传给泵的功率，在实际工作时，其工况点会变化，

因此原动机传给泵的功率应有一定余量，另电机输出功率因功率因数关 系，因此经验作法是电机配备功率大于泵轴功率。 轴功率余量:

0.12-0.55kw 1.3-1.5倍

0.75-2.2kw 1.2-1.4倍

3.0-7.5 kW 1.15-1.25倍

11 kW以上 1.1-1.15倍

并根据国家标准Y系列电机功率规格选配。

根据API610标准电动机的额定功率,至少应等于下面给出的额定条件下功率的百分数。

电机铭牌额定功率泵额定功率的百分数

≤22kW 125%

22-55kW115%

>55kW110%

在选取电机功率应根据ISO5199加上— 安全余量。按ISO5199的安全余量.

0.81 1.1

1.1 1.5

1.7 2.2

3.2 4

4.3 5.5

6.1 7.5 9.1 11

12.8 15

15.91 8.5

19 22

26 30

32.5 37

40 45

49 55

68 75

81 90

100 110

所需泵轴功率至(kw) 选用电机输出功率(kw)

石油化工离心泵标准的选用

一、概述

离心泵具有性能范围大、流量均匀、结构简单、运转可靠和维修方便等优点，因此在工业生产中的应用最为广泛。除高压小流量时用往复泵，计量 时用计量泵，介质含气时用旋涡泵或容积式泵，黏性介质用转子泵外，其余场合一般均选用离心泵。据统计，在石油、化工装置中，离心泵的使用量占泵总量 的 70 %～ 80 %。

离心泵按其结构可分为悬臂式、两端支撑式、立式悬吊式等。

注：离心泵按其有无轴封来分，可分为有密封泵和无密封泵(也称无泄漏泵)，无密封离心泵分为磁力驱动泵和屏蔽泵。本文只对有密封泵的标准 作一剖析。

注：本表摘自API610第7版

二、常用标准说明 1. API610

API ，是美国石油协会 (American Petroleum Institute) 的简称。出版 API610 标准的目的是 为了提供一份采购规范，以便于离心泵的制造和采购。

API 610( 第七版 ) 是针对石油炼厂用离心泵提出的，其标准名为《一般炼厂用离心

泵 》 (Centrifugal Pumps for General Refinery Services) 。但实际上，使用 API610 标准 的不仅是炼油厂，石油、化工、天然气等领域均也常采用 API610 标准。为适用这一需要， 1995 年颁布的 API610( 第八版 ) 改名为 《 石油、重化学和天然气工业用离心 泵 》 (Centrifugal Pumps for Petroleum， Heavy Chemical， and Gas Industry Services) ， 并在内容上较上一版有较大的变动。

 API610 对节能问题备受关注。 API610 要求制造厂和使用厂在设备的制造、选用和运行等所用环节中积极寻求创新的节能方法。 如果这种节能方法能提高效率并降低使用期的总费用而不致牺牲安全或可靠性，则应鼓励采用。另外选择设备时的评定标准应以设备在使用寿命期内的总费用为准， 而不是以设备的采购费用为准。

在石油和化工领域，采用 API610 标准的场合较多。国际标准化组织也采纳了 API610 标准，付之于标准 号 ISO/CD13709 。

 目前最新版的 API610 是 2003 年发布的第 9 版，第 9 版的要求和第 8 版相比，许多方面的要求有所降低。由于泵厂 采用新版本的标准牵涉到许多模具需重新制作，因此到现在为止，泵厂生产的泵基本上还是第 6 ， 7 或第 8 版的泵。

2. ISO5199

ISO 是国际标准化组织的简

称。 ISO5199 ， Technical Specification for Centrifugal Pumps， Class Ⅱ ( 离心 泵技术规范 Ⅱ级 )， 主要依据是德国的 DIN 标准。其外形尺寸、性能符合 ISO2858 标准;底座符合 ISO3661 ;机械密封或软填料 用的空腔尺寸符合 ISO3069 ;性能试验 B 级符合 ISO3555 ， C 级符合 ISO2548 。

ISO5199( 包括等同或参照该标准的国家标准 ) 适用于卧式悬臂式离心泵，即表 1 中的 OH1 和 OH2 。符 合 ISO5199( 包括等同或参照该标准的国家标准 ) 的离心泵称为 ISO 泵。 中国的 GB5656/T ，德国的 DIN ISO5199 ，法国的 NF ISO5199 等效采用 ISO5199 ;英国 的 BS6836 等同采用 ISO5199 。

