电机效率与功率因数的关系（精选13篇）
S=全功率（也称为视在功率）
电机的功率因数:cosφ=P/S
；表示本台电机可以将电网中cosφ%的能量输入给电机作为电机的输入功率。
电机的效率=电机的输出功率/电机的输入功率；表示电机可以将电能转换为机械能的能力。
功率因数和效率之间没有线性的关系，只是功率因数会影响电机的效率。比如在设计一台电机时，电机的功率因数很小，电机的输入电压如380V是确定的会导致输入电流变大，输入电流变大会导致电机线圈发热量增加，电机的效率会降低。
详细的概念解释：
有功功率又叫平均功率。交流电的瞬时功率不是一个恒定值，功率在一个周期内的平均值叫做有功功率，它是指在电路中电阻部分所消耗的功率，对电动机来说是指它的出力，以字母P表示。单位一般叫做千瓦（KW）
无功功率：在具有电感（或电容）的电路里，电感（或电容）在半周期的时间里把电源的能量变成磁场（或电场）的能量贮存起来，在另外半周期的时间里又把贮存的磁场（或电场）能量送还给电源。它们只是与电源进行能量交换，并没有真正消耗能量。我们把与电源交换能量的振幅值叫做无功功率，以字母Q表示，单位干乏（kvar）。
按GB/T 6971-2007《饲料粉碎机试验方法》标准，饲料粉碎机试验过程中控制的负载功率(即输入功率)按下式计算：
式中:P2——电机平均输出功率, (k W) ;
P1——电机输入功率, (kW) ;
P——电机标定功率, (kW) ;
β——电机负荷程度, (%) ;
η——电机标定效率, (%) 。
试验过程中, 电机负载功率的控制尤为关键, 最理想的喂料结果就是保持电机负荷程度为100%, 即电机达到满负荷工作, 根据常用Y系列电机的技术数据, 如表1所示, 则可计算出电机满负荷工作时的负载功率。由于实际操作过程中喂料并非绝对均匀, 电机负荷程度也不能始终保持在100%, 因此, 按GB/T 6971-2007的要求, 只要电机的平均负荷程度满足β=85%～110%之间即可。
将公式 (1) 代入 (2) , 得负载功率 (即输入功率) P1为:
通过公式 (3) , 当电机负荷程度β=100%时, 计算得出满载时负载功率P1", 当电机的平均负荷程度在β=85%～110%之间时, 计算得出电机负载功率的控制范围为P1", 常用Y系列电机负载功率的控制范围计算结果如表2所示。
关键词:客车;大功率发电机;维修
中图分类号:TB857文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)08-0135-01
发电机是汽车电系的主要电源,它在正常工作时,对除起动机以外的所有的用电设备供电,并向蓄电池充电,以补充蓄电池在使用中所消耗的电能。
汽车所用的发电机有直流发电机、交流发电机。直流发电机是利用机械换向器整流,交流发电机是利用硅二极管整流,故又称硅整流发电机。
①直流发电机② 直流发电机调节器
汽车用电器都是按照一定的直流电压设计的,汽油机常用12V,柴油机常用24V 。在汽车上,发电机既是用电器的电源,又是蓄电池的充电装置。为了满足用电器和蓄电池的要求对发电机的供电电压和电流变化范围也有一定的限制。
① 交流发电机②交流发电机调节器
直流发电机所匹配的调节器一般都是由电压调节器,电流限制器,截断继电器三部分组成。而交流发电机调节器都可大大简化。由于硅二极管具有单向导电的特性,当发电机电压高于蓄电池动势时,二极管有阻止反向电流的作用,所以交流发电机不再需要截流继电器。
随着大型客运车辆豪华程度的不断提高, 用电设备增多,需要采用较大功率的发电机来供电, 以保证所有的用电设备都能可靠工作, 如金龙、宇通客车的发电机都能提供100A以上的电流。
1大功率发电机的结构特点
第一,利用发电机中性点电压(在中性点加装2只二级管), 使发电机输出功率提高10﹪～15﹪。另外, 采用齐纳特性二极管(实际是稳压管)来防止产生过电压,减少对用电设备的干扰。第二,采用内装集成电路调节器, 使发电机的输出电压更稳定, 并减少线路损耗和故障点, 使发电机的输出功率提高5﹪～10﹪。第三,采用拉伸新工艺制作冷却风扇, 甚至采用内外双冷却风扇, 使冷却风扇具有风量大, 噪声小, 质量轻, 散热效果好的优点。第四,采用多齿V形钢板旋压带轮(多齿V形带轮)。它是一种经冷锻施压而形成的带轮, 其质量轻, 强度大, 传动效率高,可以很好地解决发电机高转速时传动带滑磨的问题。
2大功率发电机的使用
大功率发电机有有蓄电池有刷发电机、无蓄电池有刷发电机和无刷发电机之分。
第一,有蓄电池有刷发电机, 其接柱B和蓄电池极柱+始终连接,如北京佩特莱8LHA3096Uc系列28V、110A和飞鹏JF29001系列28V、110A等发电机。第二,无蓄电池有刷发电机(俗称副机), 其接柱B不和蓄电池极柱+连接, 发电机直接向空调系统和缓速器供电。另外, 只有在主发电机有蓄电池发电机正常工作的状况下, 它才能获得必需的励磁电流, 输出大电流。因此, 在安装使用发电机时一定要区分有蓄电池发电机和无蓄电池发电机的用途, 两者不能互换。例如, 金龙XMQ6118车装用的瑞安飞鹏JFZ29014-203型28V、140A发电机是无蓄电池发电机。第三,无刷发电机是近几年出现的一种高效能大功率发电机, 其特点是爪极采用永久磁铁, 省去了电刷和滑环, 转子的质量减小,有利于发电机转速的提高, 也减小了电磁干扰;其电压调节器采用可控硅, 通过改变可控硅的导通角来稳定发电机的输出电压。在安装和使用方面它与上述有蓄电池发电机相同, 但在导线的连接上稍有不同要求发电机接柱不受电源总开关控制, 因为一旦断开电源总开关,也就断开了发电机与蓄电池的连接, 容易产生瞬间高电压, 烧毁与之并联的集成电路调节器。对于这一点务必要注意。
3大功率发电机的维修注意事项
第一,确保发电机不过载。在配置电器设备时, 应该留有一定的安全系数, 确保发电机在发动机怠速时也能提供足够的电流。第二,确保发电机接柱和的接线可靠, 并且导线应有足够大的直径。第三,不要将发电机装在发动机排气管侧, 如必须装在排气管侧, 则要加装隔热板, 以免排气管的高温导致发电机早期损坏。曾有一辆金龙KLQ6885客车(装用康明斯6BT5.9发动机), 其发电机位于排气管一侧, 在两者之间原装有一块70㎜×80㎜的隔热板, 但在发动机修理时因被丢失而未装, 结果在客车运行过程中发电机经常损坏, 后来重装了隔热板, 发电机就不再损坏了。第四,发电机接柱D+(指示灯)为发电机励磁端, 只允许串接1.5W～6W的指示灯, 否则调节器容易损坏, 特别在进行台架试验时更应注意。第五,起动发动机时应断开用电设备, 以免起动时产生电感电压, 损坏发电机调节器。第六,清洗车辆和发动机时, 不要让水进人发电机, 以免破坏其绝缘性能, 损坏其元件。
4大功率发电机常见故障的排除
4.1发电机异响
原因:整流器噪声,现象:在发动机怠速时,站在发电机异侧若能听到电刷的“哗哗”音属异响,措施:检查电刷压力和整流子表面。
原因:轴承噪声,现象:怠速时若能听到连续而均匀的“哇哇”音,加注油后只能短时间内减弱而不能持久有效,措施:手持皮带轮试轴承间隙,严重者换用新轴承。
原因:电枢扫膛音,现象:怠速时能听到“喳喳”音,随转速升高节奏变快,突然加速时会加速几下,措施:拆修转子,校直电枢轴。
原因:皮带噪声,现象:在怠速时听到似鸟叫声,提高转速时声音变弱,但连续为“吱吱”音,措施:检查皮带张紧度和皮带轮对正否。
对发电机进行维护, 检查发电机轴承的松旷程度, 必要时予以更换, 同时检查带轮紧固螺母是否松动。
