機(jī)加廠房負(fù)荷計(jì)算分析

1、誖2011年第9BUILDING期ELECTRICITY機(jī)加廠房負(fù)荷計(jì)算分析逯霞（中國(guó)航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司，北京市100120）LoadCalculationandAnalysisofaMachiningPlantLuXia（ChinaAviationPlanningandConstructionDevelopmentCo.，Ltd.，Beijing100120，China）AbstractThispaperanalyzesanddiscussesavarietyofloadcalculationmethodsformachiningplants，andsummarizestheappli

2、cablescopeofvariousloadcalculationmethods.KeywordsPowerfactormethod摘驗(yàn)負(fù)荷計(jì)算公式Pc=P+Kx+負(fù)荷計(jì)算5。表12（1-Kx）n進(jìn)行MachiningplantLoadcalculationUtilizationfactorTab.1工業(yè)用電設(shè)備的Kx、cos及tan0.651.17DemandfactormethodKx，cosandtanofindustrialelectricequipmentEmpiricalformulamethod要Loadrate用電設(shè)備組名稱(chēng)小批生產(chǎn)的金屬冷加工機(jī)床大批生產(chǎn)的金屬冷加工機(jī)床分析

3、探討機(jī)加廠房各種負(fù)荷計(jì)算方法，機(jī)加廠房負(fù)荷計(jì)算功率因數(shù)負(fù)荷率需要總結(jié)各種負(fù)荷計(jì)算方法的適用范圍。關(guān)鍵詞系數(shù)法利用系數(shù)法經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式法小批生產(chǎn)的金屬熱加工機(jī)床大批生產(chǎn)的金屬熱加工機(jī)床負(fù)荷計(jì)算是建筑電氣設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，負(fù)荷計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性直接影響建筑電氣設(shè)計(jì)的合理性及投資成本。負(fù)荷計(jì)算的方法較多，如何正確利用各種計(jì)算方法成為電氣設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。注：Kx需要系數(shù)；cos功率因數(shù)；tan用電設(shè)備功率因數(shù)角相對(duì)應(yīng)的正切值。表2利用系數(shù)Kl、cos及tancostan1負(fù)荷計(jì)算的方法機(jī)加廠房即以機(jī)械加工為主的廠房，其主要?jiǎng)恿ab.2UtilizationfactorKl，cosandtan用電設(shè)備組名稱(chēng)一般工作

4、制小批生產(chǎn)用金屬切削機(jī)床（小型車(chē)、刨、插、銑、鉆床、砂輪機(jī)等）一般工作制大批生產(chǎn)用金屬切削機(jī)床重工作制金屬切削機(jī)床（沖床、自動(dòng)車(chē)床、六角車(chē)床、粗磨、銑齒、大型車(chē)床、刨、銑、立車(chē)、鏜床）小批生產(chǎn)金屬熱加工機(jī)床（鍛錘傳動(dòng)裝置、鍛造機(jī)、拉絲機(jī)、清理轉(zhuǎn)磨筒、碾磨機(jī)等）大批生產(chǎn)金屬熱加工機(jī)床Kl0.10.12設(shè)備包括各種機(jī)床，如：車(chē)床、刨床、鏜床、磨床、銑床、插床、切斷機(jī)床，以及各種數(shù)控機(jī)床等。設(shè)計(jì)過(guò)程中我們經(jīng)常會(huì)遇到機(jī)加設(shè)備的配電及機(jī)加廠房負(fù)荷計(jì)算問(wèn)題，負(fù)荷計(jì)算的方法有：需要系數(shù)法、利用系數(shù)法、單位指標(biāo)法等。在工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)第三版中給出了運(yùn)用需要系數(shù)法和利用系數(shù)法確定機(jī)床設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷，系數(shù)取

5、值如表1及表2所示。除了采用需要系數(shù)法和利用系數(shù)法，也可根據(jù)經(jīng)0.16注：Kl用電設(shè)備組在最大負(fù)荷班內(nèi)的利用系數(shù)。作者信息逯霞，女，中國(guó)航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司，工程師。供電與配電如何正確的使用上述3種負(fù)荷計(jì)算方法和表1、表2給出的參數(shù)，成為做好機(jī)加廠房配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要因素。電動(dòng)機(jī)的空載損耗，kW；P0電動(dòng)機(jī)的額定效率；N電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，cos=cos電動(dòng)機(jī)的視在功率，kVA；S電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的無(wú)功損耗，kvar。Q0式（1）、（2）電動(dòng)機(jī)的特性曲線(xiàn)可用圖1表示。2設(shè)備計(jì)算電流確定眾所周知，三相交流設(shè)備的電流計(jì)算公式為：P1；SIN=PN%，在正確應(yīng)用此公式之前我們需要先明確三相異步電動(dòng)機(jī)的

