功率、流量、扬程、转速、电流、电压和频率之间相互关系
一、定义
1.功率 在单位时间内,机器所做功的大小叫做功率。常用单位有:千瓦、马力。通常电动机的功率单位用千瓦表示。动力机传给水泵轴的功率称为轴功率,可以理解为水泵的输入功率,通常进水泵功率就是指轴功率。
由于轴承和填料的摩擦阻力;叶轮旋转时与水的摩擦;泵内水流的漩涡、间隙回流、进出、口冲击等原因。必须消耗了一部分功率,所以水泵不可能将动力机输入的功率完全变为有效功率,其中定有功率损耗,也就是说,水泵的有效功率与泵内损失功率之和为水泵的轴功率。
2.流量 水泵的流量又称为输水量,它是指水泵在单位时间内输送水的数量。其单位为升/秒、立方米/秒、立方米/小时。
3.扬程 水泵的扬程是指水泵能够扬水的高度,通常以符号H表示,其单位为米。水泵扬程=吸水扬程+压水扬程,铭牌上标示的扬程是指水泵本身所产生的扬程,它不含管道水流受摩
擦阻力而引起的损失扬程。
4.转速 转速是指在单位时间内,物体做圆周运动的次数,用符号“n”表示;其国际标准单位为r/s (转/秒)或 r/min (转/分)。当单位为r/s时,数值上与频率相等,即n=f=1/T,T为作圆周运动的周期。圆周上某点对应的线速度为:v=2π*R*n,R为该点对应的旋转半径。
5.电流 电流是指电荷的定向移动。电流的大小称为电流强度(简称电流,符号为I),是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量,每秒通过一库仑的电量称为一安培(A)。安培是国际单位制中所有电性的基本单位。 除了A,常用的单位有毫安(mA)及微安(μA)。
三角接法时,线电流会流到三相电器两个相支路,因此线电流是两个相电流的向量和即倍;星形接法时,线电流只流到一个相支路,因此线电流等于相电流。
6.电压 电流只所以能够在导线中流动,是因为在电流中有着高电位和低电位之间的差别。这种差别叫电位差,也叫电压。在电路中,任意两点之间的电位差称为这两点的电压。电压用符号"U"表示。电压的高低,一般是用单位伏特表示,简称伏,用符号"V"表示。高电压可以用千伏(kV)表示,低电压可以用毫伏(mV)表示。
三角接法时,线电压与相电压相等; 星型接法时,线电压是相电压的倍。
7.频率 频率,物质在单位时间内完成振动的次数,是描述振动物体往复运动频繁程度的量,常用符号f或v表示,单位为秒-1。
交流电的频率是指它单位时间内周期性变化的次数,单位是赫兹(Hz),与周期成倒数关系。
2、相互关系
1.功率、扬程与流量之间的相互关系
水泵电机功率计算公式如下:有功功率和无功功率N=KP=KPe/η=KρgQH/1000η (KW)。式中各符号意义如下:
P:泵的轴功率(KW),又叫输入功率,即电动机传到泵轴上的功率;
Pe:泵的有效功率(KW)。又叫输出功率,即单位时间输出介质从泵中获得的有效能量;
ρ:泵输送介质的密度(Kg/m3)。一般水的密度为1000Kg/m3(比重为1),酸的密度为1250Kg/m3(比重为1.25);
Q:泵的流量(m3/S)。当流量单位为m3/h时,应注意换算成m3/S;
H:泵的扬程(m);铭牌上标示的扬程是指水泵本身所能产生的扬程,它不含管道水流受摩擦阻力而引起的损失扬程;
g:重力加速度(m/s2),为9.8 m/s2;
K:电动机的安全系数,一般取1.1~1.3;
η:泵的效率,泵的有效功率和轴功率之比。
2.功率、电流与电压的相互关系
三相异步电动机功率分三种功率:有功功率P、无功功率Q和视在功率S。
视在功率S=1.732UI
有功功率P=1.732UIcosΦ
无功功率Q=1.732UIsinΦ
功率因数cosΦ=P/S
sinΦ=Q/S
电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数,用符号cosΦ表示,在数值上,功率因数是有功功率和视在功率的比值,即cosΦ=P/S 。三种功率和功率因素cosΦ是一个直角功率三角形关系:两个直角边是有功功率、无功功率,斜边是视在功率。 有功功率平方+无功功率平方=视在功率平方。 三相负荷中,任何时候这三种功率总是同时存在。
3.转速与频率的相互关系
电机转速公式:n0=60f/p,n=60f(1-s)/p
转差率公式:S=(n0-n)/n0
p为电机极对数,例如四级电机的p=2
n0是同步转速
n是实际转速
由上面公式可知,电机供电频率f与转速成正比关系。
4.功率、流量、扬程与转速的相互关系
轴功率比例定律:p1/p2=(n1/n2)3
流量比例定律:Q1/Q2=(n1/n2)
扬程比例定律:H1/H2=(n1/n2)2
由此可知,水泵流量与转速成正比,水泵扬程与转速平方成正比,水泵输出功率与转速三次方成正比。由于电机供电频率f与转速成正比关系,可知,功率、流量、扬程与频率的相互关系等同于其与转速的相互关系。(注:当频率达50Hz时,电机达到额定功率,再增加频率,其功率值不会再增,会保持额定功率。
5.电流、电压与频率的相互关系
电流、电压与频率之间没有必然关系。 在实际应用中,根据具体情况,会有不同的关联。
(1)电压源接电阻负载 电压不变,频率对电流没有影响。
(2)电压源接电感负载 电压不变,频率越高,电流越小。
(3)电压源接电容负载 电压不变,频率越高,电流越大。
电机的转速与频率正比,平时的低电压时,频率不变,电机的转速不变,那么输出的功率一定,电压降低,电流会上升。当频率下降时,电机的转速下降,那么输出功率变小,自然电流会下降,从而不会烧损电机。
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