1、三相異步電動機效率檢測中繞組溫度測量方法研究中文摘要 隨著全球工業化進程的不斷加快，對電機的需求也在不斷增長。電機產品作為通用工業設備，每年消耗我國60%的電力能源，據財政部權威數據表明：我國電機耗電量約為2萬億千瓦時，占全國用電總量的60%和工業用電量的80%，電機節能無疑對我國節能減排目標的實現有著至關重要的作用。因而2012年5月11日國家質量監督檢驗檢疫總局和中國國家標準化管理委員會聯合發布了全新的強制性國家能效標準GB 18613-2012中小型三相異步電機能效限定值及能效等級，并于2012年9月1日起強制實施，此標準對中小型三相異步電動機的能效等級、能效限定值、目標能效限定值、節能

2、評價值和試驗方法作出了規定。GB18613-2012，是在修訂GB 18613-2006基礎上，未來讓國內電動機效率水平滿足國際標準內容，此外借鑒國際標準IEC 60034-30單速三相籠型感應電動機效率分級，清楚指出電動機效率需要依照GB/T 1032 內的B法計算輸入輸出功率的損耗分析法開展計算。GB/T 1032-2012 標準要求B法計算效率，在開展負載測試、空載測試時需要共同測試所有負載點、所有電壓點的繞組溫度或繞組電阻R；此外，指出定子、轉子銅損耗應換算到規定溫度下的損耗。規定溫度s是繞組工作溫度w修正到冷卻介質溫度為25時的溫度值。繞組工作溫度w可按以下方法確定：（一）直接法進行

3、額定負載熱試驗，熱試驗斷電停機后，按外推法，作熱電阻讀數對斷電后冷卻時間的關系曲線外推至t=0時取得電阻值，從而確定繞組工作溫度w；（二）由熱電偶溫度計直接測得繞組工作溫度w，選擇一溫度計最高讀數。因此就可以知道，B法計算效率，測試的時候需要使用溫度計法計算繞組溫度或開展帶電測繞組電阻。當前上述測試儀器設施高昂，且故障頻發，所以實驗室使用B法效率測試的時候通常使用熱電偶溫度計法計算度，因此就牽連到熱電偶分布情況，此時標準GB/T 10322012中沒有與之相關的內容。電動機運行產生損耗，損耗又以熱能的形式散失，進而導致溫度場；與散熱條件有關，溫度場內各個位置出現的熱量分布狀況出現差異，電機內部

4、繞組各點的溫度也會略有不同。效率求解公式繁多而復雜，繞組溫度值的不同會導致多個變量隨之改變，所以繞組溫度的測量，對最終效率的測試結果影響較大。本論文以2.2kW三相籠型異步電動機為例,通過有限元軟件ANSYS下的Workbench平臺創建三相異步電動機穩態溫度場模型，對其額定情況下的穩態溫度場開展研究統計，得出定子繞組區域的溫度分布情況，以便掌握設備日常運作時期的溫度場分布狀況，進而明確B法效率測試時繞組溫度測試計劃（熱電偶測量的布置方案），并探尋了繞組溫度測量的等效方式:外推法,為完善優化三相異步電動機效率試驗方法提供了一些經驗和建議。關鍵詞：三相異步電動機，效率，繞組溫度，測量方法Rese

5、arch on winding temperature measuring method in the check of three-phase asynchronous motors efficiencyAbstractAs the global industrialization develops rapidly, the demand for motor is growing. Motor products as general industrial equipment consume 60% of the electric energy in China; according to t

6、he data of ministry of finance, it indicates that Chinas electric power consumption is about 2 trillion kW·h, accounting for 60% of the total electricity and 80% of industrial electricity. Motor energy-saving certainly plays a vital role in the realization of energy conservation and emissions r

7、eduction in China. So, on May 11, 2012, State Administration for Quality Supervision and Inspection and Quarantine (AQSIQ) and Standardization Administration of China jointly released a new version of mandatory national standard GB 18613-2012 “small and medium three-phase asynchronous motors allowab

8、le value of energy efficiency and energy efficiency grade”, and in 2012, September 1, it was enforced; the standard makes the rules for small and medium three-phase asynchronous motors efficiency level, allowable value of energy efficiency, limit value of target energy efficiency, energy saving eval

9、uation and test method.GB18613-2012 is based on the revision of GB 18613-2006, with the aim to make the motor efficiency level in China in line with international standards, and with reference to the international standard IEC 60034-30 "single-speed three-phase cage induction motor efficiency c

10、lassification", it clearly puts forward the motor efficiency should be according to B method of GB/T 1032 - loss analysis of input - output power for measuring.          GB/T 1032-2012 standard regulates B method to measure efficiency; when the load test

