【壓縮機(jī)網(wǎng)】電機(jī)服務(wù)系數(shù)一詞出自美國全國電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA）編寫出版的《MG1-2009電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)部分》標(biāo)準(zhǔn)，俗稱NEMA MG1標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)闡述了交流電動(dòng)機(jī)的服務(wù)系數(shù)（Service Factor，或稱使用系數(shù)，簡稱S.F）和服務(wù)系數(shù)在交流電動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用，其主要內(nèi)容是：交流電動(dòng)機(jī)的服務(wù)系數(shù)是一個(gè)乘數(shù)。當(dāng)它乘上額定功率時(shí)，表示在服務(wù)系數(shù)規(guī)定的條件下允許承受的功率負(fù)載。

　　在通常使用條件下，按額定負(fù)載連續(xù)運(yùn)行。當(dāng)電壓和頻率保持銘牌上規(guī)定值時(shí)，電動(dòng)機(jī)可過載至額定功率乘上銘牌上的服務(wù)系數(shù)。電動(dòng)機(jī)在任何大于1的服務(wù)系數(shù)下運(yùn)行，其效率、功率因數(shù)和轉(zhuǎn)速可不同于在額定負(fù)載條件下的數(shù)值，但堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和電流及最大轉(zhuǎn)矩將維持不變。電動(dòng)機(jī)在任何大于1的服務(wù)系數(shù)下連續(xù)運(yùn)行時(shí)，將減少預(yù)期使用壽命。與按額定的銘牌功率下運(yùn)行相比，絕緣壽命和軸承壽命將會(huì)減少。

　　此外還給出了服務(wù)系數(shù)為1.15及以上的電動(dòng)機(jī)，在服務(wù)系數(shù)的負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，其溫升值的規(guī)定：絕緣等級A級時(shí)為70℃；絕緣等級B級時(shí)為90℃；絕緣等級F級時(shí)為115℃，并指出如果采用F級絕緣時(shí)應(yīng)對軸承溫度和潤滑等予以特殊考慮。以上是NEMA標(biāo)準(zhǔn)所談到的電機(jī)服務(wù)系數(shù)。

　　通俗講，電機(jī)服務(wù)系數(shù)表示允許電機(jī)長期連續(xù)工作的最大負(fù)載率，是衡量電機(jī)連續(xù)負(fù)載工作能力的一個(gè)參數(shù)。它是為了滿足特殊應(yīng)用場合或者工作制式備用的過載率，數(shù)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(yùn)行模式，與能力系數(shù)不應(yīng)混淆在一起。

　　如：功率為30kW的電機(jī)，如果服務(wù)系數(shù)為1.15，那么它的實(shí)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(wù)系數(shù)，通過一些實(shí)例解讀服務(wù)系數(shù)，旨在指導(dǎo)電機(jī)設(shè)計(jì)和合理使用電機(jī)。

　　空壓機(jī)電機(jī)服務(wù)系數(shù)實(shí)例解讀

　　電機(jī)常見工作制式有S1連續(xù)工作制、S2短時(shí)工作制、S3～S7周期工作制，不常見的有S8變速變負(fù)載的連續(xù)周期工作制及S9負(fù)載、轉(zhuǎn)速非周期性變化工作制。當(dāng)運(yùn)行模式與標(biāo)準(zhǔn)模式S1～S9工作制中的任何一種都不吻合，如要求電機(jī)變負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行，可以用“S1連續(xù)工作制+服務(wù)系數(shù)”等組合方式約束、表征電機(jī)性能。盡管“工作制+服務(wù)系數(shù)”組合實(shí)際上確實(shí)是一種工作制式，但卻不能說服務(wù)系數(shù)是工作制式。

　　服務(wù)系數(shù)是一個(gè)綜合指標(biāo)，數(shù)值上等于最大過載率。根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性，服務(wù)系數(shù)大小一般規(guī)定為1.15-1.25，因?yàn)槭褂闷偷姆?wù)系數(shù)，實(shí)際沒有實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用效能；服務(wù)系數(shù)偏高，電機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性不理想。