中国的 GB5662 ，德国的 DIN24256 ，英国的 BS5257 ，法国的 NF E44121 ，等效或等同采 用 ISO2858 。

3. ASME B73.1M/B73.2M

ASME 是美国机械工程师协会 (The American Society of Mechanical Engineers) 的 简称。

ASME B73.1M — 1991 Specification for Horizontal End Suction Centrifugal Pumps for Chemical Process ( 卧 式轴向吸入化工离心泵 ) 和 ASME B73.2M — 1991 Specification for Vertical In- line Centrifugal Pumps for Chemical Process ( 立式管道化工离心泵 ) 是美国国家标准，由泵厂和化工 生产厂共同编制， ASME B73.1M 标准仅适用于底脚安装的卧式悬臂式离心泵，即表 1 中的 OH1 。 ASME B73.2M 标准适用于 立式管道离心泵，即表 1 中的 OH3 、 OH4 、 OH5 。

其余的 ASME 化工泵标准有：

ASME B73.3M — 1996 Specification for Thermoplastical and Thmoset Polymer Material Horizontal End Suction Centrifugal Pumps for Chemical Process ( 卧 式轴向吸入热塑性塑料、热固性树脂化工离心泵 )

ME B73.5M — 1995 Specification for Sealless Horizontal End Suction Centrifugal 轴向吸入无泄漏化工离心泵 ) 。

合 ASME/ANSI 标准的化工离心泵称为 ANSI 泵。 4. GB3215 中国国家标准 GB3215 — 1989 《炼厂、化工及石油化工流程用离心泵通用技术条件 》基 5. GB/T5656 中国国家标准 GB/T5656 — 1994 《单级、单吸化工离心泵技术条件 》参照 ISO5199 编制吸入离心泵 (16Bar) 标注、性能和尺寸》参照 ISO2858 ， GB5661 《 轴向吸入离心泵机械ISO3069 ， GB5660 《轴向吸入离心泵底座和安装尺寸 》参照 ISO3661 。水力性能试验 按和旋涡泵试验方法》的 C 级或 B 级进行 ( 参照 ISO2548 、 ISO3555) 。 SH/T3139 中国石化行业标准 SH/T3139 — 2004 《石油化工重载荷离心泵工程技术规定》由中国石化工程建设公司、中国石化集团洛阳石化工程公司、中国石化集团宁波工程有限公司参编。 SHAPI610 ，并结合中国石油化工行业的特点，补充或制定了一些新的规定。该标准既反映了当，又作为石化行业对 工业装置用重载荷离心泵的基本要求，适用于我国石油化工行业重载荷括重载荷离心泵的性能设计，结构设计、材料选用以及 重要零部件的合理设计及配置等多个机组重要组成部分的辅助设备、辅助管道系统、控制和仪表等方面应遵守的准则;还对机 组等方面提出了要求。 7. SH/T3140 中国石化行业标准 SH/T3140 — 2004 《石油化工中、轻载荷离心泵工程技术规定》由中国石化工程建设公司、中国石化集团洛阳石化工程公司、中国石化集团宁波工程有限公司参编。ISO 5199 ，并结合中国石油化工行业的特点，补充或制定了一些新的规定。本标准既反映了术水平，又作为石 化行业对工业装置用中、轻载荷离心泵的基本要求，适用于我国石油化工购。主要内容包括中、轻载荷离心泵性能设计、结构 设计、材料选用以及重要零部件的合理时也提出了作为机组重要组成部分的辅助设备、辅助管道系统、控制和仪表等方面应 遵守的输及资料准备等方面提出了要求。

三、标准选用 1. 中、轻载荷离心泵

中、轻载荷离心泵是指能全部满足以下条件的离心泵：

 参数范围应同时满足： 额定排出压力 小于等于1.9MPa 泵送温度(介质温度) <225摄氏度

额定转速(汽轮机驱动时+5%) 小于等于3000r/min 额定扬程 小于等于120m 最高吸入压力 小于等于0.5MPa 悬臂泵的最大叶轮直径 小于等于333mm (1) 输送无爆炸危险性、和 / 或毒性中度、和 / 或毒性轻度的介质。

(2) 采用 ISO 2858 和 ISO 5199 — 1986 ，或 GB5662 和 GB/T5656 ， 或 ASME B73.心泵。 中、轻载荷离心泵一般采用 SH/T3140 标准，其在材料、设计、制造和试验等方面的要性相对 要差一些，当然价格也便宜许多。

类泵能满足一般化工用途的需要，常用于输送无爆炸危险性、毒性中度或轻度介质。美国， ITT/GOULDS 公司的 3196 系列，瑞士苏尔寿公司和大连苏尔寿泵及压缩机有限公司的泵业有限 公司的 IFW 、 IFS 系列，以及我国的 IH 系列 ( 含改进系列 ) 等均属此类泵 2. 重载荷离心泵