6、幾個(gè)基本概念：額定功率PN：電動(dòng)機(jī)在額定工況下運(yùn)行時(shí)，額定電壓UN：電動(dòng)機(jī)在額定工況下運(yùn)行時(shí)，額定電流IN：電動(dòng)機(jī)在額定工況下運(yùn)行，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸輸出的機(jī)械功率。施加在定子繞組上的線(xiàn)電壓。軸輸出額定功率時(shí)，流入定子繞組的線(xiàn)電流。額定功率因數(shù)cosN：電動(dòng)機(jī)在額定工況下額定效率N：電動(dòng)機(jī)在額定工況下運(yùn)行時(shí)，圖1電動(dòng)機(jī)的特性曲線(xiàn)運(yùn)行時(shí)，定子側(cè)的功率因數(shù)。Fig.1Characteristiccurvesofelectrmotors由圖1可以看出，對(duì)于一臺(tái)給定的電動(dòng)機(jī)而言，其運(yùn)行效率、功率因數(shù)均取決于電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率，分析如下：轉(zhuǎn)軸輸出的機(jī)械功率（額定功率）與定子側(cè)輸入的電功率（額定輸入功率）的比值。明確上述

7、基本概念之后電動(dòng)機(jī)輸入電流的計(jì)算公式應(yīng)該為IN=a.電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率低于40%時(shí)，其運(yùn)行效率才PN姨UNcosNN%，其中電動(dòng)機(jī)的額定迅速下降。當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率達(dá)到40%以上時(shí)，運(yùn)行效率較高。功率PN在銘牌上給出，電動(dòng)機(jī)的效率、功率因數(shù)b.效率曲線(xiàn)的最高點(diǎn)為電動(dòng)機(jī)的最高運(yùn)行效率，cos可以分別用式（1）、式（2）表示：=PN+P0+2P2P1其對(duì)應(yīng)的負(fù)荷率為最佳負(fù)荷率，用e表示，從曲線(xiàn)可以看出e一般在60%80%之間。c.電動(dòng)機(jī)空載時(shí)功率因數(shù)很低，在10%20%PN1-1PN-P0NN（1）之間，隨著負(fù)荷率增加，功率因數(shù)也增大，當(dāng)為80%以上時(shí)功率因數(shù)達(dá)到最高。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，車(chē)床、銑PN+P0+2c

8、os=1-1%PN-P0姨姨床滿(mǎn)載時(shí)的電動(dòng)機(jī)效率為（2）%70%80%，鉆床為80%85%，磨床為80%90%，刨床、插床為65%75%。姨%PN+P0+22-1PN-P0%+Q0+2NNtgN-Q0N式中：電動(dòng)機(jī)的效率；電動(dòng)機(jī)的有功輸出功率，kW；P2電動(dòng)機(jī)的有功輸入功率，kW；P1電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率，=對(duì)于給定的機(jī)床設(shè)備，可根據(jù)電動(dòng)機(jī)的特性曲線(xiàn)及公式（1）、（2）求出機(jī)床電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，然P2；PN后利用公式IN=PN姨UNcosN%計(jì)算得出機(jī)床設(shè)備的額定電流。有的數(shù)控機(jī)床設(shè)備商直接給出機(jī)床設(shè)備的額定電流，作為設(shè)計(jì)依據(jù)。機(jī)加廠房負(fù)荷計(jì)算分析（逯霞）電動(dòng)機(jī)的額定功率，kW；PN537誖2011

9、年第9BUILDING期ELECTRICITY3分析舉例下面舉例說(shuō)明機(jī)床設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算。某廠房有特性曲線(xiàn)的分析可知，其cos=0.65×0.80.9×0.8=0.520.72，所以在應(yīng)用公式進(jìn)行電流計(jì)算時(shí)不能直接利用表1和表2給出的功率因數(shù)0.50n條生產(chǎn)線(xiàn)，其中較為典型的生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)床設(shè)備負(fù)荷如表3所示，所有機(jī)床設(shè)備的額定電壓均為三相380V。表3設(shè)備號(hào)0.65，否則計(jì)算結(jié)果會(huì)偏大，從而使得開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線(xiàn)選擇均偏大，造成不必要的浪費(fèi)。同時(shí)也不能直接典型生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)床設(shè)備負(fù)荷表/kWTab.3Typicalloadsheetofmachinetoolsofproduction-line

