電機服務系數一詞出自美國全國電氣制造商協會(NEMA)編寫出版的《MG1-2009電動機和發電機部分》標準,俗稱NEMA MG1標準。該標準詳細闡述了交流電動機的服務系數(Service Factor,或稱使用系數,簡稱S.F)和服務系數在交流電動機上的應用,其主要內容是:交流電動機的服務系數是一個乘數。當它乘上額定功率時,表示在服務系數規定的條件下允許承受的功率負載?! ?/p>

     在通常使用條件下,按額定負載連續運行。當電壓和頻率保持銘牌上規定值時,電動機可過載至額定功率乘上銘牌上的服務系數。電動機在任何大于1的服務系數下運行,其效率、功率因數和轉速可不同于在額定負載條件下的數值,但堵轉轉矩和電流及最大轉矩將維持不變。電動機在任何大于1的服務系數下連續運行時,將減少預期使用壽命。與按額定的銘牌功率下運行相比,絕緣壽命和軸承壽命將會減少。

  此外還給出了服務系數為1.15及以上的電動機,在服務系數的負載下運行時,其溫升值的規定:絕緣等級A級時為70℃;絕緣等級B級時為90℃;絕緣等級F級時為115℃,并指出如果采用F級絕緣時應對軸承溫度和潤滑等予以特殊考慮。以上是NEMA標準所談到的電機服務系數。

  通俗講,電機服務系數表示允許電機長期連續工作的最大負載率,是衡量電機連續負載工作能力的一個參數。它是為了滿足特殊應用場合或者工作制式備用的過載率,數值上為允許的最大輸出功率與額定功率的比值,工作制式是運行模式,與能力系數不應混淆在一起。

 如:功率為30kW的電機,如果服務系數為1.15,那么它的實際可輸出最大功率為30×1.15=34.5kW。


 今天,我們討論一下工作制式和服務系數,通過一些實例解讀服務系數,旨在指導電機設計和合理使用電機。

   空壓機電機服務系數實例解讀

  電機常見工作制式有S1連續工作制、S2短時工作制、S3~S7周期工作制,不常見的有S8變速變負載的連續周期工作制及S9負載、轉速非周期性變化工作制。當運行模式與標準模式S1~S9工作制中的任何一種都不吻合,如要求電機變負荷連續運行,可以用“S1連續工作制+服務系數”等組合方式約束、表征電機性能。盡管“工作制+服務系數”組合實際上確實是一種工作制式,但卻不能說服務系數是工作制式。

  服務系數是一個綜合指標,數值上等于最大過載率。根據三相異步電動機的運行特性,服務系數大小一般規定為1.15-1.25,因為使用偏低的服務系數,實際沒有實質性的應用效能;服務系數偏高,電機運行經濟性不理想。

  以螺桿空壓機為例,電動機負載的大小呈周期性變化,它隨著使用者對氣量的需求而變化,當達到了使用者所設定的最高工作壓力時空壓機開始卸載,當管網的工作壓力下降到使用者所設定的最低工作壓力時空壓機自動加載。

  電動機的功率選擇就是使電動機一般在預期的負荷下工作時效率最高、功率因數較大。但電動機的軸功率同時必須能滿負荷運行,即適應客戶長時間過載運行的實際工況。通常,滿負荷運行時電動機功率的選擇是預期經濟運行軸功率乘上1.1倍。

  若直接用1.1倍預期經濟運行軸功率選擇電動機功率就沒有了我們所說的“服務系數”,其后果就是電動機的效率和功率因數都比較偏低,造成能源和成本方面的浪費。因此,“服務系數”實際又是確??諌簷C高效率經濟運行的重要參數。

  表1是一臺2極15kW、IP23、服務系數1.15電機的實測參數。

  從表中數據可以看出,定子繞組溫升、軸承溫度、機殼溫度都有明顯的升高。有的電機廠家做型式試驗時只按照標準電機進行試驗,不能準確判斷電機在其它服務系數狀況下的性能指標。

  空壓機行業“電機服務系數”潛規則

  目前國內空壓機行業所謂的“電機服務系數”,它實際上已經完全背離了NEMA的準則,比如原本是額定功率為110kW的電機,電機銘牌上則寫成額定功率90kW,S.F標記為1.2或1.25。對于行業外人士可能想不通,大功率電機當小功率賣豈不是虧本了嗎?其實從紙面看110kW比90kW功率大20kW,在機組輸入比功率相同的情況下(同樣都是1級能效),當然90kW的空壓機節能。

  即將于今年7月1日正式實施的GB19153-2009《容積式空氣壓縮機能效限定值及能效等級》標準,規定了回轉空壓機機組輸入功率試驗值,應小于驅動電動機額定功率大一檔的值。比如電動機額定功率90kW,其在空壓機額定排氣壓力下運行時,機組輸入功率不得超過110kW,這從源頭上遏制了電機服務系數的惡性膨脹。同時為了獲得較小的機組輸入功率(對于風冷空壓機來說還要考慮冷卻風扇電機),則需要采用高效率的電動機。尤其是變頻空壓機,為了滿足容積流量40%時能獲得更好地能效指標,也就是說電動機在低轉速時電機效率仍然很高,這就需要采用永磁同步電機或有同樣功效的電動機。

  總之,利用和使用好電動機的“服務系數”,方可將空壓機類設備控制在規定的、合理的范圍內運行。否則,電機的初始設計必然會偏離實際負荷狀況,電機效能或得不到充分發揮或無法勝任”滿負荷”長期連續運行。