11、and non-load test are conducted, winding temperature or resistance R of each load point and each voltage point must be measured at the same time. In addition, the stator, rotor copper loss should be transformed to the loss under the specified temperature. Specified temperatures is the temperature va

12、lue that winding temperaturew is revised to the cooling medium temperature, that is, 25 . Winding temperaturew can be determined according to the following methods: (a) the direct method is used for rated load thermal test; after thermal test is in power outage, according to the extrapolation method

13、, the relationship curve of a thermal resistance readings on the cooling time after power off, with extrapolation when the t = 0, it obtains resistance value, so as to determine the winding temperaturew; (b) the winding temperaturew is directly measured by thermocouple to take the largest thermomete

14、r readings of any thermometer. Thus, B method to measure efficiency requires, upon test, it must use a thermometer to measure winding temperature or electrified winding resistance. The electric resistance measurement instruments are expensive and easy to fail, so when the lab takes B method for effi

15、ciency testing, it usually adopts thermocouple thermometer method to measure the winding temperature, which involvs the thermocouple placement, and the standard of GB/T 1032-2012 does not specify it.Motor produces loss in running, and the loss is lost in the form of heat energy, thus forming tempera

16、ture field; influenced by cooling condition, the distribution of the heat generated by the temperature field in different position is different, and the temperature of winding each point inside the motor will be slightly different. Efficiency solution formula is various and complex. Winding temperat

17、ure difference will lead to the change of multiple variables，so the measurement of the winding temperature has greater influence on the final efficiency test result.This paper takes 2.2 kW three-phase squirrel-cage asynchronous motor as an example, using finite element software ANSYSs Workbench plat

18、form to establish the steady-state temperature field model of general three-phase asynchronous motor to analyze and calculate the steady-state temperature field of the rated condition and to solve the temperature distribution map of the stator winding, so as to understand the temperature field distr

19、ibution in the normal operation of the motor, and then determine the winding temperature measurement scheme when taking B method to test the efficiency (thermocouple measurement distribution scheme), and explore the equivalent method to the winding temperature measuring method: extrapolation method,

20、 with some experience and suggestions to improve the test method for the efficiency of o three-phase asynchronous motor.Keywords: three-phase asynchronous motor,efficiency,winding temperature,measuring method目 錄1.項目研究的背景、目的與意義12.國內外同類研究現狀分析及存在的問題13.溫度場理論分析23.1概述23.2熱傳導23.2.1導熱基本定律23.2.2導熱微分方程33.2.3導

21、熱微分方程的邊界條件33.3熱對流43.4熱輻射63.5小結64三相異步電動機穩態溫度場計算64.1三相異步電動機穩態溫度場模型建立64.1.1三相異步電動機基本結構64.1.2基于有限元的三相異步電動機溫度場模型74.1.3相關的熱性能參數計算104.2三相異步電動機穩態溫度場仿真計算結果135三相異步電動機試驗測試及結果分析145.1概述145.2電機試驗測試平臺145.3電機試驗測試方案155.4試驗結果分析175.4.1額定負載熱試驗結果175.4.2負載試驗結果195.4.3空載試驗結果205.4.4試驗與仿真結果對比分析226總結22第1章 緒論1.1研究背景及意義隨著全球工業化進

22、程的不斷加快，對電機的需求也在不斷增長。據財政部權威數據表明：我國電機產品年耗電量占全國用電總量的50%以上，在工業領域，電機能耗更占據總能耗的60%以上。經濟持續高速發展也使得我國已經成為了全球第一大能源消耗國，電機節能無疑對我國節能減排目標的實現有著至關重要的作用。從全球范圍上進心分析，基于資源不足問題更加明顯的宏觀環境，大部分發達國家開始提升電機能效，以便將其當做關鍵的節能方案。美國從1997年就逐漸普及與宣傳高效電機，2011年開始強制要求在美國生產已經進口到美國的電機效率必須到達NEMA Premuim標準（超高效電機）；2008 年全球電工技術委員會（IEC）修訂了較為一致的電機能

23、效分級標準IEC 60034-30，歐洲在2011年逐漸使用電機最低能效強制性標準（MEPS），提出此設備最低效率需要滿足IEC 60034-30標準中IE2等級，2015年1月1日開始，額定功率為7.5kW200 kW的電動機應達到標準規定的效率IE3（超高效電機）等級。國內2002 年制定電機能效國家標準（GB18613-2002），近期依照 IEC 標準組織數次開展修繕，2012年5月11日國家質量監督檢驗檢疫總局和中國國家標準化管理委員會聯合發布了全新強制性國家能效標準GB 18613-2012中小型三相異步電機能效限定值及能效等級，并于2012年9月1日起強制實施，此標準使用電壓低于

