电机功率与频率的关系

第一篇：电机功率与频率的关系

电机效率与功率因数的关系

关于电机的效率和功率因数。 如上图： Q=无功功率 P=有功功率

S=全功率(也称为视在功率)

电机的功率因数:cosφ=P/S

;表示本台电机可以将电网中cosφ%的能量输入给电机作为电机的输入功率。

电机的效率=电机的输出功率/电机的输入功率;表示电机可以将电能转换为机械能的能力。

功率因数和效率之间没有线性的关系，只是功率因数会影响电机的效率。比如在设计一台电机时，电机的功率因数很小，电机的输入电压如380V是确定的会导致输入电流变大，输入电流变大会导致电机线圈发热量增加，电机的效率会降低。

详细的概念解释：

有功功率又叫平均功率。交流电的瞬时功率不是一个恒定值，功率在一个周期内的平均值叫做有功功率，它是指在电路中电阻部分所消耗的功率，对电动机来说是指它的出力，以字母P表示。单位一般叫做千瓦(KW)

无功功率：在具有电感(或电容)的电路里，电感(或电容)在半周期的时间里把电源的能量变成磁场(或电场)的能量贮存起来，在另外半周期的时间里又把贮存的磁场(或电场)能量送还给电源。它们只是与电源进行能量交换，并没有真正消耗能量。我们把与电源交换能量的振幅值叫做无功功率，以字母Q表示，单位干乏(kvar)。

视在功率：在具有电阻和电抗的电路内，电压与电流的乘积叫视在功率，以字母S或符号P s表示，单位为千伏安(kVA)。

第二篇：电机效率与功率因数

什么是电动机的功率因数?

异步电动机的功率因数是衡量在异步电动机输入的视在功率(即容量等于三倍相电流与相电压的乘积)中，真正消耗的有功功率所占比重的大小，其值为输入的有功功率P1与视在功率S之比，用cosψ来表示。

电动机在运行中，功率因数是变化的，其变化大小与负载大小有关，电动机空载运行时，定子绕组的电流基本上是产生旋转磁场的无功电流分量，有功电流分量很小。此时，功率因数很低，约为0.2左右，当电动机带上负载运行时，要输出机械功率，定子绕组电流中的有功电流分量增加，功率因数也随之提高。当电动机在额定负载下运行时，功率因数达到最大值，一般约为0.7-0.9。因此，电动机应避免空载运行，防止“大马拉小车”现象。 什么是电动机的输入功率和输出功率

电动机从电源吸取的有功功率，称为电动机的输入功率，一般用P1表示。而电动机转轴上输出的机械功率，称为输出功率，一般用P2表示。在额定负载下，P2就是额定功率Pn。

电动机运行时，内部总有一定的功率损耗，这些损耗包括：绕组上的铜(或铝)损耗，铁芯上的铁损耗以及各种机械损耗等。因此输入功率等于损耗功率与输出功率之和，也就是说，输出功率小于输入功率。 什么是电动机的效率

电动机内部功率损耗的大小是用效率来衡量的，输出功率与输入功率的比值称为电动机的效率，其代表符号为 ，常用百分数表示，即：

效率高，说明损耗小，节约电能。但过高的效率要求，将使电动机的成本增加。一般异步电动机在额定负载下其效率为75～92%。异步电动机的效率也随着负载的大小而变化。空载时效率为零，负载增加，效率随之增大，当负载为额定负载的0.7～1倍时，效率最高，运行最经济。

第三篇：三相电机的功率计算

1、力辉三相电机的功率计算： I=P/(U×cosφ×η)。(P额定功率kw。U额定电压0.22v。cosφ为功率因素。η为效率。当铭牌上未提供cosφ和η时，均可按0.75估算)。效率是什么?效率：是指电动机输出功率与输入功率之比的百分数。电动机在运转中因本身导电回路电阻发热，铁芯磁路有涡流损耗、磁滞损耗，还有机械磨损等。均为电动机内部的功率损耗，所以输出的机械功率总是小于输入的电功率。效率η一般在电动机的铭牌上都有标注。

2、三相对称负载的有功功率，可以计算1相负载的有功功率，再乘以3：

3、P=3×U 相×I 相×cosφ相 可是我们往往知道的是电机的线电压U线，线电流I 线，而且也不知道三相电机绕组是什么接法，怎么办?

4、不要紧，我们先假设，电机是Y接的： U相=1/√3 U线 ，I 相=I 线 ，所以 P=3×U 相×I 相×cosφ相

=3×(1/√3 U线)×I 线×cosφ相

=√3 ×U线×I 线×cosφ相

5、不要紧，我们再假设，电机是△接的： U相=U线 ，I 相=1/√3 I 线 ，所以 P=3×U 相×I 相×cosφ相

=3× U线×(1/√3I 线)×cosφ相

=√3 ×U线×I 线×cosφ相

6、从

4、5知道，三相对称负载的有功功率，不管是什么接法，只要用线电压、线电流，就是一个公式：

P=√3 ×U线×I 线×cosφ相

7、这个证明的关键是：

1)Y接时，U相=1/√3 U线 ，I 相=I 线 ; 2)△接时，U相=U线 ，I 相=1/√3 I 线;

8、如果你不清楚，请看图：

第四篇：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) .

第五篇：电机铭牌功率解释

电机铭牌上的功率是额定轴输出功率，是有功功率。

三相异步电动机铭牌上的 额定电流=额定功率÷1.732÷额定电压÷功率因数÷效率，举例说明：Y90S-4电机，额定功率1.1kW，额定电压380V，效率75%，功率因数0.77，额定电流=1100÷1.732÷380÷0.75÷0.77=2.89A，此时100%负载时输入功率=1.1÷0.75÷0.77=1.9kW。

出于安全考虑，绝大部分 电机不会工作在额定状态——而是80%负载左右，所以电机实际耗电量可以通过下述方法测得：

1、三相异步电动机，用钳形电流表测得输入端三相电流平均值，耗电量(单位:度)=1.732×三相电流平均值(单位:A)×电压(电压:V)×时间(单位：h)÷1000;

2、单相异步电动机，耗电量=单相电流×电压×时间÷1000。

电机铬牌中的功率是指电机的额定输出机械功率，铭牌功率除以效率是有功功率，有功功率除以功率因数是视在功率(发电机总功率)，即额定功率=视在功率*功率因数*效率。