（已结束）变频擂台第60期——电机的频率和功率的关系问题 点击：7286 | 回复：79
变频擂台第60期擂台——电机的频率和功率的关系问题
该擂台贴来自 都晓 的一个贴《电机频率和功率有关系吗》：http://bbs.gongkong.com/Details/201112/2011121818055200001-1.shtml，在此对 都晓、电X 表示感谢！
众所周知，电机的额定功率是电机在额定电压、额定频率下的功率。那么电机的频率和功率有关系吗？电机在非额定频率下的功率该怎么计算呢？ 假如10KW电机，变频频率25HZ，功率是一半吗？在本期擂台中，我们就来讨论一下电机的频率和功率的关系问题：
1、存在电机的频率（包括频率而不仅限于频率）与功率的理论计算公式吗？如果存在，请列举。
2、在电机实际运行过程中，功率与频率之外的什么参数还有关系？请详细阐述。
3、电机运行在不同频率下的实际功率该怎样测量？请列举详细的测量方法。
4、针对以上要求，进行详细阐述。最好能有图片说明，如果能以某品牌举例说明更佳。列举得最全的、阐述得最详细的、原创最多的，作为一等奖。
变频擂台每周一期，本期擂台的最晚结贴时间为：2011年12月25日。
奖项设置：一等奖1名：50MP，二等奖5名：10MP，三等奖10名：30积分。
MP介绍：gongkongMP即工控币，是中国工控网的用户积分与回馈系统的一个网络虚拟计价单位，类似于大家熟悉的QB，1个MP=1元人民币。
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干活归来，接着白活。
既然电机的有功功率是P=UICOSa，那为什么变频后能够减少电机的有功功率呢，这是因为变频器的一种类型是U/F是常数输出，除了这种类型外还有恒功率输出和恒磁通输出。由于这个U/F是常数的比例输出类型在电源频率改变后电压也跟着改变，所以造成影响有功功率的电压U也发生变化，这就相当于电机在不同电压登记下的P=UICOSa的曲线运行，在某以频率下对应的电源电压恒定情况下，电机的有功功率的大小同样取决于负载的大小，其在空载、轻载、重载、满载、过负荷情况下得运行和额度情况下运行分析相同，其电机定子的电流I与功率因素COSa随着负载大小变化而变化。
电机在变频器U/F状态下运行时，由于电压降低，势必造成电机的输出功率降低，因为如果同样的负载在正常额定情况下运行时电流是额度电流的80%，那么如果电机在低频下运行比如25HZ情况下，其电机电压就降为额度电压的50%，那么为了满足电机带动负载正常运行，其电机的电流是必要是原来电流的2倍，此时就是额度电流的160%，造成电机电流过载。
所以变频器这种状态下运行时其负载状态不是满负载的，也就负载减小后，电机的输出功率也减小两者始终相等，因此电机的有功功率减小从而实现了节能的目的。
回复内容：
对：刘志斌关于引用 jiaoanpeng 的回复内容：……变频器这种状态下运行时其负载状态不是满负载的，也就负载减小后，电机的输出功率也减小两者始终相等，因此电机的有功功率减小从而实现了节能的目的。1、变频调速时，速度降低，负载功率减小，用电量减小；2、就好像，把60W的灯泡换成25W的灯泡，用电量少了；3、如果把灯用开关关掉，就不用电了，你能说开关最节能吗？？？内容的回复：
呵呵，刘老好。
这个问题，从技术上说，不节能，但中国人聪明啊，凡事就要看怎么说了。
把开关关了，不用电了，从技术上说不节能，但从统计上说节能了，偶公司去今两年节能目标超额完成就归功于他，因为去年一套耗电很多的设备停车了，但利润创造了记录，所以这个节能目标超额完成了，今年更多的设备停车了，虽然利润没有去年高，但节能目标也超额完成了，呵呵，马上要受到表扬、嘉奖了。
至于利用变频器节能的应用在化工生产中应用很广，如果负载减少了电机还是额定功率运行，那么负荷的动能和压能就超出了目标要求，就要通过管线上的阀门来改变，虽然从电机的能量转换上看，电机把电能都转换为机械能了，电机没有消耗过多能量，效率与负载变化前没有影响，但从一个整体看，电机把电能转换为机械能过多，需要后续阀门来调节把机械能变成无用的热能，这个过程是浪费的，因此也可以看出电机此时的运作方式是不节能的。
于是通过变频器来实现节能，节能的目标就是在负载减小后通过电机的运作来减少工艺的动能和压能，而不用调节后续的阀门来耗能，这个就实现了节能的目标，用电少了但实现了生产目标。
1、存在电机的频率（包括频率而不仅限于频率）与功率的理论计算公式吗？如果存在，请列举。
电机输出功率P2=电源输入功率（P1）-铜损耗功率 — 铁损耗功率 — 机械损耗功率 — 附加损耗
而电磁转矩T=Pm/v=60Pm/2πn，v为同步角速度，n为转速，π（就是第一个看起来像n的那个符号，3.1415926535898）
而n=60f(1-s)/p，f为频率，s为转差率，p为极对数
如果不考虑损耗，那么输入功率（P1)=电磁功率(Pm）=输出功率（P2）
那么很容易得出T=p*P2/【2π*f*(1-s)】
输出转矩=电磁转矩 — 空载转矩
汗，分析到这里突然就蒙了，发现推来推去回原点了，脑袋直接浆糊了，好吧下面直接说我的结果：
如果是恒转矩调速的情况下，频率和功率正比关系