24、1000V，50Hz三相交流電源供電的，額定功率位于0.75kW到375kW范疇內，極數是2極、4極與6極，單速封閉自扇冷式、N設計、接連工作制的普通用途的電動機或防爆電動機【1】。對此設備的能效等級、能效限定值、目標能效限定值測試方式等作出了規定，我國三相異步電動機能效等級分為3個等級，其中3級能效最低，2極、1極效率逐級增高，各等級的電動機在額定負載下的效率值應不低于標準規定。標準中未列出的，其效率可根據數據對照表用線性插值法計算確定。標準規定2016年9月1日起，額定功率為7.5kW至375kWd的電機效率應達到國家能效2級要求，2017年9月1日起，額定功率7.5kW以下的電機效率應達

25、到國家能效2級要求，相當于美國的NEMA Premuim級別和歐洲標準中的IE3級別。每年我國有數以億計的高效電機產品經第三方檢驗認證機構檢驗進入國內市場或遠銷海外，由于高效、超高效電機損耗越來越小，因此，不斷提升和完善電機產品的能效測試技術，更準確地測量、計算三項異動步電機各部分損耗及效率一直是各國檢測機構的主要研究方向，具有十分重要的意義。1.1.1國外三相異步電動機效率測試技術目前，全世界并還沒有統一的電機效率標準及測試方法。表1-1表示各個國家與地區使用的電動機效率測試方式標準，因此就可以了解到對此設備效率的測試方式總體可以分為直接測定、間接測定以及簡單進行試驗后，對效率進行理論分析求

26、解三大類。這三類方法分別針對不同類型的電機，復雜程度不同，對電動機效率測試的精準度也出現一定的差異。各個國家對于不同類型電機的能效測試實驗方法基本是基于損耗分析法進行的，即通過計算電機在負載下各部分的損耗值推導出電機在額定負載下的效率，但在具體方法上目前國際上并不統一。其中應用范圍比較廣泛的是美國標準及IEC標準，美國能效法規10CFR431（ENERGY EFFICIENCY PROGRAM FOR CERTAIN COMMERCIAL AND INDUSTRIAL EQUIPMENT）中的Subpart B中表明，在此部分內要求的電機能效測試的試驗方式需要依照內容要求的IEEE Std 1

27、12標準或者CSA標準C390中的B法進行；國際電工技術委員會最新指定的IEC 60034-30-1-2014Rotating electrical machines - Part30-1: Efficiency classes of line operated AC motors中指出，在計算標準規定范圍內的電機效率時采用IEC 60034-2-1方法進行【2】。表1-1 各國采用的電機效率試驗方法標準地區中國美國歐洲加拿大澳大利亞英國日本標準GB/T 1032IEEE Std 112IEC 60034-2CSA C90-98IEC 61972BS 269JEC 371.1.2國內三相異步電

28、動機效率測試技術為使我國電動機效率檢驗水平達到國際標準的要求， 我國經三次修訂于2012年發布實施了現行的國家推薦性標準GB/T1032-2012三相異步電動機試驗方法，該標準綜合借鑒了IEEE Std 112、IEC60034-2等標準要求，給出了以字母表示的10種效率的測試方法。這些代號源于美國IEEE（美國電氣電子工程師協會）標準IEEE std 112。在國際IEC（國際電工技術委員會）標準IEC 60034-2-1中也引用了美國上述標準中的編制方法。A法，也被叫做輸入-輸出法。使用在額定功率低于1kW的電動機，此方式的特征是根據測試得到的輸入和輸出功率比值，計算出設備最終效率。直觀效

29、率值與試驗時的冷卻介質溫度有關。B法，也被叫做測量輸入與輸出功率的損耗研究法。使用在額定功率低于400kW的電動機，該發同時考慮輸出功率、輸出功率與各部分損耗對效率的影響，采用轉矩測量裝置，基于測試結果對負載雜散耗損耗值進行求解。C法，也被叫做成對電機雙電源對拖回饋試驗損耗研究法。此方式使用兩臺全部一樣的成對電機。把上述電機耦接起來，連接在兩個電源上，此處一個電源可以調電壓和頻率。上述電源都需要輸出功率且可以吸納功率，全部滿足滿足標準要求。E法或E 1法，也別叫做測量輸入功率的損耗研究法。即只關注輸入功率不關注輸出功率的影響，測量定子輸入功率，從輸入功率中減去規定溫度下定子損耗 、鐵耗、風摩耗

