GBT 12668.901-2021 电气传动系统、电机起动器、电力电子设备及其传动应用的生态设计 采用扩展产品法(EPA)和半解析模型(SAM)制定电气传动设备能效标准的一般要求.pdf
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注1:电机与成套传动模块(CDM)制造商可直接向电机系统制造商提供数据。 注2:如果电机系统基于起动器,则只需要将电机损耗作为扩展产品法(EPA)的输人。
.2扩展产品标准的作用或技术委员会的职责
根据本部分给出的通用原! 专动负载和针对特定产品应用的扩展产 析模型(SAM) 其他相关单位(例如监管机构、其他指定单位等)应明确规定并标准化:
实现扩展产品法(EPA)
扩展产品的半解析模型允许结合各参考工作点的损耗得出其他任何一个工作点的损耗。扩展产品 法(EPA)所需要素钢结构计算、软件,如表1和图6所示。 确定具体应用中扩展产品的整体损耗或能效应经过一些步骤。 应统一考虑以下要素: a)GB/T12668.902一2021规定的电机系统的半解析模型(SAM)给出了在一些典型的工作点的 相对损耗。电机系统可是电气传动系统(PDS),也可由电机和电机起动器(接触器、软起动器) 组成: 当电机系统是由电气传动系统(PDS)构成,电机系统半解析模型(SAM)应基于可参考电 气传动系统(RPDS)的概念。就能效而言,对于所考虑的电气传动系统(PDS)实体,参考 电气传动系统(RPDS)是一个“典型的”电气传动系统(PDS)。 当电机系统采用电机起动器时,损耗的计算更简单,不需要考虑参考电机起动器 b 被传动设备(泵、压缩机、风机等)的半解析模型(SAM),给出在典型工况下负载装置的损耗或 效率,这是设备制造商或相关产品委员会职责。 扩展产品法(EPA),扩展产品制造商或相关实体负责将电机半解析模型(SAM)和被传动设备 半解析模型(SAM)结合(而且在必要时,还应考虑传动装置的效率)。扩展产品法(EPA)和应 用相关数据(所需的工作点、工作制、工作时间等)确定应用的能效指数(EEI)。该指数可用于 过照一些已知电机系统应用或一些已知扩展产品运行模式的能效
表1效率标定基本策略的组合说明
5扩展产品半解析模型(SAM)的要求
6电机系统半解析模型(SAM)的要求
图4确定电气传动系统(PDS)相对损耗的工作点(轴速度,力矩)的示意图
6.3电机系统不含CDM时的要求
半解析模型(SAM)与扩展产品法(EPA
半解析模型(SAM)与扩展产品法(EPA)相结合
图6扩展产品能效指数(EEI的责任与工作流
所有扩展产品都应由实际所需的传动功率描述,这些功率值是一组已定义工作点上的力矩和速 只。在每个工作点上,当知道运行/应用数据和根据附录C得到的工作制,就能进行电气功率损 的典型平均计算,
根据图4的整个图表,理论上包含无数个这样的工作点。如果实际工作点未知,则使用参考工作点 确定损耗。 符合扩展产品法(EPA)的需要(典型示例参见附录C); 根据电机系统的传动方案,从图4和图5定义的参考工作点中选择,
1区覆盖相对PDS速度最高为50%且相对力矩为50%以上的工作点。 2区覆盖相对PDS速度为50%以上且相对力矩为50%以上的工作点。 3区覆盖相对PDS速度最高为50%且相对力矩最高为50%的工作点, 4区覆盖相对PDS速度为50%以上且相对力矩最高为50%的工作点
7.3.2使用相邻损耗点的最大损耗确定损耗
图7PDS偏离工作点的四个区域
这种确定损耗的方法非常简单。然而,与其他方法相比,本方法与正确结果的偏差更大, 根据图4和图7,在75%相对电气传动系统(PDS)速度和80%相对力矩下评估的工作点,属于区 因此,相邻工作点为PL.CDM(50.50)、PL.CDM(50.10)、PL.CDM10050)、PL.CDM1010)。具有最大损耗的预定
如果电机系统包含电机起动器或开关柜,则计算应采用如图5所示的两个工作点PL.MS(100.50)、
点A、B、C、D四个点.则任一点Z点的插值可三
图8偏离工作点的二维