4.2发电机输出功率不足
检查发电机传动带的松紧度是否正常及磨损是否严重,发电机接柱与导线的连接是否可靠,易熔线有没有烧损, 导线直径是否过小, 发电机有无易发热现象,以及搭铁线的连接是否可靠, 以确定发电机内部是否有故障。
4.3发电机充电指示灯点亮,发电机接柱无电流输出
此时, 应对发电机作解体检查。
①检查定子绕组有无烧损、短路或搭铁现象,如有, 则应更换定子绕组。②检测发电机整流元件有无烧损、脱焊和击穿现象,以及发电机的绝缘情况等。③测量磁场线圈有无断路, 其电阻是否正常(应为5.0欧姆左右), 以及磁场线圈是否松动;检查滑环的磨损程度及其圆度误差(必要时在车床上予以加工修复);检查转子与定子是否相碰擦。④检测调节器各接柱间的电阻并判断发电机调节器是否有故障。⑤检查电刷弹簧的弹力、电刷的磨损及电刷架变形等会导致电刷与滑环接触不良的因素。
4.4不发电
原因:励磁线圈碰铁,现象:拆取直流电机“磁场”接线柱的接线触碰此几线柱时出现强火花,措施:拆修励磁线圈消除碰铁点。
原因:直流发电机电刷卡死,现象:用螺丝刀短接“电枢”接线柱与机壳(刮火)无火花,无电刷工作音,措施:检查电刷工作情况,更换刷块。
原因:直流发电机绝缘电刷碰铁,现象:如上项刮火无火花,拆除“电枢”接线柱上导线,用电瓶线碰触此接线柱出现强火花,措施:更换电刷刷架的绝缘垫片。
平与效率的选择
关键词：政府、公平、效率、经济活动、选择
（一）公平，是各国政府经济活动所追求的一个共同目标。是人们从既定的概念出发对某种现象的评价。亦指一种被认为是应有的社会状况。反映社会生活中人们的权利义务、作用和地位、行为和报应之间的某种适应关系。
在市场经济活动中，政府为追求公平目标，应开展的主要工作有：（1）为各种生产要素参与市场竞争创造公平的环境，即机会均等。（2）贯彻按劳分配为主体的原则，使劳动的收入与所提高劳动的数量和质量相对应，多劳多得，充分调动劳动者的积极性。（3）运用税收、社会保障等政策工具，将收入差距控制在社会成员心理承受能力之内。
（二）效率是指社会资源配置中投入与产出、所费与所得的对比关系。政府资源配置效率，可从两个层面来理解，一是政府直接控制和掌握资源的配置效率。一是政府通过对市场和微观经济行为调节，克服市场失灵，引导全社会资源的合理配置，提高资源配置效率。两者在社会整体资源配置中呈相互影响、相互配合、相互制约的关系。
（三）政府经济与公平和效率的选择。在错综复杂的经济社会关系中，政府在两者之间的选择，还需要解决一系列的问题。
1、公平与效率之间的替代关系
尽管公平与效率是政府经济活动所追求的目标，但要同时达到两个目标，是较为困难的，有时甚至是不可能的。即公平与效率之间存在矛盾，具有一定替代关系。
2、公平与效率的选择 公平与效率两者之间既有矛盾性又有统一性，政府经济决策有较大回旋余地，可形成各种不同的政策组合。
第一、公平与效率兼顾的政策选择。这是一种理想的政策组合，政府各项财政收入、财政支出，以及其他宏观经济管理，既能有效调节社会收入差距，又不以效率损失为代价，兼顾公平与效率两方面的目标。或者在公平与效率之间形成某种折中选择，力求达到两者的均衡。
第二、即政府财政收支和宏观经济管理以提高资源配置效率，促进经济较快增长，增强整体国家经济实力，发展社会生产力为首要目标，同时注意调节社会成员收入差距，体现社会公平。这也是由我国现阶段生产力发展水平和社会发展阶段决定的。
第三、公平优先兼顾效率的政策选择。即在政府财政收支和宏观经济管理中，优先考虑收入和社会财富在社会成员之间合理分配，调节收入差距，为贫困阶层提供最基本的生活保障，体现社会公平。同时，尽可能减少收入公平分配对经济运行效率的消极影响。在市场经济发达的国家，由于社会基础设施已比较完善，基础产业实力雄厚，市场体系运行效率提高，政府不需要大量投资，以刺激经济增长，因而政府活动的重点则转向了收入公平分配。
社会公平是构建社会主义和谐社会的一个重要问题。随着改革的不断深入，我们对待公平与效率的问题必须有一个明确的思考，就是要历史、全面地看待公平与效率的问题。
我国改革开放前，是一个绝对平均主义的国家，大锅饭的分配体制，使效率大受影响。２０多年前实行市场取向的改革后，逐渐讲求效率，拉开收入差距，“让一部分人先富起来”，从农村到城市，经济活跃起来，非常见效。于是，经过１０多年，就把“兼顾效率与公平”作为经验总结，写进了党的十四大的决议。但是从十四届三中全会开始，在效率与公平关系问题的提法上有一个新的变化。就是把以前的“兼顾效率与公平”，改变为“效率优先、兼顾公平”，使这两者关系，由效率、公平处于同等重要地位，改变为效率处于“优先”的第一位，公平处于“兼顾”的第二位，这是一个很重要的变化。“效率优先，兼顾公平”的提法，从十四届三中全会决议开始，直到如今，它是我国在收入分配政策领域的正式精神。
共产党向来主张社会公平和公正。为什么一个共产党领导的国家，把公平与效率相比放在兼顾的次要地位呢？这与我国经济长期落后、难以迅速提高人民生活水平、解决众多社会矛盾有密切关系；也与我国在２０世纪９０年代到２１世纪初叶面临的国内外形势的深刻变化、带来的巨大机遇和挑战有密切关系。这种形势迫使我们积极进取，尽一切努力增大我国的国民财富和综合国家实力，所以邓小平视察南方讲话时要求我们“思想更解放一点，改革与开放的胆子更大一点，建设的步子更快一点，千万不可丧失时机”，强调“发展是硬道理，是解决中国所有问题的关键”。这样就把增加国民财富总量和国家经济实力的问题突出地提出来，效率成为第一位的问题。另一方面，制约我国提高效率的主要因素，当时仍然是过去计划经济时代遗留下来的平均主义的影响。为了更快地提高效率，增加国民财富总量，就必须进一步“打破平均主义，合理拉开差距，坚持鼓励一部分地区、一部分人通过诚实劳动和合法经营先富起来的政策”。
我国的公平与效率矛盾关系及其解决
我国现阶段的社会分配差距过大问题，是改革调整过程中积累并日益突出的深层社会矛盾之一。它不仅从政治、文化上造成了严重的.消极影响，反过来阻碍我国经济社会的发展，而且从经济学的意义上说也制约着我国经济持续健康快速发展的空间。解决公平与效率的矛盾，已成为当务之急。
作 者：李允光 赵莹 作者单位：李允光(齐齐哈尔市社会科学院,黑龙江 齐齐哈尔 161006)赵莹(哈尔滨工程大学,黑龙江 哈尔滨 150001)
刊 名：理论观察 英文刊名：THEORY OBSERVE 年，卷(期)： “”(6) 分类号：B025 关键词：公平与效率 矛盾关系 经济发展一、司法效率的公正价值
司法及司法活动的产生源于人类对社会正义的追求，而司法公正则是人类社会及社会公众群体对司法活动过程和结果的质量要求和最终需求。纵观人类社会司法活动的演变进程，不难看出，人类对社会正义的追求明晰地呈现出由简单到复杂、由低级向高级的渐进式的发展过程―一即由最初阶段的仅仅单纯地追求“结果正义”到因对“迟来的正义为非正义”的认识转而追求“有效率价值的正义”再到追求“以效率为核心的正义”。可以认为，人类对社会正义的追求层次的不断提升是人类社会文化的发展、文明的进步，尤其是人们对社会正义认识的不断深刻以及对社会利益和公众利益的效率价值认识的逐步深化密切相关的。当然，这种追求提升的物质基础和最深刻的根源则是人类社会生产方式的进步和生产效率的不断提高，司法公正是法制社会永恒的追求，是法治的必然要求。人类社会对司法公正的.追求正如对社会正义的追求一样，是一个渐进的并不断提升的过程。在人类文明的不同历史时期，在不同的国度以及同一国度不同的发展阶段，司法公正的价值和取向是不尽相同的，其内涵也在不断的丰富。从人类社会对司法公正的认识、需求、要求和追求的发展过程着眼，大体上可划分为以下三个阶段：一是单纯追求结果公正;(实体公正)的阶段;二是对司法公正的程序内涵和效率价值的意识觉醒和认识的深化并追求程序公正和司法效率的阶段;三是形成司法效率是司法公正的核心和生命线的观念并不懈追求以效率为中心的司法公正阶段。需要明确指出;上述阶段划分是以人类法制文明的总体发展为坐标并以当今世界法治国家和法制发达国家为范例加以归纳总结而得出的结论。由于不同国家各自法制的历史、法制的现状千差万别，其所处的阶段以及同一阶段的发展程度也是各不相同的。但是，无论如何对司法效率的追求已成为以现代司法理念为基石构建的现代司法制度的一个十分重要的基本价值取向和奋斗目标。