30、和負載雜散耗的綜合得出輸出功率。上述方式的不同點是，E法主要利用選取轉子試驗與反轉試驗法明確負載雜散耗，但是E 1 法使用推薦值進行確定。F法或F1法，名稱為等值電路法。適用于大中型電動機。如圖無法開展負載試驗，那么久可以根據等值電路法得出電機效率、功率因數、轉速等主要特點。 上述兩者方式的差異是也是在于負載雜散損耗的確定，同E法和E 1法。H法，也被叫做圓圖法。主要使用在不能開展滿載試驗的各種類型的電動機，H法主要理論是假定在轉速維持恒定時，設備負載電流、電壓伴隨電壓下降同比下降，功率伴隨電壓的平方降低。其中，A法、B法的相對不確定度最高，是完全根據試驗結果確定效率，C法到G法為中不確定度，

31、通過部分試驗結果和簡化的物理模型來確定效率，H法通過部分試驗結果和若干假設確定效率，不確定度相對較高。1.1.3 B法中關于繞組溫度測量的要求及存在問題標準GB18613-2012中明確提出，標準要求范圍內的高效及超高效電動機效率需要依照GB/T1032-2012中低不確定度的B法計算輸入輸出功率的損耗分析法開展實驗。除個別細節外，B法在整體試驗流程上與歐美各國現行采用的實驗方法基本相同。從2012年標準實施至今，三相異步電動機效率檢驗技術已日漸純熟，然而對于標準中一些細節問題仍然值得推敲和思考，比如采用GB/T 1032-2012 標準內要求的B法測試效率時，在開展負載與空載測試時需要通過計

32、算所有要求的負載點、電壓點的繞組溫度或繞組電阻R；此外，指出定子、轉子銅損耗應換算到規定溫度下的損耗。規定溫度s是繞組工作溫度w修正到冷卻介質溫度為25時的溫度值3。目前我國大多數實驗室在開展B法測試時通常使用熱電偶溫度計法計算運作時期所有部分的繞組溫度，由于在GB/T 10322012以及國內外相關標準中對熱電偶的具體布置方法并未明確說明，有的檢驗機構采取在電機繞組端部布黏貼多個熱電偶，取溫度最高值作為計算值；有的機構采用幾個測量值的平均值作為計算值；還有些機構在繞組端部直接任取一點作為繞組溫度的計算值等等，并未形成嚴格統一的試驗方法。實際上，電動機運行產生損耗，損耗又以熱能的形式散失，進而

33、產生溫度場；和散熱條件有關，各個位置出現的溫度場分布情況不一樣，電機內部繞組各點的溫度也會略有不同。在B法計算效率過程中，繞組溫度值需參與多次復雜公式運算，繞組溫度數據的偏差將導致多個參數值隨之改變，很可能最終改變對電機的能效判定結果。熱電偶應如何布置、布置多少，才對試驗結果更準確；而布置安裝熱電偶時，需要在試驗前拆卸電機，工作效率勢必受到影響，而且還有可能由于裝配不良等因素引起散熱、發熱等問題，影響最終測試結果的準確性。綜上，確定B法效率測試需要求取的繞組溫度測量方案是很有必要的。1.2 電機機定子繞組測溫技術研究在國家標準GB755-2008旋轉電機 定額和性能中，對繞組以和其他部分溫度測

34、量公認的三種方法進行了規定，即電阻法、埋置檢溫計（ETD）法、溫度計法4。這三種方法均可以實現對繞組溫度的實時檢測，其中電阻法測量的是繞組的平均溫度，埋置檢溫計法和溫度計法測量的是繞組的局部溫度。此外，還有基于光纖傳感技術的一些測溫方法。1.2.1電阻法電阻法測溫是依照金屬導體電阻會伴隨溫度變動而變動的理論，通常狀況下，線圈繞組使用銅線或鋁線生產，上述部分的電阻值伴隨溫度變動而表現出相應的函數關系。然后通過相應的函數關系求出繞組在熱態下的溫度值，具體計算關系如公式（1-1）所示： (1-1)式中：表示熱態繞組的溫度；是線圈繞組的的冷態電阻值，就是測試最初的時候(溫度是情況下）的繞組電阻值；為繞

35、組的熱態電阻值；定子繞組導體材料在0時電阻溫度系數的倒數。因為電阻法簡單便利，不用在繞組內增加其他器件，此外使用領域廣泛。所以，電阻測溫法在近期得到比較普遍的使用與分析，若想利用電阻法實現對繞組溫度的實時采集，則需帶電測量電機運行狀態下的繞組電阻值，當前行業內功能較好的在線測試方式是恒流源法。此方式是在被測電動機在帶電運行的狀態下，在其定子繞組上疊上加上恒流源所出現的電流，之后通過電容器、濾波器等元件價劃分交流電，利用被測繞組電阻上的壓降和測試電阻兩者間的關系統計得出電阻值。此方式具體測量繞組電阻的電路理論可參考圖1-1所示。目前我國帶電測溫技術還不夠成熟，進口的帶電測量電阻的儀器設備比較昂貴