重载荷离心泵是指符合以下任一条件的离心泵：

(1) 除另有规定外，用于爆炸危险性介质和 / 或毒性极度和高度危害介质的场合。

(2) 用于无爆炸危险性、和 / 或毒性中度、和 / 或毒性轻度介质的场合，但操作条件 额定排出压力 大于1.9MPa 操作温度(介质温度) >225摄氏度

额定转速 >3000r/min 额定扬程 >120m 最高吸入压力 >0.5MPa 悬臂泵的最大叶轮直径 >333mm 载荷离心泵一般采用 SH/T3139 和 API610 标准。重载荷离心泵可靠性很高，一般要求连件)。其涉及的泵型涵盖了三大类泵，即悬臂式 (Overhung) 、两端支撑式 (Between Be(Vertical Suspended) ，如表 1 。其中 OH1 、 OH4 、 OH5 只有当买方指定和制造厂业供。

国 FLOWSERVE 公司的 SVCN7( 单级卧式泵 ) ， ITT/GOULDS 公司的 3700( 单级卧式 泵 司和大连苏尔寿泵及压缩机有限公司的 ZA 、 ZE 、 ZF 、 ZU( 单级卧式 泵 ) 、 ETL 原泵业有限公司的 UCW( 单级卧式泵 ) ，沈阳水泵厂的 SJA( 单级卧式泵 ) 等系 列均属其版次不一定全是第 8 版的。

3. 如何选用离心泵标准

不同标准的离心泵，其价格和可靠性有较大的差别。除业主或专利商特别指定需采用重载荷离心泵的场合外，其余场合应根据装置特点和工况条件 来选用离心泵的标准，做到既经济实用，又能满足装置和工况的要求。表 2 给出了石化行业离心泵标准的选用判据，供参考。

表2 石化行业离心泵标准的选用判据

条件1 超出以下参数范围的场合：

吸入压力≤0.5MPa(G)，排出压力≤1.9MPa (G)，介质温度<225℃，额定扬程≤120m，悬臂泵的最大叶轮直径 ≤333mm

条件2 泵送爆炸危险性介质的场合

条件3 泵送毒性极度或高度危害介质的场合

条件4 不设备用泵，且对泵的可靠性要求较高的场合

条件5 业主或专利商特别指定需采用重载荷离心泵的场合

判据 1. 符合条件1，或条件2，或条件3，或条件4，或条件5时，宜选用重载荷离心泵标准，即 “SH/T 3139+API 610”。

2. 除此，为降低设备采购费用，宜选用中、轻载荷离心泵标准，即“SH/T 3140+ISO 5199”，或“ SH /T 3140 + GB/T 5656 ”，或“ SH/T 3140 + ASME B73.1M/B73.2M ”。

注：SH/T3139和SH/T3140是石化行业的工程技术规定，主要引用国际标准API610和OSO5199，并结合中国石油化工 行业的特点，对API610或ISO5199未明确的内容，以及某些有争议的条款补充或指定了一些新的规定。

第二篇：风机电机功率的计算方法

选用的电机功率N=(Q/3600)*P/(1000*η)*K其中风量Q单位为m3/h，全压P单位为Pa，功率N单位为kW，η风机全压效率(按风机相关标准，全压效率不得低于0.7,实际估算效率可取小些,也可以取0.6,小风机取小值,大风机取大值)， K为电机容量系数,参见下表。

1、离心风机

功率KW

一般用

灰尘

高温 小于0.5

1.5

1.2

1.3 0.5-1

1.4

1-2

1.3

2-5

1.2

大于5

1.1-1.15

2、轴流风机：1.05-1.1，小功率取大值,大功率取小值 选用的电机功率N=(Q/3600)*P/(1000*η)*K 风机的功率P(KW)计算公式为P=Q*p/(3600*1000*η0* η1) Q—风量，m3/h; p—风机的全风压，Pa;

η0—风机的内效率，一般取0.75~0.85，小风机取低值、大风机取高值

η1—机械效率，

1、风机与电机直联取1;

2、联轴器联接取0.95~0.98;

3、用三角皮带联接取0.9~0.95;

4、用平皮带传动取0.85 如何计算电机的电流： I=(电机功率/电压)*c 功率单位为KW 电压单位：KV C：0.76(功率因数0.85和功率效率0.9乘积)

第三篇：电机功率因素和效率

1、效率低涉及：铜耗、铁耗

定子绕组铜耗大、转子导体铜损耗大、定子铁耗大、机械耗大、谐波分量损耗大

a、定子绕组铜耗大：缩短端部降低漏抗(加大启动电流)，增大导线面积降低匝数，

磁密、Tmax上升和功率因数下降

b、转子导体铜损耗大：加大转子槽面积，导致齿部和轭部磁密上升和功率因数下降

或加厚端环，或转子槽型深窄化提高漏抗，使得功率因数和Tmax均下降

c、定子铁耗大：减小定子内径引起转子磁密提高,增加铁心长度增加定子绕组匝数,使定子电阻损耗增大, 漏抗增大,减少定、转子槽口宽度和采用磁性槽楔,以减少旋转铁耗漏抗增大,使Tmax降低