二、司法效率与程序公正的关系
上文论及司法效率的公正价值以及司法效率在司法公正中的核心地位。英国有句名谚：“正义被耽搁等于正义被剥夺”。这句法律谚语深刻揭示了司法效率与司法公正的同一性。可以认为;司法效率与司法公正的相互关系中，司法效率与程序公正是直接关联的，是程序公正的核心，并通过司法程序作用于诉讼的实体结果，最终成为司法公正(。实体公正与程序公正)的核心和有机组成部分。因此，司法效率的公正价值首先是程序公正的价值，其程序公正价值的实现方可转化为实体公正价值的实现。程序不公的司法效率不是公正的效率，也注定不能保障实现实体公正的目标。
笔者认为，对程序公正与司法效率关系认识的核心和关键是对两者统一共有的本质的认识。准确地讲，程序公正与司法效率的重要本质和共同价值应在于它们在对社会正义追求的互动中可以形成这样一个动态平衡点，这个平衡点所对应的一种司法状态即是司法制度所寻求的价值目标实现的最大化。当人们对程序公正和司法效率的权衡和取舍偏离这个平衡点的时候，就会出现对司法的价值目标的偏离甚至背离，并且偏离平衡点的程度与司法的价值目标的实现程度成反比。因而，寻找平衡点和缩小偏离度的过程就是谋求司法价值目标最大化的过程，也恰恰是人类追求最大化的社会正义的过程。由于任何正义都是相对的，不存在纯粹的、绝对的正义，因此，人类对社会正义的追求只能而且必须理性地寻求其最大化，而对纯粹的、绝对的社会正义的追求只能是一种乌托邦式的憧憬和理想目标。同时，正因为人类在对社会正义的理想目标的追求过程中，才使社会正义最大化的实现成为可能。
三、司法效率的内涵及其构成要素
在明确程序公正与司法效率之间的客观辩证统一关系和本质的前提下，自然而然地要思索一个重要问题“即司法效率的内涵是什么?要充分认识司法效率的内涵，必须首先明确几个概念，即司法成本、司法效益、司法效率，以及与程序公正的辩证关系。
司法成本是指诉讼活动中对司法资源的消耗和当事人诉讼成本的投入的总和，其中包含诉讼时间的耗费。司法效益是指通过司法活动而达到的司法价值目标的实现程度。具体地讲就是司法活动所产生的法律效果、社会效果、政治效果和经济效果等方面的综合性结果。其中包括有形的结果(如法律效果、经济效果)，也包括无形的结果
在典型的开关电源中, 交流电网经过整流桥后一般会直接接入大电容。这种传统的整流器-电容滤波电路虽然可以获得比较平直的直流电压, 但会使输入电流在电源峰值附近呈脉冲状。这种脉冲状的输入电流含有大量的谐波和无功功率, 严重影响了电网的安全运行。
2 功率因数与电流谐波含量的关系
电网侧的功率因数PF为输入功率P与视在功率S的比值, 即:
式 (1) 中:P1为基波有功功率;S为视在功率。
如果在不同频率的电压、电流之间未产生有功功率, 且网侧输入电压为理想的正弦波, 则谐波有功功率应为0, 即:
相移因数与畸变因数的乘积可通过下式计算:
根据式 (3) 可用下式定义畸变因数:
相移因数的计算公式为:
将电流波形中谐波的有效值与基波的有效值的比值定义为THD (总谐波畸变) , 其可用来衡量电网被影响的程度。
因此, 总谐波畸变的计算公式为:
则Kd与THD的关系可用下式表达:
当φ=0 时, Ka=1, PF=Kd.此时:
由此可见, 由输入电流的波形畸变因数Kd和基波电压 (基波电流的位移因数) Ka的综合变化会决定功率因数的变化。因此, 提升功率因数可抑制高次谐波电流, 从而提升电网的供电质量。
将传统整流滤波电路的输入电流进行傅立叶级数分解可得:
式 (9) 中:I1为基波分量;I3和I5分别为三次和五次谐波分量。
由于输入电流属于奇谐函数, 所以式 (9) 中只有奇次谐波。
3 结束语
综上所述, 电流波形的畸变及由此产生的谐波对设备本身及其周围的电磁场造成了一系列的影响, 尤其是对电力通信传输系统和电子办公设备的危害较大。
参考文献
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关键词：平等 效率 关系
0 引言
平等程度的提高一定会导致效率受损，或通过降低平等程度来提高效率总是有效的。即使不考虑机会不平等，仅结果不平等对效率的作用也是正负双向的，而正负两种作用综合所得结果不一定总是对效率有利。只有当刺激效果超过破坏效果时，增大不平等指数或牺牲一定程度的平等才能使效率提高。因此，在一些情况下，平等与效率的两难冲突并不存在。
1 平等与效率的关系
平等与效率都具有相当广泛的内涵。在奥肯这里，平等与效率的含义有着明确的界定。“所谓效率，即多多益善。但这个‘多须在人们所愿购买的范围内。”即在资源一定的前提下，提供的产品越多越符合消费者需要，说明资源配置越有效率。而平等，包括权利平等、经济平等和机会均等三个方面。权利平等又包括政治权利、法律权利、公民权利、生存权利等基本权利的平等；经济平等包括财富和收入分配上的平等，主要是收入平等。在此基础上，奥肯以超越经济领域的视角对权利平等、收入平等、机会平等与效率的关系进行了价值分析和判断。
1.1 权利平等与效率。奥肯认为基本权利的分配应当是广泛的、平等的、无偿的，它不能用来进行额外的奖励或处罚。这些权利作为一个整体维护了每个社会成员都必须的尊严，保障了他们的基本生活条件，保护了金钱无法标明的某些价值，抑制了官僚主义，由此获得的利益和价值远远超过由此付出的经济上的非效率代价。总而言之，权利平等是现代民主社会的基本原则和价值追求。就整个社会而言，权利平等无疑对经济效率具有优先权，是对效率所需要的自由参与和公平竞争的前提保障。
1.2 收入平等与效率。在有效率的市场经济中，市场按照对产出的贡献付给报酬。这种按贡献分配的方式和制度必然反应为收入上的不平等，市场的自发作用还会强化这种不平等，而收入不平等目前确实在各方面起着推动效率的作用。“购买效率的代价，使收入和财富以及由此决定的社会地位和权利的不平等。”也就是说，效率的提高必然以牺牲平等为代价。反之，社会如果追求平等的目标，就必须对市场进行必要的干预，对生产和分配进行调节。但是，这种干预和调节会阻碍市场机制自发调节功能的发挥，削弱或放弃用物质奖励来刺激生产的机会，这样就会导致非效率。这就表明了收入平等与效率在同一层面上是一对矛盾，两者之间存在着此消彼长的交替关系。但是，奥肯还认为，市场制度产生的巨大收入差距也在某种程度上损害了权利平等和机会均等，从而影响了效率；而且，“收入分配上的平等与权利分配的平等一样，会成为我们道德上的选择。”这种超越经济领域的变量增加了收入平等与效率关系的某种复杂性，这种复杂性更增加了现实抉择的难度。