36、而且較容易出故障，運行成本較高，故在實驗室中使用率不高。圖1-1 恒流源法測量電路原理圖1.2.2埋置檢溫計法埋置檢溫計法表示把電阻檢溫計、熱電耦或者半導體熱敏元件提前放在設備內部繞組上，經過連接導線進入到設備外的二次儀表，進而計算溫度值。此方式可計算部分在生產結束之后檢溫計無法觸碰到繞組內部地區的溫度，進而促使我們得到的溫度靠近真實數值。對于規模龐大的變壓器或電機繞組，就可以使用此方式計算預估最熱點位置的溫度或溫升。然而，此方法須在電機裝機過程中預先將檢溫計埋置在繞組中，一般應用于200kW以上的大功率電動機，且成本較高，中小型三相異步電動機效率實驗時不能使用此方式。1.2.3溫度計法使用溫

37、度計法計算繞組溫度表示在測試的時候把熱電隅、電阻溫度計等非埋入式熱傳感元件黏貼在待測繞組上。其中熱電偶因具有測溫范圍寬、精度高、相應快、不受中間介質的影響等優點，在對定子繞組進行測量時被廣泛使用。熱電偶采用兩種不同成份的熱電偶絲材，將兩端接合成回路，使用熱電偶時，通常利用其中一個結點作為測量端（熱端），用于吸收熱輻射而產生“溫升”，而另一結點作為參考端（冷端），并維持恒溫。當其中一個結點接受熱輻射時，則該結點就會產生“溫度升高”，與另一個沒有接受輻射的結點之間發生溫度差，造成不同結點的接觸電動勢出現差異，進而在閉合回路中出現電流。通過檢測電流的大小就可以探測熱輻射的大小，繼而完成測溫。黏貼熱電

38、偶的膠一般采用專用膠（溫升膠）、油灰（桐油與石灰或石膏調拌而成）、水玻璃等，需確保探頭和測點兩者間的正常接觸與熱傳導，盡可能減少氣流或輻射對最終結果產生的負面作用。1.2.4基于光纖技術的測溫方法光纖傳感器測溫法的主要采用在繞組靠近導線的地方埋置光纖傳感器，通過少數物質吸納的光譜伴隨溫度變動而變動的理論，研究光纖傳送的光譜掌握實時溫度。常見的有熒光光纖測溫法、光柵測溫法、光譜法等等5，光纖熒光溫度傳感器測溫法。此傳感器傳感探頭使用全光纖微小探頭，傳感器溫度探頭被安放在光纖的頂端內部，配合LED燈將傳感器安裝在線圈繞組附近的導線處，當LED產生的光脈沖通過光纖傳導到傳感器時，激勵傳感器上的熒光材

39、料，產生一個波長較長的熒光，根據熒光返回的衰減時間用計算和查數據表的方式確定其溫度。光柵測溫法。是利用光纖材料的光敏性（外部入射光子與纖芯內鍺離子彼此影響導致的折射率永久性變動），在纖芯內產生空間相位光柵，主要功能是在纖芯內產生窄帶的（投射或反射）濾光器或反射鏡，當寬頻激光或白光照進光纖，根據布拉格公式，光線光柵返回的光與柵距有關，當溫度變化時光柵收到熱脹冷縮的影響，柵距也會產生微小的變化，從而通過測量反射光波長的變化來實現測溫。多光譜(多波長)輻射測溫法。是一種非接觸式測溫方法，熱電阻及熱電偶法與非接觸測溫法相比，其缺點是由于需要接觸被測物體，所以對被測物體的溫度分布有影響，且不能應用于甚高

40、溫測量。因為光譜發射率的作用，測溫法不能計算出物體的實際溫度，只能得到亮度、顏色、輻射等多個類型的溫度，當前此測溫法就是在儀器中生產眾多光譜通道，通過眾多光譜的物體輻射亮度計算數據，之后通過數據處理得到物體溫度與材料光譜發射率。上述方式不用輔助設施與附加內容，對被測主體特沒有其他額外要求，所以目前相對適合使用在高溫目標溫度和材料發射率的共同測試.即便理論體系并不健全，然而在目前的使用經驗中逐漸表現出較大的發展空間。然而上述方式因為部分科技與實踐上的原因，當前只能使用在規模龐大的電機繞組、鋯業設施、變壓器等眾多設施內，此外運作費用比較高，伴隨時間延長和傳感器使用科技的持續發展，上述測溫科技也開始

