短文5:电机的效率计算问题

描述

电机的效率是输入功率和输出功率的比值吗?这说法对阻性电机是对的,对感性(容性)电机就不对了,感性电机输入电流是“有功电流+无功电流”的混合物,因此,输入功率不能直接作为有用功率或有功功率来做效率计算;就因为在输入电流进入电机时,就已经有不作功的无功功率进入,在效率计算时必须剔除,所以输入功率除了已知的线圈铜损、铁芯铁损、机械磨损、散热风损之外,还有特殊的“进入损耗”,其罪魁祸首就是功率因素!

电机工程师在设计电机时,常常为“效率”与“功率因素”这两个参数头疼:满足了前者后者得不到最佳值,满足了后者前者拿不到最佳值,一般的设计最后只能两者兼顾而取中间值。

为此我们提出“电机是由2种能量转换机制共一体的机电转换设备”的说法。简单说:

电机的电源输入端“电力能量转为磁通能量”的输入端能量转换机制;

电机的扭矩输出端“磁通能量转为机械力”的输出端能量转换机制。

入出两种转换机制以磁通能量为可替换的中间介质,并使定子与转子间的气磁隙为中间介质的隔离而各自独立,由此,输入端和输出端就有各自独立的特性和转换效率(如图)。

输入功率

由此物理概念计算电机(感性或容性)效率:

电机输入端的电能能量进入电机线圈转化为磁场能量,输入端的效率=磁场功率/有功功率。

电机输出端的磁场能量带动转子输出扭矩为做功功率,输出端的效率=做功功率/磁场功率。

因此,电机的效率 =输出端效率/输入端效率 =做功功率/有功功率,与教科书说法不变。

审核编辑 黄宇

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