1.3 机会平等与效率。奥肯不仅强调了机会均等对效率和收入平等的重要作用，认为：“对平等是好的事物，对效率肯能也是好的。”“机会不均等就是非效率。”“更大的机会均等会带来更大的收入平等。”“机会的不均等肯定增加收入的不均等。”而且，对于许多机会不均等的状况，社会可以用增进效率和收入平等两方面的公共政策来减轻。可见，在奥肯也看到机会均等于效率的关系还有另一方面。市场机会均等的幌子往往掩盖了，市场中的个体由于拥有财富和收入等资源的巨大差异而形成的大量事实上的机会不均等，尤其是接受教育、发展潜能等实质的深层的机会不均等，这种机会不均等在形式的表层的机会均等下愈益强化，其极端形式表现为垄断的市场格局，使权利平等大打折扣，是社会的经济福利大幅度减少，成为效率提高的巨大障碍。因此，“源于机会不均等的经济不平等，比机会均等是出现的经济不平等，更加令人不能忍受（同时，也更可以补救）。”其实，这也从事实角度反证了机会均等于效率实质上的一致性。
2 处理公平与效率的关系对策
2.1 效率优先原则 处理公平与效率的关系应该是效率优先。因为公平与效率总的来说是一致的，所以，实行效率优先原则就意味着是公平的，合理的所谓效率优先原则就是指分配制度、分配政策要以促进生产力发展和社会经济效率为首要目标，发展社会主义市场经济，深化经济体制改革，我们必须把效率作为优先考虑的价值目标。效率优先原则意味着人们以经济建设为中心，以实现生产力的发展为目标，这样，效率提高了，生产上去了，社会财富增多了，人们享有的社会公平就更多了，生产力的发展是衡量一切社会进步与否的标准，由于效率属于现实生产力范畴，而公平属于生产关系和上层建筑范畴，因而从效率与公平在社会发展因素的序列中的一般关系来看，效率优先是必然的，兼顾公平是必要的，因而是合理的。人类社会进步的因素中，生产力的作用是巨大的，生产效率的提高推动社会的进步，随着社会由低级向高级的进步和发展，社会公平实现的越来越充分。宏观地看，生产效率越低下，社会公平实现的就越不充分，人们就越缺少自由、民主、公平；反之，生产效率越高，社会财富越丰富，在社会物质文明增强的基础上构建的人类社会秩序就越完善，人们所享有的自由、民主、公平就越充分，能实现自我、完善自我的机会也就越多。为社会创造的财富就越多，产生的效率就越大，所以，在二者的关系中要以效率为先，兼顾公平。当今，我国实行的是社会主义市场经济体制，实行社会主义经济市场体制要改变的是我国原有的经济体制中高度集中的计划经济体制，在原来的计划经济体制中，资源的配置是通过国家的行政部门用计划调节的，它导致了我国社会经济运行的低效率，而在社会主义市场经济体制条件下，经济运行以市场为轴心，实行竞争机制和优胜劣汰的法则使生产效率得以提高。如果一个企业效率好，就会发展壮大，如果效率不好，就会日益衰落乃至被淘汰出局。优胜劣汰，适者生存，效率有限原则是符合这一市场经济规律的。市场经济充满活力，其重要原因就是在竞争中机会公平，效率优先，对于企业来说，在竞争中，在同一市场条件下，效率是决定企业生存和发展的关键，所以应以效率为先，企业在制定发展战略时要根据市场需求制定切实可行的营销战略，在企业内部，要尽可能降低成本，提高产品质量。充分挖掘人力资源，调动员工的积极性，从而提高效率。企业的效率好，才能在激烈的市场竞争中处于优势。
2.2 兼顾公平的原则 我们坚持效率优先原则，并不否认公平，更不能牺牲公平只顾效率，正确的做法是，在坚持效率优先的同时，必须兼顾公平，因为只有坚持公平才能够调动效率的创造者，即主体参与创造的积极性和主动性。如果主体的努力被社会所认同就能够激发他的工作热情。提高工作效率，反之，不公平会使主体失去工作热情，降低公平效率，所以，只有兼顾公平才能促进效率的提高。而且，公平所反映的秩序的合理性会促进社会整体效率的提高，社会是一个有机的整体，只有个体被认同和肯定，个体才能有效的发挥作用，而整个社会整体才能够处在一种有序的状态下发展，个体间相互协调形成很好的团队精神，能够提高社会整体效率，产生巨大的凝聚力、向心力，创造高效率。
来源：(上海电器科学研究所(集团)有限公司，上海200063)作者：秦和 概况
由于能源和环境问题的日显重要，对于工业领域中的主要动力设备—中小型异步电机，国际上自上世纪70年代出现高效率电机后，于上世纪90年代又出现了更高效率的所谓“超高效率电机”。一般而言，高效率电机与普通电机相比，损耗平均下降20％左右，而超高效率电机则比普通电机损耗平均下降30％以上。因为超高效电机的损耗较高效率电机更进一步下降，因此对于长期连续运行、负荷率较高的场合，节能效果更为明显。在上世纪90年代初，美国电机制造商协会(NEMA)在制订了高效率电机效率标准(NEMA 12—10)后不久，针对市场上出现的超效率电机，制订了相应的效率标准，即NEMAE设计标准（NEMA12—11）。在2001年，美国NEMA又与美国能源效率联盟（CEE）联合制订了新的超高效率电机标准（NEMA12—12），一般称为NEMA Premium标准。后者较NEMA12—10标准，效率提高了1~3个百分点、损耗平均下降了20%左右。此外，美国电气与电子工程师学会（IEEE）为化工石油行业中的重载电机制定了一个行业标准（IEEE841-2001），其中包含了效率指标，其中包含了效率指标，其效率指标NEMA12—10标准提高0.5~1.5个百分点，损耗平均下降了10%左右。目前该标准在美国石油化工、造纸、冶金等工业部门得到较广泛的应用。由于NEMAE设计的启动电流偏大，未获推广，目前在美国较广泛应用的超高效率电机标准NEMA Premium标准和IEEE841—200l标准[1]。澳大利亚近年对电机能效标准进行了修订，为获得较好的节能效果，决定将欧盟EU—CEMEP标准所规定的高效率电机指标(eff 1)作为其强制性能效限定值，而将超高效率电机效率指标作为高效率电机效率标准，鼓励运行时间长、负荷率高的用户积极采用。该标准已于2004年6月批准，定于2006年起实施，其高效率电机效率指标较能效限定值损耗平均下降15％左右[2]。由于能源节约的重要性，在我国也有必要对超高效率电机的发展和应用进行必要的探讨。超高效率电机的节能潜力和经济效益
根据国内外调查，工业领域电机年平均运行时间约在3000h左右，但在石油、化工、造纸、冶金、电力等行业，电机年运行时间往往超过6000h。对于这些运行时间长的场合，如采用超高效率电机将会对能源节约带来更显著的效果。我国2003年的发电量为l8500亿kwh。由于发电量的50％通过电机传递，而三相异步电机占90％，其中一般用途的Y系列电机又占70％，因此Y系列电机将传递31．5％的总电能，即5800亿kwh。若这些电机全部换成高效率电机，也即效率提高2．75个百分点、损耗平均下降20％左右，则每年可节约电能160亿kwh[3]。如果考虑其中的30％的电机运行在6000h以上的场合，将这部分电机改用超高效率电机，也即效率再提高I．5～2个百分点，损耗平均下降15％左右，则可再节约电能46亿kwh，相应可再节约170万t标煤，约合240万t原煤．并可再节约一座100万kw电站的投资建设。
应用超高效电机对于使用者在经济上也是颇为有利的。现以一台l1kw4极电机为例，对超高效电机与普通电机进行全生命周期总费用计算的比较。设电机生命周期为15年，年运行时间为6000h，负荷率为0．68，贴现率为6％，电费约为0．5元／kwh，Y系列电机效率为0．88；现假定超高效电机YXX的效率为0．913，计算出该电机的总费用如表1所示。
超高效电机的价格较普通电机一般要贵30％～60％，现取(60％计算)，从该表数据可见，虽然初始投资增加了1200元，但电费节约了8950元，从而使电机整个生命周期的总费用降低了7750元。