d、机械耗大：在满足风量下，尽量缩小风扇直径，注意倾角改善风阻，装配精度降低轴系磨耗

e、谐波分量损耗大：选择恰当槽配合，降低

5、

7、

11、13次谐波幅值，在无法改变槽配合的时候

可以适当加大气隙，以削弱非基次谐波幅值，以减少损耗，但加大加大气隙

的结果就是励磁电流加大，功增加功率因数下降，基波幅值下降因此基本Tmax下降

2、功率因数低涉及：励磁电抗、总漏抗 磁化电流大、电抗电流大

a、磁化电流大：增加定子绕组匝数,以降低磁密，定子电阻增大，使效率降低，漏抗增大, Tmax下降。

或适当减少气隙，降低励磁电流，如果槽配合不当会提高谐波幅值，最大转矩稍微提高，

使得效率下降，电磁噪音或震动增加，温升增加，同时造成装配困难增加。

使谐波漏抗增大，增加铁心长度以降低磁密，调整槽形尺寸,使齿部和轭部磁密分配合理。

b、电抗电流大:电抗电流大,由于漏抗大所致,可以改变槽形尺寸,加大槽宽,减小槽高,增大槽口

如此，漏抗减小, 启动电流增大，同时缩短绕组端部长度以减少端部漏抗，但嵌线困难

随写几种，其实，许多是相互制约的，一般优先考虑Tmax、效率、启动电流，其次再考虑功率因数，

必将两全齐美很难，这个就要看客户的要求，来分配铜耗与铁耗、励磁电抗与漏抗的关系。

第四篇：电动自行车电机效率和功率

长期以来，电动自行车电机的效率和功率成为“说不清”的问题，无论是有关标准的叙述，还是商品的样本、铭牌标注;无论是专业人员还是销售、采购人员，电动自行车电机的效率和功率始终没有一个公认和明确的定义。所以重新讨论电动自行车电机的效率和功率问题是十分必要的。 工业标准电机的设计，大体上有2类原则： 1.发热原则：

电机的绕组、永磁材料或导电部分，主要的结构部分(如轴承)在经济使用寿命期(工业电机为15-20年，电刷允许定期更换)内允许安全运行的极限温度。一般对于上述部位分别有明确的温度(或温升)限制，不同的材料也有不同的允许极限温度。例如以聚酯薄膜聚酯纤维纸为槽绝缘和高强度聚酯漆包线组成的电气系统为B级绝缘。连续运行时允许的绕组温升极限为80K(用电阻法检测)。 2.性能原则：

性能原则包括电气性能，机械性能和其它性能等。电气性能通常指力能指标(如效率、功率因数)，转速，转速变化率，转矩，短时过载能力，换向等。机械性能一般有外形和安装尺寸限制(如在轴向或径向尺寸上有所限制)，转动惯量，材质，极限转速等。其它性能一般有噪声，振动，可靠性，性能/价格比，特殊环境用途等。

根据用途，电机大体可以分为2类。一类为驱动用，另一类为控制用。很显然，电动自行车用的电机，应当归为驱动用电机。在长期的实践中，工业驱动用的电机标准，巧妙地将上述2个原则融汇成一个整体。如交流电机的温升和效率实际上都非常接近标准的上限，你很难说它属于“发热原则”设计还是“性能原则”设计。温升和效率同时满足标准上限的电机通常效率值并不算高。还有一种“高效率”电机，通常比普通电机效率高4-7%(与功率、转速等有关)，它的温升就非常低，属于“性能原则”设计。对于短时使用的(如阀门电机，有时几天，甚至一年才能运行一次)电机，通常没有考虑效率的必要，在保证基本性能要求的条件下，应当用“发热原则”设计。反之我们也可以说，一台电机的额定功率是不确定的，按照“发热”或“性能”来确定，同一台电机的额定功率在相当大的范围内是变值。 电动自行车由于它的能源的特殊性，电机设计应当采用“性能原则”设计，即尽可能将电机效率设计得高一些。通常高效率电机的温升不会发生问题。