41、使用到中小型電機等規模不大的繞組線圈計算中，幫助此后的測試結果更準確和合理。因此本文主要針對在采用B法進行測量中小型三相異步電動機效率的過程中，大眾普遍使用的熱電偶溫度計法對繞組溫度進行測量的方法研究。1.3本文的主要研究內容。 本文主要基于工程實際，針對B法中繞組溫度測量方法對三相異步電動機效率測試的影響進行研究，主要包括以下幾個方面的內容：1對比國際上對于三相異步電動機效率測試標準方法，針對目前國際上普遍采用的檢驗標準中在繞組溫度測量方面的細節提出疑問和思考。通過對GB/T1032-2012中B法測效率整個過程進行分析，研究每個涉及到繞組溫度測量的試驗環節及計算環節，以五臺不同規格的三相異

42、步電動機為例，在其他測量參數不變的前提下，通過公式推導出繞組溫度測量值的偏差與最終效率計算值偏差之間的關系。2. 收集調查分析相關文獻，依據熱傳導學、電磁學理論，進行電機建模，依據電機結構尺寸，繞組等計算模擬電機熱源強度，設定邊界條件，求解相關散熱系數等，利用ANSYS下的Workbench平臺建立三相異步電動機的三維有限元模型,分析額定負載下電機內部各處的發熱情況和穩態溫度場分布，得出定子繞組溫度場的分布趨勢。3.根據仿真溫度場，擬定繞組測量方案，利用現有的試驗測試平臺，對多臺樣機進行試驗驗證。按擬定方案測量繞組溫度并計算電機效率，將計算結果對比分析，確定合理的熱電偶溫度計法繞組溫度測量方案

43、。4.分析熱電偶溫度計法存在的弊端，根據繞組材料特性，以2.2kW電機為例，嘗試用其他方式作為等效方法測量繞組溫度，并與計算結果與熱電偶溫度計法測試結果對比分析，為完善優化三相異步電動機效率試驗方法提供經驗或建議。第2章 B法檢測三相異步電動機效率分析2.1 B法概述B法全稱是測量輸入與輸出功率的損耗分析法，使用 B法要測試輸入與輸出功率，且利用試驗分別計算出電機的鐵耗、風摩耗、規定溫度下的定子、轉子損耗、負載雜散損耗等，從而得出電機效率。公式見（2-1）： （2-1）其中：P1為輸入功率，單位為W；PT總損耗，單位為W，即所有損耗值的和。B法之所以被稱為低不確定度檢測方法，因為它考慮因素最為

44、全面，計算方法也最為復雜，同時B法對儀器設備的精度及檢驗人員能力也有較高的要求6。主要體現在四個方面，一是對試驗電源有嚴格要求，電源的頻率以及波形的對稱性、穩定性等都將對結果產生影響；二是對試驗儀器設備有較高要求，如電參量測試儀表、傳感器準確度達到0.2%以上、用于測量定子繞組溫度及環境溫度的溫度測量儀要求準確度不超過±1等等，比傳統效率測試方法中對儀器的要求提高了一個檔次；三是B法要求在試驗過程中，實時測量定子繞組的的溫度，因此需要在試驗前拆卸電機端蓋預埋溫度計或溫度傳感器，再重新組裝好，對檢驗人員的電機工藝理論基礎及實際動手能力有較高要求；四是負載雜散損耗上采用根據實測值線性回歸

45、的方式進行求解，區別于傳統計算負載雜散損耗采用經驗公式或推薦值的方式，在理論分析上沒有作任何的假定，因此用此法測出的是電機各項附加損耗總和更加貼近電動機的實際工作情況，同時要求檢驗人員有一定的數學計算能力。2.2 B法測試的試驗過程 B法的完整試驗時期一般包含三方面，也就是熱試驗、負載與空載試驗，此處后兩個試驗需測量每個試驗點的定子繞組溫度。通過繪制空載及負載特性曲線圖、線性回歸等方法，分別求解出工作溫度下電機各部分損耗（具體試驗方法見第四章4.1.3.2），然后將各部分損耗歸算至規定溫度下，計算出規定溫度下的效率。最后通過輸出功率與效率關系曲線圖求解出100%額定負載下的效率值。圖2-1 B