现再用投资回收年限方法进行上述两种电机的比较。
电机效率提高后每年的电能节约量可用下式计算：
表1 11kW4极电机总费比较
W=P×H×K×(1/ y1-1/ y2)
(1)
式中：P一电机功率；
H一年运行小时；
K一负荷率；
y1，y2一分别为电机原效率和提高后的效率。
将前述参数代入，可得每年电能节约量W为1843．37 kWh
若电费为0．5元／kwh，则每年节约电费922元。由于电机价格如前述增加了1200元，因此仅需1．3年，初始投资的增加即可收回。3 超高效率电机效率指标的确定
为促进超高效率电机的发展，有必要制定一些超高效率电机的效率指标．国家也对节能潜力大、使用面广的用能产品将实行统一的能源效率标识制度。如2004年8月，《能源效率标识管理办法》由国家发改委与国家质检总局颁布，并定于2005年3月1日起实施。电机作为重要的用能产品，也很可能在不久的将来被列入能效标识管理的范围，要求将电机的效率分成不同的等级，并规定在电机上贴上表明其效率等级的标识，以便用户清楚地了解该电机的效率水平，便于选用。为此，应对现行的电机能效标准(GBl8613—2002)进行修订。对于未来的电机能效标准．建议分成3个级别。其中3级效率为能效限定值，即电机必须达到的最低效率水平，其指标数值建议采用现行电机能效标准(GBl 8613—2002)的节能评价值指标[3]。该指标相当于欧盟EU—CEMEP的eff 1指标．即为高效率电机的效率水平。如将我国目前的电机效率提高到这一水平，如前所述，每年可节约电能160亿kwh。2级效率的指标则建议对应于3级效率指标的损耗下降15％左右，也即与澳大利亚将于2006年实施的高效率电机指标相同。1级效率的指标则建议对应于3级效率指标的损耗下降25％左右，也即相当于美国NEMA Premium超高效率电机的水平。由于3级效率为目前我国高效率电机的水平，因此效率高于其指标的l级和2级效率即可视为我国目前的超高效率电机的高、低两档产品的指标，可供用户选用。
图1给出了4级电机l级、2级、3级效率建议值和现行能效标准GBl8613—2002能效限定值的比较。图2给出了4级电机l级、2级效率建议值与美国NEMA Premium超高效率电机和IEEE—841标准的效率比较。图3给出了2级电机l级、2级效率建议值与美国NEMA Premium和IEEE—841标准的效率比较。从图
2、图3曲线可见 ：1级效率建议值与美国NEMA Premium超高效率水平相当；由于美国电机频率为60Hz，我国电机频率为50Hz，所以4级电机NEMA Premium效率略高，而2级电机则是我国1级效率建议值略高，2级效率建议值则与美国IEEE—841标准相当。
应该指出，我国目前的GBl8613—2002，以及上述未来修订后能效标准中1级、2级、3级效率建议值的效率指标，是根据杂散损耗按0．5％输入功率来计算的，而美国NEMA Premium和IEEE一841所规定的效率指标，是根据杂散损耗按实测确定的。为进行比较，图2和图3中的效率数值已在IEC 61972标准所推荐的杂耗假定值基础上，根据实际修正折算而得。
图1 1级、2级、3级、效率建议值(4极电机)和
GB 18613—2002能效限定值的比较
图2 1级、2级效率建议值(4极电机)与NEMA Premium
和IEEE一841标准的效率比较
图3 1级、2级效率建议值(2极电机)与MEMA Premium
和IEEE一841标准的效率比较
图4不同磁性材料电机铁耗受加工过程影响的比较
在表2中列出了对于未来的电机能效标准，1级、2级、3级效率的建议值。
表2电机效率分级建议值
注：容差应符合GB755—2000第11章的规定。4 降低损耗、提高效率途径
超高效率电机的制造除了增加硅钢片和铜线的用量以及缩小风扇尺寸等措施外，还必须在新的材料的应用、电机制造工艺及优化设计等方面采取措施，以降低制造费用急剧增加的压力以及满足电机结构空间尺寸的限制。
英国Brook Hansen公司与钢厂合作，研制成功一种新的牌号为Polycor 420的电工钢片。一般电工钢片经加工成铁心压装入机座后，铁耗大幅度增加，而由该钢片制成的电机，铁耗在加工前后变化不大。图4给出了该公司在一台22kw电机上用不同磁性材料所做的对比试验。图中Newcor800 65和Losil 450 50两牌号为原用磁性材料[4]。
日本东芝公司为美国高效率电机和超高效率电机的主要供货商之一。该公司声称由于制造工艺的改进和采用新材料，使高效率电机的成本下降了30％。所采取的措施包括：应用特殊的下线工具，提高定子槽满率，增加铜线的截面积，提高制造精度，缩短气隙长度，从而减小励磁电流及其所引起的铜耗；采用转子槽绝缘工艺，从而降低杂散损耗；采用激光铁心叠压工具，从而使铁耗下降。在表3中列出了东芝公司为提高效率所采取的措施和其相应的效果[5]。
表3 东芝公司提高效率的措施
注：(*)一标准设计，标准电工钢片(5．3W／kg)；
(×)一标准设计，低损耗电工钢片(3．3W／kg)；
(+)一增加铁心长度(130mm →155mm)，标准电工钢片；
(0)一增加铁心长度(130mm →155mm)，低损耗电工钢片
(△)一增加铁心长度(160mm →180mm)，低损耗电工钢片。表4铸铜和铸铝转子电机效率对比
由于铜比铝的电阻率低40％左右，所以如果将铸铜转子代替铸铝转子，电机总损耗将可显著下降。近年国际铜业协会在美国能源部的支持下，进行了压力铸铜工艺的研究，目前已解决高温模具的材料以及相关的压铸工艺问题，从而使得有可能较经济地批量生产铸铜转子电机。2003年6月，德国SEW Eurodrive公司运用此项压铸技术成功地推出一采用铸铜转子的齿轮电机系列，功率为1．1～5．5kW。表4为意大利科技教育部组织的铸铜转子和铸铝转子对比试验项目的数据比较[6]。该项目由意大利LAFERT电机公司、ThyssenKrupp钢铁公司和法国FAVI铸铜公司合作进行。试验在不改变定、转子槽形，仅改变磁性材料和长度的情况下进行。由该表数据可见，采用铸铜转子，电机效率可提高2％～5％。但由于转子电阻降低会引起转动转矩下降，因此在设计时应进行其他参数的调整，以使在提高效率的同时，满足其他的主要性能指标。另外，由该表数据可见，铸铜转子电机杂散损耗显著下降，这对提高电机的效率也颇为有利。5 结语
在我国能源供应日益紧迫的情况下，对于一些长期连续运行、负荷率较高的场合，采用更高效率的电机在节约能源上是颇为有效的，同时在经济上也是合理的。因采用超高效率电机而造成的初始投资增加，一般在2年左右即可收回。为了促进电机节能事业的发展，并结合《能源效率标识管理办法》的贯彻，建议对现行的电机能效标准进行修订：将电机能效标准分成3个等级，最低等级为目前的高效率电机水平，高等级指标即为目前的超高效率电机水平，以使能较大幅度地减少我国电机系统的能源消耗。另外，为了促进《超高效率电机》的发展，不仅要增加有效材料(硅钢片和铜线)的用量，而且要在电机制造工艺、新材料应用及优化设计等方面采取措施，从而降低制造成本．以利于推广应用。【参考文献】