10、/kW1生產(chǎn)線(xiàn)號(hào)利用公式I=P姨Ucos%，將電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)按照220320456789合計(jì)cos=0.8進(jìn)行計(jì)算，這樣計(jì)算電流則偏小。32整條生產(chǎn)線(xiàn)的配電生產(chǎn)線(xiàn)的配電計(jì)算可以采用需要系數(shù)法、利用系數(shù)法和經(jīng)驗(yàn)公式法。abc72864112813405.513118142588276648321運(yùn)用需要系數(shù)法計(jì)算注：表中20kW以上的設(shè)備均為數(shù)控機(jī)床，銘牌值PN/IN分別為：20kW/45A、40kW/89A、64kW/143A、72kW/161A。運(yùn)用需要系數(shù)法計(jì)算時(shí)，設(shè)：cos=0.60，Kx=0.25，則：a生產(chǎn)線(xiàn)的計(jì)算有功功率Pc=112kW；b生產(chǎn)線(xiàn)的計(jì)算有功功率Pc=KxP=0.25

11、×88=22kW；c生產(chǎn)線(xiàn)的計(jì)算有功功率Pc=KxP=0.25×276=69kW。其中b生產(chǎn)線(xiàn)的計(jì)算有功功率小于最大單臺(tái)設(shè)備的額定功率，計(jì)算電流為56A，如果6號(hào)設(shè)備（40kW該案例的配電包括單臺(tái)設(shè)備的配電、生產(chǎn)線(xiàn)的配電，以及整個(gè)廠房的配電。其中整個(gè)廠房的配電及負(fù)荷計(jì)算采用表1、表2給出的需要系數(shù)法或利用系數(shù)法計(jì)算，在此不再列出。下面就單臺(tái)設(shè)備的配電和生產(chǎn)線(xiàn)的配電進(jìn)行具體的分析計(jì)算。單臺(tái)設(shè)備配電按照電流的計(jì)算公式I=/89A）額定運(yùn)行時(shí)整條生產(chǎn)線(xiàn)會(huì)因?yàn)檫^(guò)電流而斷電。由此可見(jiàn)需要系數(shù)法的負(fù)荷計(jì)算結(jié)果不夠合理，利用此計(jì)算結(jié)果進(jìn)行導(dǎo)線(xiàn)和開(kāi)關(guān)的選擇都不合理。但表1給出的需要系數(shù)的取

12、值為經(jīng)驗(yàn)值，我公司幾十年實(shí)踐應(yīng)用證明：考慮電動(dòng)機(jī)的特性曲線(xiàn)（圖1）及機(jī)床設(shè)備的工作特點(diǎn)（多臺(tái)電機(jī)不可能同時(shí)額定功率運(yùn)行）后，需要系數(shù)法的計(jì)算結(jié)果一般能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)線(xiàn)的負(fù)荷需求，但隨著數(shù)控機(jī)床的大量應(yīng)用以及數(shù)控機(jī)床功率的不斷增加，需要系數(shù)法用于功率相差較大的、設(shè)備較少的生產(chǎn)線(xiàn)的負(fù)荷計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果不夠合理，31P姨Ucos%，對(duì)于數(shù)控機(jī)床，如a生產(chǎn)線(xiàn)的2號(hào)數(shù)控機(jī)床，銘牌已經(jīng)給出P、U、I值，通過(guò)上式可以反推出設(shè)備的cos=0.68，若cos=0.8，則=0.85，滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)的特性曲線(xiàn)。可按照額定電流進(jìn)行保護(hù)開(kāi)關(guān)的整定及導(dǎo)線(xiàn)截面的選擇。那么，對(duì)于一般的機(jī)床設(shè)備，根據(jù)上述電動(dòng)機(jī)表4典型生產(chǎn)線(xiàn)利用系數(shù)法

