高效低压三相异步电动机效率测试方法对比分析

引言

电动机是用电量最大的终端耗电设备，目前，我国国内中小型电动机保有量达16亿kw，成为世界上最大的中小型电动机生产、使用和出口国。随着GB 18613—2020《电动机能效限定值及能效等级》标准的发布实施及国家碳达峰、碳中和战略构想的大力推进，提升电动机效率成为国内市场上大小电机企业的重要目标，而在这一过程中，电动机能效的精准测量无疑是重要的一环。鉴于此，本文将着重探讨三相异步电动机效率的不同测试方法可能存在的差异。

1试验方法介绍

目前，中小型三相异步电动机能量效率的确定方法主要有以下几种[1]：A法（输入-输出法）、B法（测量输入和输出功率的损耗分析法）、C法（成对电机双电源对拖回绩试验损耗分析法）、E法或E1法（测量输入功率的损耗分析法）、F法或F1法（等值电路法）、G法或G1法（降低电压负载法）、H法（原图法）。其中最常用以及适用范围较广的方法为A法、B法及E1法3种，现针对3种能效确定方法的异同进行分析。

A法。输入-输出法，即只需要通过热试验和负载试验确定电机在基准冷却介质温度、额定负载下的输入功率、输出功率，通过输入/输出的比值确定效率，如式（1）所示：

式中：P1为修正至基准冷却介质温度的输入功率；P2为修正至基准冷却介质温度的输出功率。

B法。测量输入和输出功率的损耗分析法，即进行空载试验、热试验、负载试验及转矩修正试验等确定各项损耗及额定负载下的输入功率，通过输入功率与总损耗的差值比上输入功率得到效率，如式（2）所示：

式中：P1为修正至基准冷却介质温度的输入功率；PT为修正至基准冷却介质温度的总损耗。

3）E1法。测量输入功率的损耗分析法，E1法与B法的区别主要在于不需要测定输出端参数，如输出功率、输出扭矩等。此外，E1法按照推荐值确定负载杂散损耗，而B法通过负载、空载试验分析确定，与输入功率、输出功率、输出转矩等参数相关。

2试验方案

计划进行如表1所示的共9组低压三相异步电动机能效试验，以探究不同测试方法对电动机效率确定的影响以及对不同机座号电动机的影响情况。

3种测试方法所需要测试的参数如表2所示。不难发现，A法与B法所测量的参数较全，相对的不确定度也较小，而E1法不确定度较高。

3测试结果及分析

3.1测试结果汇总

对3种不同型号的电动机分别用A法、B法和E1法进行效率测试，具体数据及结果如表3~表5所示。在电动机检测过程中，定/转子铜耗、铁耗、风摩耗都比较容易测得，唯有杂散损耗的测量较为复杂[2]。

3.2各方法所得效率数据分析

对表3、表4、表5的数据分析可得3种型号的电动机通过上述3种效率确定方法得到的效率折线图，如图1所示。

可以看到，采用B法，各台样机的效率均能达到2级能效的要求。以YE4-160M-4这台样机举例，对比分析可得，B法确定的能效较A法和E1法分别高出了0.70个百分点和1.40个百分点。其他两台样机B法效率相较A法、E1法分别高出0.65个百分点、0.90个百分点与0.65个百分点、1.07个百分点。

3.3各方法参数分析

由于A法测量时各项损耗测量不全，故对B法、E1法的各项损耗进行比对，同样以YE4-160M-4样机为例，各项损耗比对如图2所示。

从图2可得，针对同一台电机，采用B法和E1法得到的铁耗、机械耗及定/转子损耗的测量值相差不大，但是杂散损耗差距较大，可达两倍以上。究其原因，B法杂散损耗为试验计算得出，E1法杂散损耗为按推荐值确定。而杂散损耗与功率大小、极数、材料等因素有关[3]，能效越高的电动机，其质量越好，杂散损耗也相对越小，与E1法中杂散损耗的推荐值偏离也越远。因此，高能效等级三相异步电动机的效率确定不宜应用E1法，E1法适用于B法难以直接测量的、1 000 kW以上的异步电动机。

同样以YE4-160M-4样机为例，图3绘制了该电动机在A法及B法各负载点的效率值，可以看到，额定点的A法效率与B法效率值接近，但额定点两侧的效率值存在较大差值，导致最终拟合得到的负载点效率相差较大。分析可得，在采用A法进行测试时，设备精度高，会降低分析及测量误差，以减小结果偏差。

4结论

为了准确确定高效三相异步电动机的能量效率，对IE4能效等级的3组电动机样机在3种测试方法（A法、B法、E1法）下进行效率测试。通过数据处理及分析，得出以下结论：

1）3种效率确定方法中，A法、B法检测测试的参数较全，且对同一型号电动机，B法效率最高，A法次之，E1法测得的效率最低，不同的测试方法效率结果存在差异。

2）在2级能效的中小型三相异步电动机效率确定过程中，E1法的结果相较于B法的结果低1个百分点以上。主要原因是E1法的杂散损耗为推荐值，难以准确反映高水平电动机的实际情况，造成较大的偏差。因此，较高能效等级的电动机，即能效1级、2级的异步电动机不适用E1法确定效率，会导致确定效率值偏低。

3）A法确定效率的准确度受仪器精度的影响较大，对于功率较小电动机的效率确定值存在一定偏差。因此，推荐小功率电动机在条件允许的情况下，尽量用B法检测，保证测量效率值的准确度。