相信很多人会说：“那我们就把电机效率设计的高高的，不就成了吗?”。不成!因为提高效率是以有效材料(铜线、导磁材料，永磁材料)的付出为代价，即效率越高，材料消耗越多，成本越高，电机也越重。传统的电机设计有一种经典理论，即效率提高1%，有效材料要多消耗10%。对于电动自行车电机来说，想要大幅度提高效率不仅仅是单纯的材料成本问题，整车重量和体积恐怕都是不允许的。 上面我们说过，电动自行车电机设计应当采用“性能原则”设计，那么如何确定一个标准性能呢? 电动自行车的车体状态参数(轮胎花纹，规格，充气状态)，和骑行状态参数(骑行速度，路面状况)复杂，还无法用用一个标准的参数去描述骑行状态。一般来说，在以20Km/h的速度恒速平地骑行、标准负载质量(75千克)和无风的条件下，电动自行车消耗的功率为95-115W，平均功率为105W，我们可以认为这就是电动自行车“标准骑行状态”时的电机功率。考虑到在有弱风和非连续性的小的坡度下也能骑行(允许速度有所降低)，而且要有一定的动态性能(加速度)，电机的功率150-180W也足够了。电动自行车在城市骑行经常运行于起动-加速-恒速-减速-制动状态，恒速状态常常是十分短暂的。在加速过程中，电机的极限输出转矩或功率(更准确的说应当是转矩，因为功率还与转速有关)取决于控制器的限流。3倍额定电流(标准骑行状态105W时电流，36V时大约为3.6-4.0A，与电机效率有关)为12A(24V为18A)，可以获得大约3倍的额定转矩。如果要想获得更好的动态性能和爬坡性能，就要求电机的额定功率达到200 W以上，此时电机在“标准骑行状态” 运行，可能并不是最省电的。 大量的计算和实践表明，对于电动自行车电机，其性能差异主要是电机的转速，而不是有刷或无刷电机。对中、高速电机带2-3级减速机构(俗称有齿电机)和低速不带减速机构的直接驱动电机(俗称无齿电机)进行比较，并用一个统计的曲线(20km/h，610mm电动自行车)来描述(图1)。

由曲线可以看到，低速电机(无齿电动轮毂)在A区和B区附近有较高的效率，一般可以达到82-73%。在C区(加速运行状态)效率表现较差。减速电动机则有相反的表现，即在B区(标准骑行状态)效率逐渐呈现上升的趋势，总体平均值比低速电机低一些，一般在72-78%之间(与减速器有关)。在加速区表现比低速电机好，效率的最大值发生在C区甚至D区。在D区，低速电机的表现比减速电动机差很多，不过限流区是非工作区，所以没有实际意义。单就效率指标而言，低速电动轮毂和减速电动机相比，都没有压倒优势，可以说各有优缺点，目前不可能排斥掉任何一方。 由于电动自行车运行的特殊性，用单一的“标准骑行状态”也不是完全合理的。如果用一个统计的加权系数来修正效率曲线，并取A，B，C三个实际运行区间曲线下所包络的面积来确定“等效”的效率，是比较客观的，不过这样会使数据的处理变的特别复杂，难以操作，尤其在电动自行车这个行业。所以我们还是认为引入“标准骑行状态”是必要的。 具体来说“标准骑行状态”就是

功率P2=105W(可以通过进一步认证确定更合适的数值) 车速V=20km/h V=π*D*N*60*10-6 =1.885*N*D*10-4 km/h D——计算轮径，mm(实际骑行时车胎直径会比空载时车胎直径小一些) N——转速, r/min 以610mm电动自行车为例，电动轮毂的转速是 N=106103.3/D=106103.3/610=174 r/min 转矩M=9.55*P2/N=9.55*105/174=5.76 Nm 之所以引入功率概念而不是转矩，是因为在一定的车速下，不同的轮径转矩不同，而功率基本相同。 P2=M*N/9.55=D/2*F*N/9.55=K*F*V=常数(V一定时) F——电动自行车驱动力(水平分量) M=D/2*F 如果标准中同时规定在“标准骑行状态”105W和C区的中间点，约150-180W两种状态下的效率(或效率平均值)就可以规范电动自行车的实际运行性能。105W 时功率称为“标准骑行功率”;150-180W的输出功率可以规定为“额定功率”。

目前有许多企业用效率曲线的最高点作为产品的“额定”状态是错误的。因为无论是低速电动轮毂还是减速电动机，其“工作点”都不在效率曲线的最高点。再者，电动自行车运行是一个区段而不是一个点。

另一误区是商家竭力把自己的产品功率标注得很大，有时甚至超过了电机可能达到的最大功率(也许功率也与销售价格成正比吧!)。 由于电机输出功率 P2=M*N/9.55 随着转矩M的增加(电流成比例增加)，而转速N却在减少，所以P2有一个最大值，当电机的转矩小于负载转矩时，电机就制动了(N=0)，此时电机的转矩最大(电流也达到最大，称为短路)，而输出功率P2=0。

对于低速电动轮毂来说，最大功率一般做不大。例如额定转速为180 r/min的电机，最大功率达到210W就不错了。转速越高，最大功率也越大。额定转速2000 r/min以上的电机，最大功率达到400W就不足为奇了。