46、法測試效率試驗流程圖2.3 B法效率的計算方法 B法的數據處理主要分為三個階段。第一階段：用試驗實測的數據，繪制熱試驗停機后的電阻變化曲線以及空載特性曲線圖，求取輸入、輸出功率以及除雜散損耗之外的四個損耗，同時利用算出的損耗值對輸出轉矩進行修正；第二階段：通過實測的輸入功率減去輸出功率與四個損耗，得到剩下損耗。之后，對其開展線性回歸，得出二次函數的斜率與截距，之后得到不同負載點的雜散虧損；第三時期：把定、轉子熱損耗與轉速實施溫度修正（繼而得到環境溫度是25），之后使用測試的輸入功率減去綜合損耗得到輸出功率，使用目前的輸出功率比實測的輸入功率得到效率，通過繪制效率與輸出功率之間的關系曲線，求取額

47、定負載點下的效率值。其中涉及到大量較繁瑣的公式推導，具體見表2-2。表2-2 B法計算格式序號項目數據來源或計算序號項目數據來源或計算(1)定子繞組初始冷端電阻R1測取(19)Pcu2在試驗溫度（t）下轉子I2R損耗(15)-(17)-(18)×(12)(2)測量R1時繞組溫度1測取(20)各負載點轉矩讀數Tt測取(3)額定負載熱試驗繞組工作溫度w測取(21)轉矩讀數修正值Tc計算(4)熱試驗冷卻介質溫度b測取(22)軸轉矩Pmech( (20)+(21)(5)負載試驗繞組溫度t測取(23)軸功率 (10)×(22)/9.549(6)負載試驗冷卻介質溫度a測取(24)剩余損

48、耗PL(15)-(23)-(26)-(17)-(18)-(19)(7)規定溫度s(3)-(4)+25(25)截距B計算(8)頻率f測取(26)斜率A計算(9)同步轉速ns60×(8)/極對數(27)相關系數r計算(10)轉速n測取，或(9)-(11)(28)負載雜散損耗Ps計算(11)轉差st測取，或(9)-(10)(29)規定溫度s下定子損耗Pcu1s1.5×(14)2×(1)×K1+(7)/ K1+(2)(12)轉差率s(11)/(9)(30)規定溫度s下轉差Stc(11)×K1+(7)/ K1+(5)(13)端電壓U測取(31)規定溫度s

49、下轉速nc(9)-(30)(14)定子線電流I1測取(32)規定溫度s下轉差率Ss(30)/(9)(15)定子輸入功率P1測取(33)規定溫度s下轉子損耗Pcu2s(15)-(17)-(29)×(30)/(9)(16)風摩耗Pfw測取(34)總損耗Pt(16)+(17)+(28)+(29)+(33)(17)各負載點鐵耗Pfe測取(35)輸出功率P2(15)-(34)(18)Pcu1在試驗溫度(t)下定子I2R1.5×(14)2×(1)×K1+(5)/ K1+(2)(36)效率100×(35)/(15) 其中，第二階段利用線性回歸求取負載雜散損耗

50、的方法，是B法區別于其他測試方法的一個主要特點，不采用經驗數據而是通過實測數據進行推導，大大增加了計算結果的準確度。剩余損耗PL與輸出轉矩的平方T 2成2次函數關系： PL AT 2 +B （2-2）其中： （2-3） （2-4） （2-5） 利用以上公式統計，得到斜率A與截距B ，以便展現計算時數據離散性（或靠近以上曲線的程度）的數據相關系數r，在r 0.95時，表示數據可以使用，不然需要去除壞點（不超過2個）再次統計，假如依舊無法滿足標準，就需要檢查試驗數據離散比較大的根源，之后開展實驗與有關統計，一直到滿足標準。由此可知B法中負載雜散損耗是在準確求出其他四項損耗值的基礎上進行求解，由表（

51、2-2）公式推導關系可知，準確測量各個負載點的定子繞組溫度也是該環節的重點和難點。圖2-2 負載雜散損耗線性回歸分析2.4 繞組溫度測試值與效率關系分析由以上可知，采用B法計算電機效率的基本理論是通過計算出電機工況下各部分的損耗值，用輸入功率減去各個損耗得到輸出功率，從而用計算得到的輸出功率與輸入功率的比值求取效率。電機在工況下運行時的損耗主要包括五大部分，即定子損耗、轉子損耗、鐵耗、風摩耗、負載雜散損耗。其中定子損耗是指當對三相異步電動機通入三項電源時，電源的一部分功率將消耗在電機的銅繞組上，所以這部分的損耗也叫做定子銅耗,分析信息表示，對于規模不大的交流異步電動機，定子損耗大概占據電機平均

