解读电机的机械能力和电负荷能力

对于任何一台电机，都会有其固有的性能特性，并将主要的性能特性体现在铭牌数据上，而有些特性是电机必须满足的义务特性，今天Ms.参与大家换个角度去解读电机的机械能力和电负荷能力。

1 功率的概念及其分类

●有功功率P。有功功率也叫机械功率，单位为瓦特( 1千瓦=1.3596马力=10200公斤·厘米/秒)。

输出的有功功率：发电机取决于端子功率，电动机取决于轴端功率，而变换机则取决于发电机端子功率。

吸收的有功功率：发电机取决于轴端功率，电动机则取决于端子功率，而变换机则取决于电动机端子的功率。

●视在功率S。交流电机的视在功率S是由电压、电流及√3的积表示的。视在功率用伏安(VA)、千伏安(kVA)或兆伏安(MVA)表示。

●无功功率Q。无功功率是由视在功率和有功功率P得出，具体按式(1)，符合直角三角形的边长关系，可以把S当成斜边，Q和P为直角边：

Q2=S2-P2……………(1)

●在额定功率下，可把全部电动机和感应发电机理解为输出有功功率;而把同步发电机和调相机理解为输出视在功率。

●功率因数cosφ为有功功率P与视在功率S之比，具体见表(2)：

cosφ=P/S……………(2)

●效率η为输出功率P(发电机为端子输出的有功功率，而电动机为轴端输出功率)与吸收功率P Pv(用Pv表示损耗功率)之比,具体见式(3)。

η=P/(P Pv)=1-Pv/(P Pv) ……………(3)

因为Pv通常很小的，所以式(3)的第二种形式(后半部分)实际较适合。

2 电机的转矩

电机的转矩M由有功功率P和转速n确定，具体按式(4)：

M=97400×P/n……………(4)

式(4)中，M单位公斤﹒厘米，P单位瓦特，n单位转/分。在电机制造中一般采用近似公式(5)计算;但式(5)中，M单位公斤﹒米，P、n单位同式(4)。

M=P/n……………(5)

3 交流电机异步运行的转矩

●起动转矩是转矩中最小的，当转子在所有可能位置并以额定电压和额定频率供给静止的电动机时，在电动机轴端产生该转矩。

●鞍形转矩是最小转矩，该转矩是以额定电压和额定频率供给电动机，当电动机由静止状态到崩溃转速间(高速旋转时)在轴端产生的转矩。

●崩溃转矩是最大转矩，是以额定电压及额定频率供给感应电动机，当在鞍形转速和额定转速间高速运行时，在轴端产生的转矩。

在同步运行时，崩溃转矩是最大转矩，是同步电动机在额定电压、额定频率以及额定励磁下同步运行时，使负载转矩缓慢增加，但不能失步时在轴端所产生的转矩。

4 电流和转矩过负荷能力及不平衡负载能力

●电流过负荷能力。长时间运行的电机必须在运行热态下无损害地或无残留变形地承受下述过电流(尽可能在额定电压时)：通常为1.5倍额定电流持续15秒钟，额定电压低于250伏的直流电机，如果短路电流低于1.5倍额定电流，则短路电流持续15秒。

●转矩过负荷能力。在额定电压及额定频率时，交流电机最低必须达到规定的崩溃转矩。在额定电压下，直流电机必须产生对异步电动机所给定的作为最高转矩的崩溃转矩。

●不平衡负载能力。人们把交流发电机的相对不平衡负载理解为逆序电流与额定电流之比。不平衡负载附加由气隙磁场的高次谐波在磁极及转子表面产生涡流损耗。实心磁极能承受约10~15%的持续不平衡负载，而带阻尼绕组的叠片磁极能承受约12~18%的持续不平衡负载。

5 电机的短路稳定性

同步电机必须能承受由突然短路所产生的机械应力。为此，可以用发电机在1.05倍电压下完全短路空载运行验证。实际上，一般几乎不采用端子短路，而仅在变压器后短路，因此基本上采用比较小的应力计算。然而测量仍然必须考虑可能的运行情况，并且电机应与最不利的端子短路符合。因此通常按端子短路考验电机绕组支撑是否无损坏。持续短路运行的电机要求非常牢固的绕组端部支撑。

各极短接的同步电机的突然短路电流，通常不应超过额定电流幅值的15倍或额定电流有效值的21倍。对于大型两极汽轮发电机的值通常偏高。

由突然短路电流、电压和短路时的功率因数计算出的转矩在转子与定子间相互作用。作用在轴和机座上的短路转矩的计算应考虑中间连接质量及弹性，并且它恒小于短路电流与额定电流之比。

6 电机的机械强度

●超速强度。所有电机都必须承受规定(产品的技术条件中有规定)的超转速，而主要部件无损坏和不产生残留变形。如果电机不能做超速试验，则常常需要用计算验证;由超速转速时离心力产生的应力不应大于所用材料屈服极限的75%。此时如果没有指明其他协议，应以常用应力计算方法为基础。超速试验程序以两次或多次中间试验(观察和测量伸长)实现。高速运行通常应迅速进行，以使由0.8倍超转速到全超转速的时间不超过约2分钟。

● 耐压强度。主要针对于氢冷电机机座和所有其他用于封闭罩耐压的密封的过压试验。

● 耐振强度。指电机遭受强迫振动的所有部件，为可靠地避免共振，应适当地核算其固有频率。强迫振动可能具有转速频率和转速倍数频率，或者1倍或几倍的频率相吻合。

●耐久强度。超速强度和耐压强度具有静态特性，而耐振强度具有周期特性(交变性)，两种特性的叠加引出电机的耐久强度概念，对于电机的机械设计而言，耐久强度非常重要。