就电机的额定功率问题。YAMAHA认为他们将电机的额定功率定在235W(我们国家标准定在240W是否参考了日本技术条件，不知道)，是因为他们的电动自行车可能运行在日本的丘陵地带，这是他们的国情。YAMAHA的电动机毫无例外的采用高速电机(有刷无刷均如此)235W的额定功率并不难达到。我们国内的中轴驱动用的电机(转速约2000r/min)也能达到这个水平，甚至力能指标还比日本高一些。应当指出高速电机(4000r/min左右)可能要用到3级齿轮减速或2级摩擦减速(YAMAHA和国内有一家企业生产的迷你轮毂曾经用过)，电机空载电流较大，效率的最高点有可能超出实际运行区，而进入限流区，电动自行车实际耗电较大，并不一定节能。

第五篇：浅谈变频电机试验的功率测量

徐伟专,董行健，方宏

(1.国防科学技术大学，湖南 长沙 410073;湖南银河电气有限公司, 湖南 长沙410073 ;2.西南交通大

学电气工程学院, 四川 成都 610031)

摘要：本文首先对三表法和二表法在电机试验中的测量方式进行了比较，其次分析了电容电流存在时的电机功率测量方法及误差，并对两表法测量进行了改进，最后讨论了电容电流对功率测量的影响以及消除方法。

关键词： 电机试验，功率测量，二表法，三表法，电容电流

1,

21,3

A Brief Talk on Power Measurement of Variable Frequency Electrical Machine

Xu Wei-zhuan,DONG Xing-jian

(1.HuNan Yinhe Electric Co..Ltd, Changsha Hunan 410073, China 2.Department of Electric Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu Sichuan 610031, China;)

21,2Abstract: The comparison between double meter method and three meter method on Electrical Machine test is firstly introduced. Then the power measurement method and its error with capacitor current existing are analyzed. Next, a method to improve the double meter method is proposed. Finally, the influence and its eliminations are discussed.

Key words: Electrical machine test, Power measurement, Double meter method, Three meter method, Capacitor current 0 引言

随着变频调速技术的高速发展。变频电源作为电机试验电源，存在诸多的优势，但是，与区别于机组电源相比，变频电源存在一些机组电源所未遇到的问题。比如功率测试，《变频器供电三相笼型感应电动机试验方法》[1]报批稿指出，“脉冲频率高的场合不宜使用两表法(Aron接法)。这是因有电容电流存在，输入电流相量之和可能不为零。因此，应采用每相用一个功率表的测量方法”。

本文首先分析了三表法和二表法的功率测量原理，随后就电容电流存在时的功率测量方法和误差，对三表法和二表法进行了对比，最后讨论了实际应用中如何处理电容电流对功率测量的影响。

iAANBCiBiC 图1 Y型三相电路

式中，iA(t)、iB(t)、iC(t)为三相瞬时电流，

uAN(t)、uBN(t)、uCN(t)为三相瞬时电压。

式(1),(2)即为三表法测量功率的原理，图2为三表法的测量电路。

*A*1 三表法和两表法功率测量原理 WW* 三相电路有功功率的测量方法有二种：三表法，两表法 [2,3,4]。图1为Y型接法的三相电路。

三相瞬时功率：

p(t)uAN(t)iA(t)uBN(t)iB(t)uCN(t)iC(t)

(1)

B*CN*W*平均功率：

图2 三表法测量电路

PUANIAcosAUBNIBcosBUCNICcosC

PAPBPC

(2)

由图(2)知，三表法测量功率的前提是三相

四线制，只有三相绕组为Y型连接，才能接成三相四线制。对于Y连接的三相负载，若中线N未引出，则有 iAiBiC0

(3) 另外 UABUANUBN，UCBUCNUBN

(4) 将上述式(3),(4) 代入式(1)，有

p(t)uAB(t)iA(t)uCB(t)iC(t)

(5) PUABIAcos1UCBICcos2P1P

2(6) 式中，1为UAB与IA的相位差，2为UCB与IC的相位差。式(5)、(6)即为两表法的测量原理，图3为两表法的测量电路。

*A*WBC*W* 图3 两表法测量电路

△连接时，有同样的结论。图3中，两个功率表的公共端接在B相，显然，两表法的接线方式共有3种，分别以A、B、C相为公共点。由两表法的推导过程可知，两表法的应用前提是iAiBiC0，故两表法适用于中线未引出的Y连接或△连接的三相电路，即适用三相三线制的三相电路功率测量，与负载是否对称无关。相反，三表法由于需要将中性点作为电压的参考点，只能用于三相四线制电路的功率测量，不能用于三相三线制电路的功率测量。可见，两表法和三表法的用途不同，一般而言，两者不能兼容，对于确定的电路，能采用两表法测量的，就不能采用三表法测量，反之，能用三表法测量的，就不能用两表法测量。有一种特殊情况，在三相四线制电路中，若中线无电流(例如，电源对称，负载对称的情况下)既可用三表法，也可用两表法。这也许就是部分人认为两表法只适合三相对称电路测量的原因。显然，这种认识是错误的。首先，对称电路，只在电路分析时有意义，对于测量来讲，并无实际意义。因为测量