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[2] Australian／New Zealand Standard．Rotating electrical machines-general requirements．Part 5：Three—phase cage induction motors-high efficiency and minimum energy performance standards requirements[S] ．AS／NZS 1359．5．2004． [3]秦和．关于提高我国电机能效标准限定值的探讨[J]．电能效益，2004(10)． [4]Waiters D G．The whole Life Efficiency of Electric Motors US Developments[G]//Energy Efficiency Improvements in Electnc Motors and Drives．1997：81—93．
在现有农用电机中，有一些是旧型号低效率的，其各种损耗大、功率因数低、浪费电能高，对这些电机可采取以下节能措施进行改进。
对于连续运行的电机，如果负载率达60%以上，每年连续运行时间在3000小时以上，应采用高效率电机。国产YX系列高效率节能电机总损耗比Y系列的平均下降25.8%（在下降的总损耗中，铜损耗占20%，铁损耗占10%，杂耗占30%，风摩损耗占40%），效率平均提高3%。电机在负载率为50%-100%时，具有较平坦的效率特性，在75%时效率最高。更换高效率电机增多的费用，可在短期的节电费用中得到补偿，以后每年还可继续节省大量电费。
如果考虑到一时投资较多，旧电机换下后又被闲置，可在电机修理过程中通过降低电机的各种损耗来提高电机效率。
在修理标准电机时，通过降低电机损耗改制成高效率电机的标准是：总损耗应比原电机降低20%-30%，功率因数不低于原电机水平。
在重绕电机线圈时，增加导线截面积可以降低铜损耗，提高电机效率，但铜重量增加，由于铜重引起修理成本增加，增加的电磁线费用可以靠节省的电费在短期内偿还。
在重绕铝线电机绕组时，可以以铜代铝，在线圈形式、匝数和导线截面积不变的条件下，定子铜损耗为原来铝线时的一半左右。
在修理铸造铝笼型转子时，可改用铜条焊接结构。由于降低了转子横向泄漏电流所产生的涡流损耗和铁耗，可使转子铜损耗和附加损耗降低。如果有条件重新铸铝，可以在转子铁槽内壁涂敷绝缘漆，使铝导条与铁心接触电阻增加，能使杂散损耗降低11%左右。
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为了降低通风损耗，可改用高效率风扇。当电机所需风量和风压不变时，通风损耗与风扇效率成反比，如果把效率为20%左右的大刀式或盆式风扇改为效率为67%左右的高效机翼型轴流式风扇，通风损耗可降低为原来的30%左右。
1 永磁电动机功率因数现状
2013年上半年, 对全厂永磁电动机开展功率因数大调查, 现场共测试281口抽油机井, 统计分析251口井, 平均功率因数仅为0.52, 处于较低的水平 (表1) 。
从历年节能监测中心监测和该厂功率因数调查数据 (表2) 看, 永磁电动机的功率因数逐年下降, 由2011年的0.66下降至目前的0.52。同时, 功率因数低于0.5的电动机比例在不断增加, 由2011年的28.6%上升至目前的50.2%。
2 永磁电动机功率因数与能耗关系
在交流电路中, 电压与电流之间的相位差ϕ的余弦叫功率因数, 用符号cosϕ表示;在数值上等于有功功率P和视在功率S的比值, 即cosϕ=P/S。
功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度, 只有把无功功率降到最小, 才能将视在功率更多地用来供给有功功率。
2012年未, 进行了2台功率因数不同的相同额定功率永磁电动机现场互换试验, 结果表明功率因数低于0.6电动机的单井能耗高于功率因数0.9的电动机, 尤其是无功功率。
从互换前后的测试结果来看, 电动机A在升36-36井的功率因数为0.53, 换装到升37-15井后为0.4;电动机B在升37-15井的功率因数为0.95, 在升36-36井的功率因数为0.92 (表3) 。
同时, 对2台功率因数较低的永磁电动机进行了换磁缸试验, 换完磁缸后功率因数明显提高, 综合节电率为6%左右 (表4) 。
通过以上分析表明, 永磁电动机的功率因数与能耗有关系, 功率因数越高, 能耗越低, 永磁电动机的节能效果越好。
3 永磁电动机功率因数的影响因素分析
普通异步电动机的功率因数主要与负载率、电压和电动机本身特性有关, 而永磁电动机则不同。与异步电动机相比, 负载率的变化对永磁电动机的功率因数影响不大。因此, 永磁电动机的功率因数主要与电压和电动机本身特性有关。
3.1 供电电压与功率因数的关系
每台永磁电动机都存在一个临界反电势, 当工作电压高于电动机的临界反电势时, 永磁电动机呈感性负载运行, 功率因数小于0.9。只有当工作电压小于或等于临界反电势 (偏差范围在2.5%以内) 时, 永磁电动机的功率因数最高。
目前该厂在用永磁电动机的额定电压即为临界反电势, 也就是相电压在220 V或380 V附近时功率因数最高, 电动机处于最佳运行状态。
从现场测试数据看, 该厂大部分永磁电动机的实测电压高于额定电压, 当电压超过额定电压的5% (即230 V或400 V) 时, 功率因数较低。
为进一步确定电压变化对永磁电动机功率因数的影响, 现场选择6口井进行了调电压试验 (表5) 。
从图1至图4可以看出, 随着实测电压的增加, 功率因数呈下降趋势, 尤其是当电压超过230 V时, 功率因数都低于0.5。
3.2 电动机本身特性与功率因数的关系
电动机本身特性主要是指永磁体本身性能, 而永磁体退磁在永磁电动机中是普遍现象, 高温、振动、过载都可能产生退磁, 导致功率因数下降。
永磁电动机从最初设计到生产制造都是一个精密复杂的过程, 尤其是永磁体的筛选, 必须要求设备先进、检验装置齐全、工艺过程全部真空化, 否则, 很难保证永磁体性能参数长期高效。例如, 在设计时若单纯考虑启动转矩, 未考虑牵入转矩, 启动后可能因牵入转矩小而不能及时达到同步, 会剧烈振动, 造成关键部件的损害, 如磁钢发生不可逆退磁。
同时, 在现场应用过程中, 永磁电动机在启动、刹车、故障以及长期在过压下运行时会出现电流激增, 导致电动机发热现象严重, 造成永磁体发生退磁。
前文所述的电动机互换试验及换磁缸试验, 说明了该厂部分永磁电动机存在退磁现象, 导致功率因数下降。
综合上述分析, 对功率因数低于0.5且实测电压不超过额定电压5%的永磁电动机, 可认为其功率因数低的原因是永磁体退磁, 在目前统计分析的251口抽油机井中共有48口。
4 结论与认识
1) 永磁电动机的功率因数与能耗有关系, 功率因数越高越好, 目前部分在用永磁电动机功率因数水平较低, 无法充分发挥其节能优势。
2) 全厂大部分永磁电动机的实测电压高于其额定电压, 随着电压的增大, 功率因数呈下降趋势, 特别是当实测电压超过额定电压的5%时, 功率因数较低。
3) 永磁体退磁会导致功率因数下降, 建议对48口井功率因数低于0.5且实测电压不超过额定工作电压5%的永磁电动机进行充磁治理。
摘要：随着外围油田的不断开发, 受单井产量的制约, 机采井的能耗问题日益突出, 对油田的高效开发产生了重要影响。针对老式电动机存在功率利用率低、机采能耗增加的问题, 采用永磁电动机降低抽油机井能耗, 取得了较好效果。通过对永磁电动机的应用效果进行跟踪, 分析电动机功率因数与能耗之接的关系, 从而提高节能电动机的效果。
关键词：机采井,永磁电动机,功率因数,能耗
参考文献
[1]陈涛平, 胡靖邦.石油工程[M].北京:石油工业出版社, 2002 (2) :220-236.
