频率为60Hz(或50Hz)的电动机用于50Hz(或60Hz)的电源上的影响分析

频率为60Hz（或50Hz）的电动机用于50Hz（或60Hz）的电
源上的影响分析
☞在引进的一些国外设备中带来有频率60Hz、电压为480V、460V、440V、420V、380V的电动机，这些电动机的使用条件与我国实际情况不符，它们能否用于我国电网；另外，我国向国外出口成套设备也产生了频率为50Hz电动机能否用于60Hz电网的问题。

1.电压相同（如均为380V），60Hz电动机用于50Hz电网时的分析；
电动机每极磁通Φ可由下式表示
Φ=
κe U 4.44ƒWκdp1
式中；κe—降压系数；
U—外加电源电压（相电压）（V）
ƒ—电源频率（Hz）
W—定子绕组每相串联线圈匝数；
κdp1—定子绕组系数
对于成品电动机，κdp1、W、κe均为定值，当电压U为一定时，频率ƒ与每极磁通Φ成正比，即
Φ2=ƒ
1
ƒ
2
Φ1=
60
50
Φ1=1.2Φ1
式中；下角“1”代表60Hz的各量，“2”代表50Hz的各量。

另外，需注意，电动机铁心的磁化曲线具有非线性的特点，设计时磁通余量很小。

（1）空载电流。

当电源频率由60Hz降至50Hz时，
Φ2=1.2Φ1，即每极磁通相应增加20%，电动机各部分的磁通密度要增加20%，由于设计时磁通余量很小，故空载电流的增加将大大超过20%。

如果空载电流接近或超过原来的额定电流，则电动机不能使用；如果空载电流尚有较大差距，则可以使用。

但一般来说，电动机容量至少比原来减少20%以上。

（2）转速。

由于同步转速由下式决定
n 1=60ƒ
P
式中；极对数P 不变，因此当电源频率由60Hz 变成50Hz 时，同步转速下降了∆n 1=
ƒ1−ƒ2ƒ1
=
60−5060
=16.6%≈17%
故电动机转速也随之下降了约17%。

（3）起动电流。

电动机是感性负载，其电抗值X 正比于电源频率，电源频率越低，X 变低，而起动电流反比于电抗值X ，因此电动机的起动电流也会相应地比原来增大20%左右。

（4）转矩。

转矩的大小反比于电源频率的平方，即M ∝1ƒ2
因此
当电源频率由60Hz 变成50Hz 时，转矩增加了，即M 1=
ƒ12ƒ2
2M 2=
602502
M 2=1.44M 2即增加了44%左右。

同理，电动机最大转矩和最小转矩也会相应增加。

（5）效率。

电动机的主要几种损耗中； 1) 铁耗；约与磁通密度平方及频率的1.3次方成正比，故铁耗P Fe 约比原来增加14%。

2) 定子铜耗；如果负载电流相同，则定子铜耗P cu 不变。

3) 转子铜耗；由于磁通密度增大了20%，为维持同样转矩，则转子电流将减少16.6%，故转子铜耗P cu2有所下降。

4)
附加损耗；风摩损耗P F 因转速下降而降低，约为原来的
60%；附加损耗下降很多。

但由于电动机的输出功率大为降低，所以效率一般要下降
（6）功率因数。

因空载电流增大，虽然电动机的电抗值下降，但仍不足以补偿，因此功率因数也会有所下降。

（7）温升。

由于磁通密度比原来增大20%，铁心磁通密度将饱和，另外，通风效果随转速的下降而变坏，因此电动机的温升要比原来的高许多。

2.60Hz 电动机用于50Hz 电网，降压使用时的分析
（1）降压使用，降压电压的确定。

为了使60Hz 的电动机用于50Hz 电网上不过电流发热，就得维持电动机的磁通不变，由公式 Φ=
κe U 4.44ƒWκdp1
可知，唯一可变的只有电源电压。

现以60Hz 、380V 电动机为例。

令Φ1=Φ2，则在50Hz 电源中维持Φ不变的电压为U ′=
ƒ2ƒ1
U =
5060
×380=317（V ）
（2）降压使用后电动机转速、功率变化情况。

1) 转速。

因在极对数P 不变的情况下，异步电动机的转速
只与电源频率ƒ成正比，所以如前所述，转速约下降了17%。

2) 功率。

因为正设定Φ不变，所以降压使用后可认为电流
I 不变。

根据输出功率公式P =√3UI cos φ 将U
′
=
ƒ2ƒ1
U =
5060
U =
0.83U 代入上式比较，降压使用的电动机功率约为原电动机功率的83%
如果原电动机定子绕组为∆接法，若将其改为Y 接法以降压使用，则其相电压降至原来的1√3⁄，即U ′=380√3⁄=220（V ）这时，磁通Φ′也随之下降，而电流 I ∝Φ,则I ′=(220317⁄)I =0.694I ，即电流为原来的0.694倍，故输出功率为P 2′
=√3U ′I ′cos φ=√3×√3×0.694I cos φ=0.4(√3UI cos φ)=0.4P
即为原来功率的40%。

（3）实现降压的方法及可能性。

解决降压17%的方法有两种；
1)对于电源电压较低的地区，可调节供电变压器的分接开关档位来达到，通常电力变压器调压范围为±10%。

2)增加一台调压器。

因为增加一台调压器的费用约为更换一台电动机费用的30%~60%，因此在经济上是合算的
然而，须注意降压后电动机的转速和功率都将下降到原来的83%。

如果不妨碍机械设备的正常使用，就可采用降压的方法。

一般来说，机械设备在配备电动机时都具有20%~30%的余量，甚至更大，以防电压降低后电动机产生堵转。

另外，许多机械设备都具有转速下降，力矩下降的负载特性，所以可以用降压的方法，只不过转速下降会对产量（加工机械）或风量（风机）稍有影响。

（4）60Hz、480V、460V、440V、420V和380V电动机用于50Hz、380V电网及降压使用要求，见表4—28
表4—28 60Hz电动机用于50Hz电源要求
50Hz电动机用在60Hz电源上的分析
☞分析方法同前。

现将50Hz、380V电动机用于60Hz、380V 电源、60Hz、420V电源和60Hz、440V电源时各参量情况列于表4—29。

表4—29 50Hz、380V电动机用于60Hz电源情况
另外，电动机的效率、功率因数、温升及起动电流等均比原50Hz 时有所改善。