是人类认知或检验的一个过程，而对称与否，是测量的结果，测量之前，我们并不知道其是否对称。 其次，对于对称电路来说，只需用一个功率表，读数乘以三即可，无需采用两表法或三表法。

2 存在电容电流时的电机功率测量

2.1 测量方法

对于变频器供电的三相系统中，当载波频率较高时，这些高频电压信号经过传输电缆时，会通过周围的杂散电容形成电容电流，在电机内部，包括轴承电容在内的各种分布电容也会形成电容电流，造成三相电流和不等于零，按照两表法的原理，此时采用两表法测量会造成误差。为此，国家标准《变频器供电三相笼型感应电动机试验方法》报批稿指出，“脉冲频率高的场合不宜使用两表法(Aron接法)。这是因有电容电流存在，输入电流相量之和可能不为零。因此，应采用每相用一个功率表的测量方法”，标准中，未明确实际应用中面临的下述问题：

1. 多高的脉冲频率下，不宜使用两表法?

2.用一个功率表测量每一相是否就是三表法?

3.采用三表法，对于中线未引出的电机，如何测量?

4.采用三表法，是否可以忽略电容电流的影响?

杂散电容根据对功率测量的影响，可以分为两种，第一种，其电流最终回到电源，无中线系统，仍然有iAiBiC0;第二种，其电流通过地回路等泄漏，不再回到电源，可能导致无中线系统

iAiBiC0。本文主要考虑第二种杂散电容的影响，并以电容的对地电流影响为例，图4为存在对地电容电流的三相电路。

iiA1AAiA0iGiBiB1BB0iNiCiC1CC0

图4存在对地电容电流的三相电路

图4中。iA1，iB1，iC1为杂散电容引起的泄漏电流。iA0，iB0，iC0为电机绕组实际相电流，iA，iB，iC为总电流，有：

iAiA0iA1 iBiB0iB

1 (6) iCiC0iC1

T (7) P((uANiA0uBNiB0uCNiC0)dt0T(uAGiA1uBGiB1uCGiC1)dt)/T0 由于电容不消耗功率，式(7)的第二项为零，即： TP(uANiA0uBNiB0uCNiC0)dt /T

(8) 0 式(8)说明了两个问题，首先，功率与电容电流无关，其次，从测量角度看，除非电机三相绕组的始端和末端均引出，否则，iA0、iB0、iC0不易直接通过测量获得。为了方便测量，我们对P进行下述变换: TTP((uANiA0uBNiB0uCNiC0)dt(uAGiA1uBGiB1uCGiC1) dt)/T00TT((uANiAuBNiBuCNiC)dt(uANiA1uBNiB1uCNiC1)dt)/T00TT((uANiA1uBNiB1uCNiC1)dt(uNGiA1uNGiB1uNGiC1)dt)/T00 TT(uANiAuBNiBuCNiC)dt/TuNG(iA1iB1i)dt/T

(9) C100 电机试验中，对于较大功率的电机，往往只引出三根线，式(9)中，第一项可直接测量，第二项不易测量，其值取决于电容电流和负载中性点电位。在电容电流不能忽略的情况下，如何准确测量三相电机的功率，尤其是如何采用两表法准确测量功率，对电机试验功率测量具有现实指导意义。 2.2存在电容电流时的三表法测量误差

采用三表法测量的功率为：

T P3(uANiAuBNiBuCNiC)dt/T0

(10) TPuNG(iA1iB1iC1)dt/T0可见，三表法测量功率，并不能完全消除电容电流的影响，假设电容电流带来的附加误差为EP3，

则有：

TEP3uNG(iA1iB1iC1)dt/T

(11)

0当中性点接地时，uNG0，P3P。

2.3 存在电容电流时的两表法测量误差

以B相为公共端，采用两表法测量的功率为：

TP2B(uABiAuCBiC)dt/T0T

(uANiAuBNiAuCNiCuBNiC)dt/T

0TT(uANiAuBNiBuCNiC)dt/T0uBN(iAiBiC)dt/T0T(uANiAuBNiBuCNiC)dt/T0TuNG(iAiBiC)dt/T0TuBG(iAiBiC)dt/T0

TPu

(12)

BG(iAiBiC)dt/T

0 TEPuBG(iAiBiC)dt/T

(13) 0由于 iA0iB0iC00， 所以 iAiBiCiA1iB1iC1。

TEPuBG(iA1iB1iC1)dt/T

(14)

0同理，有：

TP2APuAG(iA1iB1iC1)dt/T

(15) 0

T

(16)

