关于大马拉小车的讨论

关于 大马拉小车 的讨论
1 关于 大马拉小车 的界线
通常所说的 大马拉小车 是指电动机的功率大于负载功率㊂那么电动机功率比负载大多少才算是 大马拉小车 呢？严格地讲，电动机经济运行就是对 大马拉小车 的最好判定㊂比如在例题3-2中，负载率在10% 40%认为对电能利用是不经济的，说明这台电动机（Y2-250M-4）负载率小于40%，被认为是 大马拉小车 ㊂对于不同功率㊁不同极数的电动机，其非经济运行临界点是不同的㊂非经济运行临界点可能出现在负载率为40%㊁45%或者50%的某一点上㊂这与通常所说的 大马拉小车 还有一定的差异㊂为了讨论这个问题，再来分析三相异步电动机效率和功率因数曲线的特点㊂三相异步电动机（Y280S-6）为45kW /6极，其效率和功率因数曲线如图4-1所示㊂
图4-1 Y280S-6效率和功率因数曲线图中三相异步电动机的效率是随输出功率变化而变化的㊂效率曲线大致可以分成三段，a-o 段㊁a-b 段和b-c 段㊂a-o 段为效率急剧下降段，或者是说效率随负载增加而快速增
加段；a-b 段效率变化明显段，效率明显增
加或明显下降；b-c 段为效率变化平缓段，
效率接近于额定值㊂把效率将变化的转折点a 称为临界点，a 点所对应的负载率称为临界负载率βa ，当负载率β>βa 时，效率变化
不大，这是电动机的可变损耗和不变损耗的
对比关系所决定的㊂当负载率β<βa 时，效
率急剧下降㊂当β大于βa 时，尽管效率较
高，但功率因数较低，只有0.53㊂此时综合
效率要比额定效率低10%㊂
通常几千瓦至几十千瓦的三相异步电动机使用量较多，为此我们再看一个例子㊂三相异步电动机Y100L-4为3kW /4极，其效率和功率因数曲线如图4-2所示
㊂
图4-2 Y100L-4效率和功率因数曲线
图4-2中，效率曲线大体上也可分成三
段，a-o 段㊁a-b 段和b-c 段㊂与图4-1区别
之处在于效率和功率因数随负载率上升速
度变慢㊂βa 由0.2右移至0.3，βb 由0.4右
移至0.5㊂研究表明，几千瓦至几十千瓦的
三相异步电动机的效率和功率因数曲线与
图4-1㊁图4-2大体相同，功率越大，效率
和功率因数上升越快㊂
总而言之，电动机 大马拉小车 的
界线不能只考虑效率，还要考虑功率因数㊂
对于不同功率和极数的三相异步电动机，
效率和功率因数曲线都是有差异的㊂严格地讲 大马拉小车 没有确切的比例㊂但一般来说，对于普通Y 系列（Y㊁Y2㊁Y3和YX）
1.5kW 以上的电动机，βɤ50%，就认为是 大马拉小车 ㊂那么， 马 与 车 的比例是多少比较合适呢？从功率配合的角度看，负载率取70% 80%比较合适㊂电动机效率处于最高段，功率因数也比较高㊂负载率取70% 80%，电动机的功率留一些余量，以防负载发生波动㊂虽然成本有所提高，但能够提高电动机拖动系统的可靠性㊂
2 大马拉小车 的损耗分析
从效率和功率因数曲线看， 大马拉小车 时，不仅效率低，功率因数也很低，这就是 大马拉小车 造成电能浪费的原因㊂严格地讲，电动机 大马拉小车 造成电能浪费的根
本原因是损耗的问题㊂对于某一确定的负载，原来工作状态为 大马拉小车 ，如果更换一台功率小的电动机，五种损耗如何变化呢？下面通过一个实例来分析 大马拉小车 时电动机的损耗情况㊂某一台14型的抽油机，平均负载为11.25kW㊂原来使用的电动机（Y315M-8）为
75kW，一直处于 大马拉小车 状态，平均负载率为15%㊂后来设计了高起动转矩电动机，解决了起动困难的问题，电动机功率降至30kW /8极电动机（Y250M-8），平均负载率提高到37.5%㊂更换电动机前后负载没有变化㊂经测试和计算，得到更换前后两台电动机的各种损耗见表4-1㊂
表4-1 两台电动机的各种损耗电动机型号
输入功率/kW 铁损耗/kW 定子铜损耗/kW 转子铜损耗/kW 机械损耗/kW 杂散损耗/kW Y315M-814.670 1.8500.5600.2300.5870.193Y250M-812.4580.4620.3030.0650.3100.068从表4-1中可以看出，对于同一个负载，两台电动机的各种损耗相差很多㊂各种损耗下降的百分比分别为：铁损耗下降了75%，定子铜损耗下降了46%，转子铜损耗下降了72%，
机械损耗下降了47%，杂散损耗下降了65%㊂其中，铁损耗下降最为明显㊂对于Y315M-8/ 75kW电动机，总损耗为3.42kW，其中，铁损耗占总损耗的54.1%㊂由此可见， 大马拉小车 造成电能浪费的主要根本原因是铁损耗，其次是定子铜损耗和机械损耗㊂再来分析 大马拉小车 自身损耗的变化㊂对于Y315M-8/75kW电动机，从额定负载变化到15%的负载各种损耗如表4-2所示㊂
表4-2 Y315M-8/75kW电动机各种损耗的变化情况
负载率输入功率/kW铁损耗/kW定子铜损耗/kW转子铜损耗/kW机械损耗/kW杂散损耗/kW 100%81.062 1.865 1.7400.9500.5870.920 15%14.670 1.8500.5600.2300.5870.193
从表4-2中可以看出，电动机从额定负载到轻载的变化过程中铁损耗和机械损耗基本不变，铜损耗和杂散损耗下降较大㊂电动机的功率越大，体积就越大㊂式（3-1）表明，铁损耗与定子铁心重量成正比㊂因此解决 大马拉小车 的关键是降低电动机的额定功率，也就是减小体积㊂
Y315M-8/75kW电动机额定运行时效率为92.5%，功率因数为0.817㊂平均负载率为15%时，运行效率76.7%，功率因数0.435，总损耗为3.420kW㊂
Y250M-8/30kW电动机额定运行时效率为91.6%，功率因数为0.810㊂平均负载率为37.5%时，运行效率90.3%，功率因数0.577，总损耗为1.208kW㊂从上面的数据可以看出，将75kW的电动机换成30kW的电动机，提高了负载率，总损耗从3.42kW降至1.208kW㊂电动机输入功率从14.670kW降至12.458kW㊂有功节电率15.1%㊂
但由于负载的特殊性，平均负载率不能提高到50%以上，更不能提高到60%㊂这种负载使得电动抽油机仍处于 大马拉小车 的状态，因此抽油机的电动机节能还有待于深入研究㊂。