　　以螺桿空壓機(jī)為例，電動(dòng)機(jī)負(fù)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(dāng)達(dá)到了使用者所設(shè)定的最高工作壓力時(shí)空壓機(jī)開始卸載，當(dāng)管網(wǎng)的工作壓力下降到使用者所設(shè)定的最低工作壓力時(shí)空壓機(jī)自動(dòng)加載。

　　電動(dòng)機(jī)的功率選擇就是使電動(dòng)機(jī)一般在預(yù)期的負(fù)荷下工作時(shí)效率最高、功率因數(shù)較大。但電動(dòng)機(jī)的軸功率同時(shí)必須能滿負(fù)荷運(yùn)行，即適應(yīng)客戶長時(shí)間過載運(yùn)行的實(shí)際工況。通常，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)功率的選擇是預(yù)期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行軸功率乘上1.1倍。

　　若直接用1.1倍預(yù)期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行軸功率選擇電動(dòng)機(jī)功率就沒有了我們所說的“服務(wù)系數(shù)”，其后果就是電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)都比較偏低，造成能源和成本方面的浪費(fèi)。因此，“服務(wù)系數(shù)”實(shí)際又是確?？諌簷C(jī)高效率經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要參數(shù)。

　　表1是一臺2極15kW、IP23、服務(wù)系數(shù)1.15電機(jī)的實(shí)測參數(shù)。

　　從表中數(shù)據(jù)可以看出，定子繞組溫升、軸承溫度、機(jī)殼溫度都有明顯的升高。有的電機(jī)廠家做型式試驗(yàn)時(shí)只按照標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，不能準(zhǔn)確判斷電機(jī)在其它服務(wù)系數(shù)狀況下的性能指標(biāo)。

　　空壓機(jī)行業(yè)“電機(jī)服務(wù)系數(shù)”潛規(guī)則

　　目前國內(nèi)空壓機(jī)行業(yè)所謂的“電機(jī)服務(wù)系數(shù)”，它實(shí)際上已經(jīng)完全背離了NEMA的準(zhǔn)則，比如原本是額定功率為110kW的電機(jī)，電機(jī)銘牌上則寫成額定功率90kW，S.F標(biāo)記為1.2或1.25。對于行業(yè)外人士可能想不通，大功率電機(jī)當(dāng)小功率賣豈不是虧本了嗎？其實(shí)從紙面看110kW比90kW功率大20kW，在機(jī)組輸入比功率相同的情況下（同樣都是1級能效），當(dāng)然90kW的空壓機(jī)節(jié)能。

　　即將于今年7月1日正式實(shí)施的GB19153-2009《容積式空氣壓縮機(jī)能效限定值及能效等級》標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了回轉(zhuǎn)空壓機(jī)機(jī)組輸入功率試驗(yàn)值，應(yīng)小于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)額定功率大一檔的值。比如電動(dòng)機(jī)額定功率90kW，其在空壓機(jī)額定排氣壓力下運(yùn)行時(shí)，機(jī)組輸入功率不得超過110kW，這從源頭上遏制了電機(jī)服務(wù)系數(shù)的惡性膨脹。同時(shí)為了獲得較小的機(jī)組輸入功率（對于風(fēng)冷空壓機(jī)來說還要考慮冷卻風(fēng)扇電機(jī)），則需要采用高效率的電動(dòng)機(jī)。尤其是變頻空壓機(jī)，為了滿足容積流量40%時(shí)能獲得更好地能效指標(biāo)，也就是說電動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)電機(jī)效率仍然很高，這就需要采用永磁同步電機(jī)或有同樣功效的電動(dòng)機(jī)。

　　總之，利用和使用好電動(dòng)機(jī)的“服務(wù)系數(shù)”，方可將空壓機(jī)類設(shè)備控制在規(guī)定的、合理的范圍內(nèi)運(yùn)行。否則，電機(jī)的初始設(shè)計(jì)必然會(huì)偏離實(shí)際負(fù)荷狀況，電機(jī)效能或得不到充分發(fā)揮或無法勝任”滿負(fù)荷”長期連續(xù)運(yùn)行。

　　參考資料

　　高效電機(jī)領(lǐng)跑者，《新版GB19153標(biāo)準(zhǔn)即將發(fā)布，容積式空壓機(jī)節(jié)能減排“更接地氣”》，2019.11.27

來源：壓縮機(jī)雜志第157期綜述欄目