P2CPuCG(iA1iB1iC1)dt/T0 对于电机试验，一般而言，电机的三相绕组基

本对称，分布电容也存在一定的对称性。即：uNGuAG,uNGuBG,uNGuCG。故三表法测量结果较为准确。

3 两表法测量的改进

电机试验中，中线通常没有引出，导致无法采

用三表法进行测量。如何提高两表法的测量精度，具有积极的现实意义。将分别以A、B、C为同名端的三次两表法测量结果进行平均

PP2BP2C2P2A

3 (17) TPAGuBGuCG)(iA1iB1iC1)dt/3T0(uTP(uANuBNuCN3uNG)(iA1iB1iC1)dt/3T0 由于电机试验时，试验电源一般具有较好的对称性，当电源完全对称时，有uANuBNuCN0， 即 TP

(18) 2PuNG(iA1iB1iC1)dt/T

0 此时，测量结果与三表法测量结果相等，图5为测量原理图，图中采用能测量瞬时值的两个电压表和三个电流表，由于uCAuCBuAB，功率可按照式(17)求取。改进后的两表法的优点是适合三相三线制的功率测量。

AAVBAVCA 图5：改进后两表法测量原理图

4 分析与探讨

4.1电容电流对功率测量的影响

不论是三表法、两表法还是改进后的两表法，功率测量结果均受漏电流大小的影响。且其附加的绝对误差均与iA1iB1iC1成正比，iA1iB1iC1与电源电压有关，电压越高，尤其是高次谐波电压越高，iA1iB1iC1越大。其相对误差与功率P有关，当P越小，相对误差越大。即：电源电压固定时，负载电流越小，相对误差越大;功率因素越低，相对误差越大。就电机试验而言，同样的变频器，对于同一台电机而言，负载试验时，误差较小;空载试验时，误差较大。

4.2 分离负载电流与电容电流

不论是三表法、两表法还是改进后的三表法，功率测量结果均受电容电流大小的影响。在了解测

量方法和误差后，更重要的是如何分离负载电流和电容电流，实现用两表法或三表法准确测量功率。

不论是三表法还是两表法，测量到的线电流为负载电流与电容电流之和，我们称为总电流。电容电流的大小与载波频率有关，载波频率越高，电容电流越大，由于分布电容的容量较小，电容电流主要由高次谐波构成。由于电机负载呈感性，负载电流主要由基波和低次谐波构成。

理论上，我们可以通过对总电流的谐波成分进行分析估计电容电流的大小，较高次的谐波电流，主要是电容电流，基波电流及较低次的谐波电流，主要是负载电流。而实际上，不同特性的电机，对谐波的截止频率不同，我们很难用一个通用的，确切的频率值来衡量这个界限，从而不能有效地指导实际测量。实际测量时，更有效的办法应该是尽量减小电容电流。首先，对于线路电容电流，其大小与载波频率，脉冲上升时间，电缆长度有关，实际测量时，只要将测试设备尽可能靠近电机端，完全可以忽略电容电流的影响，还可减小线路电压降对功率测试的影响。其次，电容电流由高次电压谐波造成，而高次电压谐波除了增加功率测量误差外，还有诸多的危害，如：

1.在电缆传输环节，高次谐波会造成过冲电压，损

坏电机绝缘。 2. 在电机内部，高次谐波导致的轴承电流会损害电

机轴承。

3.高次谐波产生很强的电磁干扰，影响其它设备运

行。

因此，不论是电机试验还是工业运行的变频电源，都应该尽可能减小这种高次谐波。对于变频电机试验而言，若要求试验电源是正谐波电源，需要在变频器的输出加装正谐波滤波器。若要求模拟用户运行环境，可采用诸如dv/dt滤波器等低通滤波器以保护电机。只要采取了上述两种方式中的任意一种，均可大大减小电容电流，提高功率测试精度。

对于载波频率较高，而输出又未加装任何滤波器的变频器，可通过下述方法判断电容电流的大小。不引出中线或将中线悬空，采用三个宽频带的电流传感器，由于iAiBiCiA1iB1iC1，通过对三相电流的高速采样，运算其向量和，该向量和即为电容电流的向量和。

5 结论

电容电流存在，输入电流向量和可能不为零，对两表法或三表法测量均会造成附加误差。改进后的两表法测试误差与三表法基本相当。就电机试验而言，可通过就近测量和附加滤波器等方式减小电容电流，提高测试精度。

【参考文献】

[1]GB/T 22670-2008 变频器供电三相笼型感应电动机试验

方法[ S]. [2].邱关源.《电路(第五版)》[M].北京:高等教育出版

社,2006. [3] 龚立娇,吴延祥,李玲. 三相功率的测量方法[J],石河子大

学学报(自然科学版), 2005,(02) . [4] 刘丽君,伍斌. 三相电功率两表测量接线方法的研究[J],

西南师范大学学报(自然科学版), 2002,(04) .