关键词：光伏组件,电位诱发衰减效应(PID),折射率
近年来,随着各个国家对光伏产业的大力扶持,越来越多的学者与科研人员投入到与光伏发电相关的产业之中,越来越多的光伏电站被投入实际运行。然而,随着光伏系统的投入运行,人们发现光伏系统的发电功率往往达不到人们所期望的数值。随着研究的深入,有人提出了因为光伏组件的电位诱发衰减效应(PID)而导致了光伏系统不能达到所期望的的输出功率[1,2,3,4];也有学者认为光伏系统在受到局部遮挡环境下的输出特性曲线呈现出多峰形,传统MPPT算法在寻优的过程中容易遇到局部极值,使得光伏系统输出功率低下[5,6,7,8]。
文献[9]分析了了光伏组件的PID效应的失效机制,并提出了从系统、组件、电池三个方面来抑制这种不利效应的方法;文献[10]提出一种基于分布式架构的最大功率点跟踪(CPSODMPPT)算法,可以在多峰曲线中寻找到最优点,有效地提高光伏阵列的输出效率;文献[11]提出了弱光、局部遮挡以及电缆失配对光伏发电效率的影响,并通过发电效率评估算法对各种情况进行分析。
本文通过对光伏系统电位诱发衰减效应(PID)成因及其机理的分析,针对由PID效应引发的太阳能电池组件功率大规模衰减现象,建立理想状态下光伏电池的数学模型并分析出输出功率特性曲线,提出一点预防光伏电池PID效应的方案,并通过实验分析改进前后实际光伏组件的输出功率,来验证方案的可行性。
1 电位诱发衰减效应的机理及其主要特征
1.1 PID效应的定义及其机理介绍
由许多研究机构或业内专家的研究结果可以知道,在光伏系统中的晶硅太阳能电池组件中的电路与其用于接地的金属铝边框之间存在高电压,该高电压使得光伏组件上表面层及下表面层的材料中、电池的封装材料EVA中出现了离子迁移现象,从而形成了漏电流的现象;同时光伏电池中也出现了热载流子现象,大量载流子集聚在电池片的表面,使得电荷进行再分配,从而削减和抑制了电池的活性层,破坏了电池片表面原有的钝化效果,最终表现为Voc、Isc、FF等关键参数的降低,使得组件的输出功率及其他性能指数低于设计标准,这些引起功率衰减的现象被称之为电位诱发衰减现象,国际上称为Poten⁃tial Induced Degradation,简称PID.
PID效应一般发生在潮湿的环境下,活跃程度与潮湿程度呈正相关,同时电池组件表面被酸、碱性以及带有离子等物体的污染程度,也与衰减现象的发生有关。一般来说,PID的失效原因可以从系统、组件、电池三个方面来分析,并且针对这三个方面提出抑制方案。本文主要从电池这一角度来分析PID效应与输出功率之间的关系。
在实际的应用中,基于光伏电池结构和其他组件的材料及设计方式的不同,PID现象可能在其电路与金属接地边框成正向电压偏置的条件下发生(N型电池板),也可能是成反向电压偏置的条件下发生(P型电池板)。 目前市面上的电池组件大部分为P型电池板。其PID现象形成的机理如图1所示:
1.2 PID效应的主要特征
电位诱发衰减(PID)效应能够导致晶体硅太阳能电池组件输出功率大幅衰减,使太阳电池组件的运行效率降低。如图二所示为海南琼海某电站从第一到二十一个月实际发电量与理论发电量的对比图:
由上图可知,由于受到电位诱发衰减效应等因素的影响,实际的发电功率往往只有理论值的一半,甚至更加严重。此外,功率输出的明显下降,也会导致EL图片呈现不规则的黑片现象。这些,限制了光伏组件器大规模的运用。
2 光伏电池的数学模型及理想输出特性曲线
为研究由于多晶硅组件组件而产生的PID效应对光伏系统发电功率的影响。本文利用PSIM仿真平台提供的光伏电池电路模型作为研究对象,光伏电池内部等效物理模型如下图所示。
光伏电池的等效数学方程[12]描述如下:
其中iph是光效应产生的电流,id是通过二极管的正向电流,I0是二极管的反向饱和电流,i和v分别是光伏电池的输出电流和电压。
由于公式(1)是超越方程,通过常规方法无法求解,转而寻求其近似解。因为光伏电池的并联内阻Rsh一般非常大,使得通过内阻的电流ir远远小于电池输出电流i ,因此可以省略ir项来简化其数学模型,从而把式(1)转换成式(5)。
以光伏模块Solarex MSX-60 为分析对象,得到输出电压v与输出电流i 、光照强度S和环境温度T之间的函数关系:
在环境温度为25℃时,对式(6)进行进一步优化,光伏电池输出电压v与输出电流i和光照强度S之间的函数如下所示:
2.1 理想状态下光伏电池的输出特性
光伏电池在均匀受光和恒温的理想环境下,其输出特征曲线呈现非线性状态,影响其功率输出的主要因素有3 个:光照强度、环境温度和负载。在固定负载的情况下,光照强度的变化会导致系统短路电流的振荡,两者呈现正相关关系;而开路电压则是容易受到环境温度的影响,两者呈现负相关关系[13]。
仿真环境设置为当光伏电池处于外界环境为25℃的恒温条件,通过PSIM仿真得出数据,将测得数据导入origin绘制出组件的P-V曲线图。通过分析曲线可知,当环境温度或光照强度一定时,光伏电池的输出功率能随着输出电压呈抛物线上升,到某一点而达到最大值,从而分析出功率输出的想想状态。图4为系统在不同光强下的电压与功率曲线。
当光伏电池置于光强为1000W/m2的条件下,图5为系统在不同温度下的功率电压曲线。
3 实验方案及结果分析
3.1 实验方案
由前文分析可知,光伏组件在PID效应的作用下,输出功率很难达到理想状态,本文采用标准工艺和抗PID工艺的两组太阳能电池组件在相同环境下的输出功率来分析PID效应与输出功率之间的关系,并验证有较高折射膜的光伏电池的功率衰减较少。
一般标准工艺制作的多晶硅太阳电池片表面镀有平均折射率为2.06 的单层Si Nx减反射膜,我们采用表面镀有平均折射率为2.16的单层Si Nx减反射膜防作为抗PID工艺的多晶硅太阳电池片;在其他工艺基本一致的情况下,我们将两组光伏组件放入光伏系统,分别在运行之初和运行一个月后,用EL缺陷仪对标准工艺(折射率为1.06)和防PID工艺(折射率为2.16)的多晶硅太阳电池制作的组件衰减前后进行缺陷测试,并对比两组组件在相同环境中的输出功率数据进行对比。
3.2 实验结果与分析
图6(a)与6(b)为处理前后光伏组件EL影像,由影像不难发现PID效应在组件边缘最为严重,由边缘逐渐向内扩散,并且对比经过抗PID处理过后的EL影像可知,再增加太阳能电池的折射率之后,能有效防止PID效应的产生。
同时,我们可通过分析两组组件在一天之内产生功率数据,得到功率曲线图如图7(a)与7(b)所示。我们将两组组件安装在同一地点,使两组组件能在几乎相同的温湿度及光照强度下进行数据采集,确保PID效应为单一变量。
由功率曲线可知,中午2点左右,日照强度略低于100W/m2率时,两组组件均达到最大功率点出,其中未处理组件的功率不到0.15kw,而处理组件的功率高达0.41kw。由此可知,在日照强度等因素相同情况下,未经过抗PID处理过的组件的输出功率明显小于经过抗PID处理过的组件的输出功率。
4 结束语
关键词：发电机零功率保护,汽轮发电机组,超速,过电压
0 引言
发电机组运行中突然甩负荷是引起汽轮机组超速、发电机变压器过电压的一个主要原因[1,2,3],目前在机组甩负荷后一般通过2种措施来保护机组的安全:一是通过汽机转速、电压控制系统,快速将汽机转速降下来;二是在极端工况下,调速系统未能控制住转速,通过汽轮机组危急保安器动作停机关闭主汽门[4]。但是这2种方法均不完善,前者由负荷控制转为转速控制一般采用主开关的位置信号作为启动量,存在隐患,在远距离输电系统中,其远方开关跳开,切断了输电通道,而本站内发电机主开关并未跳开仍判断为发电机组并网运行,不能快速转为转速控制;极端工况下的最终保安措施,是控制机组超速的最后一道防线,通过其动作停机时机组可能已经有损伤。
《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求(9.1.6)》中明确指出:正常停机时,在打闸后,应先检查有功功率有否到零,电度表停转或逆转以后,再将发电机与系统解列,或采用逆功率保护动作解列。严禁带负荷解列[5,6]。也就是说突然甩负荷是严禁的,发生后很可能产生超速。本文从发电机机端功率的变化情况为出发点,引入一种新的保护方法———发电机零功率保护,来保证在机组发生甩负荷后快速做出反应。
