三相异步牵引电动机的效率计算
参照日本标准JEC-37-1979《感应电机》，以YQ-420型牵引电动机效率计算为例，介绍了三相异步牵引电动机的效率计算方法。

标签：三相异步牵引电动机；效率；计算。

0 引言
从节约能源，保护环境出发，高效异步电动机是目前国际发展的趋势。

随着我国地铁和城市轻轨的快速发展，“绿色、节能、环保、安全”成为城轨车辆市场竞争的主题，而作为城轨车辆的心脏-电动机，也面临国际社会的巨大竞争压力和挑战。

从国际和国内发展趋势来看，开发高性能异步电动机是必要的，而电动机的效率又是衡量电动机性能好坏的重要技术经济指标之一。

效率计算作为电动机型式试验中重要试验之一，通常都是参照GB/T 1032-2005《三相异步电动机试验方法》中的方法进行计算，本文将以YQ-420型牵引电动机型式试验中效率计算为例，参照日本标准JEC-37-1979《感应电机》中的损耗分离法和圆线图法，介绍三相异步电动机的效率计算方法。

1 概述
YQ-420型异步牵引电动机是南车株洲电机有限公司生产的安装在动车组检测车上的4极鼠笼式三相感应电动机，它采用强迫通风冷却方式（28m3/min），
额定功率是420 kW。

正弦波电源供电型式试验采用代用额定电压880V，代用额定电流130A，代用额定频率50 Hz，代用额定转速1457r/min进行试验。

要进行效率计算，首先需测量牵引电动机定子绕组的冷态电阻，再进行负载试验和空载试验，测试出相应的参数后，根据相应的公式进行效率计算。

2 计算方法
2.1 冷态电阻的测量
将YQ-420型电动机放置在室内并在稳定的环境温度中持续24小时以上，当绕组温度与环境温度之差不超过2K时，测量电机定子绕组的三相直流线电阻
值R UV=0.1446Ω、R VW=0.1447Ω、R UW=0.1446Ω，环境温度θ1=16.6℃。

按式（1）和式（2）计算相电阻值R0。

R0=R med-R vw（1）
式中：R med=R UV+R VW+R UW2（2）
计算出相电阻值R0=0.0723Ω，按式（3）计算115℃时的相电阻值R1。

R1=R0×（235+115）/（235+θ1）（3）
计算得115℃时的相电阻值R1=0.1006Ω。

2.2 负载试验
负载试验须在连续温升试验后，电动机处在高温状态下，在代用额定电压880V及代用额定频率50Hz下进行负载试验。

测量电动机的负载电流为代用额定电流的50%、75%、100%、123%、150%时的输入功率、电动机电流、转速、功率因数。

测量结果见表1。

2.3 空载试验
空载试验在负载试验之后，电动机在热态情况下进行。

电动机在代用额定频率50 Hz、代用额定电压880V输入电源下空载运行，直至输入功率稳定，即输入功率相隔半小时的两个读数之差应不大于前一个读数的3%时，测得电动机空
载时的电流I0=49.4A，空载输入损失即空载输入功率W0=4.19kW。

2.4 效率计算
通常将感应电动机的有效输入与有效输出的比值称之为效率。

效率用百分率表示，在没有特别指定的条件下是取与额定输出功率相对应的数值。

在感应电动机处于实际载荷条件下直接测定输入值和输出值，并由此计算出的效率称之为实测效率。

按照约定的方法对感应电动机的损耗值进行测定或者计算，并据此求出与某个输出值（或者输入值）相对应的输入（或者输出值），从而计算得出的效率称之为惯用效率。

下面计算的正是惯用效率。

2.4.1 损耗分离法
损耗分离法是针对三相感应电动机的一种计算方法，主要是用于以下场合：进行定子线圈的电阻测量和无负荷试验，在任意环境条件下以额定电压及额定频率使电动机从无负荷状态到120%的负荷状态下运行，测量此种工况下电动机的电流、输入功率及转差率，根据测量结果通过式（4）～（10）计算效率等特性值。

计算结果见表1。

η=P/W×100［%］（4）
P=（1-S）×{W-Wr-（W0-W0r）}［kW］（5）
T=P/N×974×9.8［N·m］（6）
Wr=3×I12×r1［kW］（7）
W0r=3×I02×r0［kW］（8）
S=（Ns-N）/Ns×100%［%］（9）
Ns=120/4×F［r/min］（10）
式中：
η——效率［%］S——转差率［%］
W——输入功率［kW］W0——空载额定电压时的输入损耗［kW］Wr——负载时原边电流带来的损耗［kW］
W0r-空载时由与原边电流带来的损耗［kW］
r1——原边、1相、115℃平均阻抗换算值［Ω］
r0——空载、原边、1相线圈平均阻抗值［Ω］
Ns——同步转速［r/min］T——转矩［N-m］
N——转速［r/min］F-频率［Hz］
I1——负载电流［A］I0——空载额定电压时的电流［A］
2.4.2 圆线图法
圆线图法作为三相感应电动机的负载特性计算法，通过简单的试验和比较简单的作图（或者计算）就可以相当准确地算出效率等特性值。

由表1的计算结果记入图中，画出的近似曲线如图。

在近似图中作曲线I1=f（S）的二阶多项式趋势线，得到二阶方程，将已
知的代用额定电流I1带入二次方程，解二次方程得代用额定工况下转差率S的值。

同样，分别作T=f（S）、PF=f（S）、η=f（S）的二阶多项式趋势线，得到相应的二阶方程，将计算出的代用额定工况下转差率S的值代入相应的二阶方程，可求出代用额定工况下效率η、功率因数PF、转矩T，其他参数由公式计算得出。

详见表2。

3 结语
试验结果表明，采用损耗分离法计算出YQ-420型牵引电动机的效率为92.20%，采用圆线图法计算出的效率为92.69%，均满足设计要求，且结果互相验证，说明了该方法的有效性和适用性。

参考文献
［1］JEC-37：1979,感应电机［S］.
［2］陈芳.YQ-420型异步牵引电动机型式试验报告［R］.株洲：中国南车株洲电力机车有限公司,2010，（12）.
注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”。