13、負(fù)荷計(jì)算結(jié)果Tab.4Loodcalculationresultsoftypicalproduction-lineusingutilizationfactormethod用電設(shè)備中，用電設(shè)備用電設(shè)備n1臺(tái)設(shè)備用電設(shè)備平均計(jì)算用電設(shè)備單臺(tái)設(shè)備功率n1臺(tái)數(shù)的的總設(shè)備Pn1功率最大系數(shù)利用系數(shù)的有效有效臺(tái)數(shù)生產(chǎn)組的設(shè)備利用系數(shù)有功功率不小于最大相對(duì)值臺(tái)數(shù)的相對(duì)值功率臺(tái)數(shù)相對(duì)值線(xiàn)號(hào)功率KmKl一臺(tái)設(shè)備功率nKavnPc/kWP/kW11288276一半的臺(tái)數(shù)n1Pn1/kW7240192Pnyxnyxlabc3891131124712446供電與配電出現(xiàn)了過(guò)電流跳閘事故。e.變電所負(fù)荷計(jì)算可以采用利用

14、系數(shù)法、需要322運(yùn)用利用系數(shù)法計(jì)算系數(shù)法、經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。此時(shí)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式系數(shù)已經(jīng)接近需要系數(shù)法的需要系數(shù)值，因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)計(jì)算公式Pc=PKx+由于利用系數(shù)法的計(jì)算系數(shù)與設(shè)備臺(tái)數(shù)和功率均有關(guān)，所以計(jì)算結(jié)果比較準(zhǔn)確。運(yùn)用利用系數(shù)法計(jì)算所得的部分生產(chǎn)線(xiàn)的負(fù)荷計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可以看出，利用系數(shù)法的計(jì)算結(jié)果大于需要系數(shù)法。b、c生產(chǎn)線(xiàn)的計(jì)算結(jié)果分別為47kW/119A、2（1-Kx），當(dāng)n越大時(shí)，Kxn+2（1-Kx）越接近Kx，n為無(wú)窮大時(shí)，即等于Kx。n1周希章，周全，編著.常用電機(jī)的選擇和應(yīng)用M.124kW/314A，此值較需要系數(shù)法的計(jì)算結(jié)果更加合理。以往的實(shí)踐證明利用系數(shù)法的計(jì)算結(jié)果一般

15、能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)線(xiàn)的負(fù)荷需求。323運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式Pc=PKx+2（1-Kx）n2周希章，周全，等編著.如何正確選用電動(dòng)機(jī)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.3中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，組編.工業(yè)與（n4）計(jì)算，因?yàn)橄禂?shù)與設(shè)備臺(tái)數(shù)有關(guān)，其計(jì)算結(jié)果較需要系數(shù)法合理，但還是不能體現(xiàn)與單臺(tái)設(shè)備容量的關(guān)系。具體計(jì)算結(jié)果為：b生產(chǎn)線(xiàn)的計(jì)算有功功率Pc=PKx+民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京：中國(guó)電力出版社，2005：3-10.4孫旭東，王善銘，編著.電機(jī)學(xué)M.北京：清華大學(xué)出版社，2006.5吳元標(biāo).工廠電力負(fù)荷計(jì)算方法的探討J.建2（1-Kx）=88×

16、0.438n=38.5kW；c生產(chǎn)線(xiàn)的計(jì)算有功功率Pc=PKx2（1-Kx）=276×0.417=115kW。+n筑電氣，1985（2）：5.2011-01-15來(lái)稿2011-07-22修回4總結(jié)a.單臺(tái)機(jī)床設(shè)備的電流計(jì)算應(yīng)采用公式：2222222222222222222222I=P姨UIcosb.%建筑電氣雜志社遷址公告19812011，金秋10月，建筑電氣迎來(lái)她第。對(duì)于多臺(tái)機(jī)床設(shè)備（n4）、單臺(tái)機(jī)床設(shè)備的功率相差不大的配電干線(xiàn)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)可以采用需要系數(shù)法、利用系數(shù)法和經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算結(jié)果誤差在工程允許范圍內(nèi)。30個(gè)生日。值此30周年刊慶之際，建筑電氣雜志社將喜遷新址辦公。新辦公地址：成都市天府大道北段866號(hào)C座4層郵編：610042電話(huà)：辦公室編輯部廣告部發(fā)行部網(wǎng)絡(luò)部c.對(duì)于多臺(tái)機(jī)床設(shè)備（n4）、單臺(tái)機(jī)床設(shè)備的功