如果是其他参数不变，只改变频率的话，对我来说太复杂了，得分析线电流和转矩与频率三者的关系。
2、在电机实际运行过程中，功率与频率之外的什么参数还有关系？请详细阐述。
（频率之外）影响功率（输出功率）的因素：电机自身的损耗功率、电压、功率因素、电流（负载情况），与电压、功率因素为正比关系，与电流的平方成正比关系。
3、电机运行在不同频率下的实际功率该怎样测量？请列举详细的测量方法。
最简单的方法测电压和电流
引用 刘志斌 的回复内容：引用 jiaoanpeng 的回复内容：……节能的目标就是在负载减小后通过电机的运作来减少工艺的动能和压能，而不用调节后续的阀门来耗能，这个就实现了节能的目标，用电少了但实现了生产目标。1、你没有考虑变频器的效率、损耗；2、你夸大了阀门调节流量的能量损耗，实际上阀门调节流量时，在一定范围内电机功率是正比下降的；
刘老实的这个观点，我没能仔细的分析。但我想起了，电冰箱能不能当空调用的问题，
答案是否定的，而且给出的过程很简单， 如果可以降温，请问电哪去了？
降温的过程是热能释放的过程，除非电提供了“负热能”【负热能，亏我能想的出。。。】
假设变频器可以节能的命题是正确的，恩。。。。。。。。恩。。。。。。。这个能居然不是指的能量。。。。。。
可以指产能，效能，能人的能，好一招移花接木啊。
晕，变频器是用来调速的，关节能不节能啥事啊，干嘛要和节能不节能联系在一起啊。。。
既然上边两位大侠对偶使用变频器节能问题产生疑问，偶就在啰嗦几句。
关于你夸大了阀门调节流量的能量损耗，实际上阀门调节流量时，在一定范围内电机功率是正比下降的；
其实如果不适用变频器来控制而使用普通的调节回路来实现流量控制，比如使用调节阀来控制后续设备的流量稳定，那么当调节阀关闭时，泵出口的流量减小，电机的负载降低，的确电机消耗的电流减小，此时电机功率下降，但是其效率和功率因素都减少，这种状况是不理想的。
再者如果使用调节阀来控制流量，那么调节阀前后需要切断阀，以防调节阀使用中损坏无法维修影响生产，所以这个管线上就需要三个阀门来进行节流控制，虽然调节阀前后的切断阀在工艺安装设置要求满负荷运行时能够达到全开，但实际使用中工艺负荷很难保证与设计负荷相当，所以调节阀就选大了，那么就需要前后的切断阀来进行节流，以此来保证调节阀有足够的调节行程，这两个切断阀就产生了压损，加上调节阀的压损，其压力损耗很大，这个具体的数据偶没有，不过至少造成30%的泵出口压损，这压损消耗的就是电机转换为机械能的能量，也就是虽然电机的在低负荷下，电流减少了，功率减少了，但还有30%的功率被无谓的消耗了，在加上此时电机效率不高，因此电机在此种情况下运行至少有40%的无谓功率损耗。
如果使用了变频器调节，那么两个阀门和调节阀就可以取消，此时管路上的压损30%的能量就可以节省下来，加上由于变频器在频率改变时改变了电压等级，使电机能够在不同的电压等级下保证电流足够大即额定电流下运行，此时电机的效率和功率因素都很高，那么此时电机就可以少输出至少40%的功率，那么这个少输出的功率就是实实在在的节能。
虽然你没有考虑变频器的效率、损耗；但是变频器效率和损耗在高也不会与40%的电机效率相比较，因此即使除去变频器的损耗，那么至少也能够节省30%的电能，由于化工生产装置的运行率都是按照年来计算的，一年电机不停的远转每小时能够节省电机功率的30%那么一年下来节省的电就不是小数目。虽然变频器需要投资购买价格不菲，但现场的阀门、调节阀也选哟购买，而且使用寿命远没有变频器长久，需要每年大修时维修甚至更换，再者管线上增加了三个阀门就多了很多的密封点，这些密封点都需要平常进行检测防止泄露，于此下来的费用绝不是小数，加上每年变频器所节约的能量绝对比购买变频器耗费的费用高，而且变频器的使用寿命较长，所以对于使用变频器节能还是很有前途的。
变频器的确是调速的，但是正是根据变频器调速的远离能够使变频器的输出与负载想平衡，因此在大多数化工生产中，变频器的使用不是用来控制现场机泵的转速而是为了节能。
对：jiaoanpeng关于电机的机械功率很难准确测量，而对于电机定子的用功功率却能够准确测量，普通的电能表就可以测量。因为电机的用功功率包括电机输出的机械功率和电机损耗的有功功率，而电机的有功损耗较小但却随着负载变化，所以要准确的测量电机输出的机械功率是个难题，因此大多数情况下说的电机功率都是电机定子的有功功率也通常被看做电机的机械功率。如果要测量电机在不同频率下电机的功率可以在变频器前安装电能表，因为变频器的效率较高可以看出是一个微消耗电能设备，这个不论变频器怎样变频，不论电机是空载、轻载、满载或是超载都可以通过电能表来计量电机的有功功率。 内容的回复：
一般来说，在安装变频器时都会安装电能表，目的是为了计量省了多少电，可是究竟省了多少？无法说清楚，为什么？因为在安装变频器之前不知道用了多少电，也就是说，之前的功率是多少是未知的，一台75KW的水泵，如果你把出口关小，它实际上没有出到75KW的功啊，这样的话，就算是装了电能表也无法准确的说出省了多少电，除非你在装变频器之前就装电能表，统计一两个月，用了多少电，再和装了变频器后的用电相比较，才能知道省了多少电。您觉得呢？
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