1 保护原理
对于大型汽轮发电机,在调速系统和励磁系统正常运行时,如果突然甩负荷,发电机输出电流突然降到一个低值,电枢反应突然降低,由于调速系统和自动调节励磁装置都是由惯性环节组成,转速将上升,同时由于励磁电流不能突变,使得发电机电压在短时间内也会上升。这时发电机的频率保护由于时限较长,根本不能快速切除这种情况下运行的发电机,且一般频率保护中不设置频率升高的部分[7,8,9]。
显然,发电机甩负荷时,发电机有功功率也突降到一个低值。因此可以用发电机发出的有功功率为特征量,通过判断发电机机端有功功率值在极短时间内的变化情况,来判断机组是否处于电能不能送出的工况。即判断机端有功功率值是否在极短时间内从一高值(PF>)降至一低值(PF<),若是则必然发生了有功功率不能送出的情况。为此只要选择合适的有功功率高值、低值与合适的时间段,保证系统扰动时发电机组侧有功功率摆动远不会达到此条件,再加上其他辅助判据,就能正确判断发电机组是否发生了甩负荷工况。
发电机组正常运行时(负荷没有调节),会稳定运行在系统所要求的出力点上,发电机端电压、电流不会发生明显变化,发出的有功功率值基本稳定不变。当系统扰动时,发电机组发出的有功功率值将发生变化,可分为2种情况:一种为小扰动,其表现为当发生小扰动时,由于在并网机组的系统中并列着多台发电机组,其产生的功率缺额,会根据机组的频率调整特性自动进行调整,系统中的任一台机组的机端功率均不会发生明显的变化;另一种情况,系统发生大的干扰,如发生振荡,当振荡中心处于发电机组内部时,发电机组的机端功率将发生功率值的大幅摆动,但此时经历的时间过程较长。而发电机组发生甩负荷时,电气一次系统突然断开,输送电能通道中断,其发出有功功率会在极短的时间内降至低功率值[10]。
在发电机组突然甩负荷时,发电机零功率保护快速判断发电机组处于电磁功率不能送出的工况,其动作出口后必须快速关闭主汽门防止机组转速飞升,快速灭磁防止端电压升高。
2 实施方案分析
依据上述说明,可设计出具体实施发电机零功率保护的逻辑原理图,如图1所示。
功能解释:
PF<:有功功率低值,当发电机出口有功功率小于某值时动作(以发电机组厂用电率为参考值)。
PF>:有功功率高值,当发电机出口功率大于某值时动作(以机组快速减负荷(RB)工况有功功率的1/3为参考值)。
U1<:测量的发电机出口电压低于某值时动作。
SV:主汽门关闭。
T1:时间元件,瞬时动作,延时t1返回,相当于将信号展宽。
T2:时间元件,延时t2动作,瞬时返回,防止误动。
从图1可以看出零功率的动作过程如下。
a.当发电机有功功率从零开始上升时,功率低值PF<动作,但功率高值PF>不动作,保护不出口。
b.当发电机有功功率大于功率高值PF>时,PF>虽动作,但功率低值PF<不动,保护不出口。
c.当发电机有功功率从功率高值PF>突然下降到功率低值PF<以下时,PF>功率高值模块瞬时动作,延时t1后返回,PF<功率低值模块动作。如果发电机有功功率从PF>功率高值到PF<功率低值的下降时间小于PF>功率高值返回时间,本保护装置可靠动作出口。反之,保护被PF>功率高值可靠闭锁。这样可以确保由于某种原因(如系统扰动)发生功率摆动时保护不误动。
d.测量的机端电压低电压闭锁发电机零功率保护。当测量TV断线时,或振荡中心处于发电机组内部时,发电机的机端电压降严重降低,这2种情况测量到的发电机机端电压很低,计算的有功功率很低,这时用U1<动作来闭锁功率低值PF<和功率高值PF>的动作信号,保证保护装置可靠不动作。另外,当发电机机端短路时,机端电压很低,但此时可由主保护(如差动保护)迅速将故障切除,不会造成汽轮机组超速和发电机变压器过电压,不会影响零功率保护的性能。
e.当主汽门关闭时,闭锁PF<和PF>,保证保护装置可靠不动作。在机组动力部分存在问题时,由发电机逆功率来做出反应,发电机零功率保护不进行参与。
3 实际运行动作分析
阳城电厂是远距离输电的典范,以专厂、专线、专供的方式全部送往江苏省,以500 kV交流线路3-2-3(2006年扩建为3-3-3)从山西阳城经河南东明站、山东三堡站到达江苏淮阴,全长760 km。考虑线路故障长、风险大,设置了发电机零功率保护。从正式投入运行至今运行良好,多次及时准确动作,快速地保护了发电设备。阳城电厂500 kV送出系统升压站内一期1号~6号机组(350 MW)电气一次系统采用4/3接线方式,二期7号、8号机组(600 MW)采用不完全3/2接线方式。阳城电厂零功率保护典型动作情况如表1所示。
在发生系统故障、机组送出通道中断、机组主开关未断开时,机组功率无法送出,零功率保护能很快判断出发生了主开关未跳开而送出通道中断、发电机组电磁功率不能送出的工况,并快速动作全停,关闭主汽门,保护机组安全。
下面根据阳城电厂2010年2月28日因送出系统中断引起全厂停电、发电机零功率保护动作全停的典型运行情况进行详细分析,进一步说明发电机零功率保护在保护机组方面的功效。
2010年2月28日,阳城电厂1号、2号、5号、7号、8号机组运行,6号机组正在启动中,3号机组小修,4号机组停备,阳东Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ线运行。500 kV升压站第一、二、三、四、五串合环运行。阳城安控系统方式一(正常运行方式)运行。
阳城电厂机端出力1777MW,上网出力1640MW,阳东Ⅰ线潮流为538 MW,阳东Ⅱ线潮流为557 MW,阳东Ⅲ线潮流为545 MW。各台机组机端出力:1号机组负荷276 MW;2号机组负荷245 MW;5号机组负荷285 MW;7号机组负荷450 MW;8号机组负荷521 MW。
下面介绍事故现象及保护、自动装置动作情况。
2月28日11时47分,阳东Ⅲ线A相复合接地故障跳闸,12时52分强送成功,13时07分阳东Ⅲ线再次A相复合故障跳闸。国调令阳城安控系统切至方式二(阳东线任一线检修方式)运行。
2月28日13时25分,阳东Ⅱ线B相瞬时接地故障跳闸,重合成功,13时34分阳东Ⅱ线AC相间故障跳闸;阳城安控系统切8号机组。国调令阳城电厂机端负荷快速降至850 MW运行。
2月28日14时22分,阳东Ⅰ线A相复合接地故障跳闸。此刻,阳城电厂500 kV升压站送出系统全部中断,如图2所示。
14时22分13秒,1号、2号、5号、7号机组零功率保护动作于全停。
送出系统全部中断后,500 kV站内边开关仍在运行,1号、2号、5号、7号机组主开关仍在合位,发电机组的调节系统仍按机组在并网工况时的负荷指令运行,而实际的工况却是送出系统中断,机组功率无法送出。发电机组用于转换电磁功率的热动能将全部转换成机械能使机组转速飞速上升,若无适当措施判断此情况发生,后果将很难预料。所幸阳城电厂8台机组全部装设了发电机零功率保护,能够准确快速地判断出发电机组出现了功率不能送出的工况,快速做出反应动作于全停,快速关闭汽轮机主汽门保护汽轮机组;快速灭磁防止发变组系统过电压,及时地避免了在机组大负荷运行而送出系统中断后故障的扩大。
4 结论
a.当前大型发电机组送出电气一次系统升压站多采用环网结构,多为3/2方式或4/3方式。当机组较多、出线较多、出现故障时,环式结构将解开从而有可能使得发电机组送出通道中断,就需装设发电机零功率保护。
b.对于远距离大功率交流送出系统,出现送出系统全停时,发电机主开关未跳开的情况会发生,这样装设发电机零功率保护来判断发电机组功率不能送出的工况显得尤为必要。
防止汽轮机超速是重点反措项目,是保证机组安全的一个重要方面,而现有方案不完善,通过对比各种工况下,发电机零功率保护能快速判断出是否发生了功率不能送出工况,能很好地防止汽轮机超速、发电机端电压上升。因此,大型发电机组均应装设零功率保护,作为防止汽轮机组超速、端电压上升的一个必备手段。
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