第一步,针对点R1计算C点和D点之间的线性内插值。选择R1的水平分量n等于所需工作点 Z的水平分量nz。由于点C和点D的垂直分量相同(tc=tp),则点R1处的损耗只是水平分量nz的 函数,可得出PL.RI(nz)。 第二步,点R2的损耗以相同的方式进行内插值计算,可得出PL.R2(nz)。 第三步,最终通过R1和R2之间的内插值计算工作点Z的损耗。由于R1和R2根据定义具有相 同的水平分量nz,因此该内插值只是垂直分量tz的函数。可得出PL.z(tz)。 将值插人式(1),可得出工作点Z的损耗最终计算
PL.z(tz) =PL.R2 +
如果电机系统包含电机起动器或开关装置,计算时的取值应与图5两个工作点相同。 如果可得出损耗的工作点Z的横坐标低于25%相对速度,应采用25%相对速度的基准点以线性 内插值确定损耗。
,100)三点的电损耗及中间阴影区的电损耗 得出任意泵装置的总损耗或总能效。 PDS在50%速度和25%力矩点的电损耗为各部件损耗之和,按式(A.1)计算(含PDS专用供电变 压器及其辅助部件,如滤波器或电缆)
P L.PDS = P L.M + P L.CDM
泵系统的半解析模型(SAM)相互影响得到泵系
工作制给出了装置的机械功率要求。对于每一个工作点OP:,电源所提供的电功率P,取决于机 率以及该水平下的扩展产品整体损耗(或同等电能)。后者取决于装置所选的控制策略,并且可计 根据需要运行装置所需的加权平均电功率PElectrieal用式(B.1)计算。
PEletieal = Z(TF; X P,)
加权平均电功率与应用在特定运行期间(Rt)内所需的电能耗(示例单位为kW:h)直接相关 (B.2)计算,
对于适合应用加权平均电功率(或同等电能)计算的多个可行的控制策略,设计者此时应选择加权 平均电功率最小的控制策略,用式(B.3)计算
的应用中,如果用参考功率描述机械功率,则因娄
P Eleetrical
C.3随时间变化的工作点
扩展产品的预期性能以及电机的特性,定义 厂电机应在其上运行的一个或多个工作点。 根据这些点,电机可能不会一直按额定输出功率运行,本部分所指的部分负载是指与额定值相比, 系统需要减少力矩和/或速度的情况。 扩展产品的能效取决于负载水平,还需要考虑软起动器及变速传动装置(VSD)的待机(SB)损耗。 它们出现在功率部分被禁用但控制部分仍然带电的时段。待机损耗是由诸如控制部分的电源产生的 损耗。 因此,为估算扩展产品能效并比较多个可行的控制方案,关键需要了解在某段时间内扩展产品所需 的机械功率与电功率水平。这是工作点随时间变化的目的
C.4随时间变化的工作点的定义
C.4.2基于随时间变化的工作点的能耗计算
图C.2随时间变化的工作点示例
工作制给出了扩展产品的机械功率要求。对于每一个工作点OP:,电源所提供的功率P,取决 戒功率以及该水平下的扩展产品整体损耗(或它的等效电能)。后者取决于扩展产品所选的控制 并且可计算
根据需要运行扩展产品所需的加权平均电功率Pelsricl用式(C.1)计算。
Z(TF; X P,)
加权平均电功率与扩展产品在特定运行期间内所需的电能耗(示例单位为kW·h)直接相关桥梁工程, C.2计算
EElectrial = PEleetrical X Runtim e
对于扩展产品(EP)而言,可计算多个可行的控制策略(如开关柜和VSD)对应的加权平均电功 等效的电能)。设计者此时应选择加权平均电功率最小的控制策略。 对于数据表中未包含的某些工作点,其损耗的计算程序见GB/T12668.902一2021中附录E
C.4.3随时间变化的不同工作点的损耗计算示例
个内置30kW电机的泵系统运行在三个不同工作点:0%流速(待机)、50%流速和100%流速。 需要验证哪种配置是最有效率的配置。需要按两种不同负载计算。表C.1、表C.2和表C.3给出了示例 数据。 配置1:带IE3电机和节流阀的单速泵。 配置2:带IE2电机和变速传动装置的多速泵
表C.1工作点随时间变化的研究示例
C.2配置1特定工作点
管接头标准表C3配置2特定工作点的损瓶
根据不同流速的变速录系统能效计算得出 根据GB/T12668.902一2021表A.2(基准电机)的30kW电机在100%速度和100%力矩下的电机功率的 9.6%计算得出。 根据GB/T12668.902一2021表A.2(基准电机)在50%速度和25%力矩下的电机功率的2.5%计算得出。 根据GB/T12668.902—2021表A.1的基准CDM损耗计算得出
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