52、綜合損耗的35%。依照焦耳楞次定律，銅的損耗等于利用導體的電流平方和電阻的乘積,對電動機來說,可通過統計多種繞組內的定子銅耗,之后進行相加就可以,主要表達式為： （2-6）其中: 是銅耗;Ix是繞組X的電流；Rx電阻。對于普通m相繞組的交流電機,因為繞組對應,因此內部電流與電阻都一樣，那么繞組銅耗的表達式為: （2-7） 測量定子繞組溫度即是通過銅的電阻與溫度之間的函數關系得到銅在運行狀態下的熱態電阻，利用公式（2-7）計算得出電動機在工作溫度下的定子銅耗。因此，從理論上分析，繞組溫度測量值的偏差最直接影響的是電機的定子損耗，根據B法中五大損耗之間的數學推導關系，其他各部分損耗值都將間接受其影

53、響，從而影響到最終效率的計算值。本文選取了五臺不同規格的電動機，分別為0.75kW 2極、7.5kW 2極、15kW 4極、18.5kW 4極、55kW 6極，按照第3.3節介紹的整個計算過程，在其他試驗參數不變的條件下，調整定子繞組溫度，此處假設各試驗點的偏差值均相同，如繞組溫度偏差1K即假設個試驗點的測試值在原基礎上均偏差1K，考慮到部分參數值是在進行曲線擬合后進行取值，并且實際運行狀態各試驗點偏差值不可能完全相同，故從理論分析，得到繞組溫度偏差與效率值偏差關系大致如圖2-3所示。 圖2-3定子繞組溫度對效率的影響圖2-3大致反映了繞組溫度對效率值的影響情況，可知隨著電機功率增大，定子繞組

54、溫度的影響逐漸減弱7，7.5kW及以下的電動機對溫度變化比較敏感，當變化范圍在5K左右時，對效率的影響可以達到0.5%左右；對18.5kW及以上的電動機，變化范圍達到20K時，效率值波動0.2%左右，GB18613-2012中每個能效等級之前約差0.8%1%，而通用中小型三相異步電動機的冷卻方式為全封閉外表軸向自扇冷卻，電機機殼內是圓柱狀全封閉結構，實際定子繞組各部位偏差不會達到20K這么大，所以對于較大功率的三相異步電動機而言，繞組溫度的偏差對效率的影響非常小，基本可以忽略不計。2.5 本章小結 本章介紹了國家標準GB/T 1032-2012中用B發測試效率的整個實驗流程及效率計算方法，對B

55、法中比較有特色的利用線性回歸求取負載雜散損耗方法進行了具體介紹。并選取五臺不同規格電機，根據效率運算公式假設在其他條件不變、負載試驗及空載試驗時繞組溫度偏差度相同的情況，研究繞組溫度對效率值的影響，雖然實際情況會和理論計算值有一定偏差，但計算結果可以大致反應繞組溫度和效率之間的關系，仍具有一定參考價值。通過計算可以看出，繞組溫度值幾乎參與到了效率計算的每一個環節當中，對于18.5kW以上較大功率的電動機來講，繞組溫度測量值的偏差對效率的影響是非常小的，故接下來的溫度場仿真及實驗驗證等等，采用比較常見且應用比較廣泛的，額定功率為2.2kW的小功率電動機作為主要研究對象進行分析。第3章 三相異步電

56、動機溫度場理論分析3.1概述采用熱電偶溫度計法測量繞組溫度，涉及到熱電偶的布置情況，同時涉及到電機內部溫度場分布情況。在電機溫度場的求解計算中，其他國家的大部分專家學者在早期研究電機溫度場的統計，花費一定的精力，最終的帶了良好成果，溫度場統計更加精準。當前對于此設備溫度場的分布求解方法有多種，傳統的溫度場分析，如簡化公式法（用在預估繞組或者綜合鐵芯的溫升，此方式使用的散熱系數全部依照之前的電機測試得到的，大部分杰假定也并不合理），等效熱路法等方法較為簡單，但精度不高，大多數都從整體考慮，計算的結果多為平均值，并不能反映出電機內部各點的準確溫度；而數值解析法是在數值方法和計算機技術的前提上發展產生的，此方式內以有限元法的使用相對普及。此方式是把需要求解的區域離散成眾多小單元，通過電磁學和熱傳導學等眾多科目的知識，在眾多小單元內創建熱傳導方程，最終利用求解區域的邊界條件，對此區域綜合方程組開展求解，可精準的得出求解區域內甚至綜合電機內所有點的溫度情況。因為規模不大的電機熱模型結構繁雜、繞組無法處理與對流換熱系數不能快速明確等因素，數值統計方式并不多。伴隨計算機科技與數值計算方式的進步，有限元法憑借超高的精準度在電機溫度場的測試中占據重要位置。從理論的角度看，對于電機溫度場的分析一般和眾多比如流