起重電機(jī)專業(yè)生產(chǎn)廠家無錫宏達(dá)2021年11月29日訊 本文章結(jié)合起重機(jī)用電動機(jī)的初選和校驗內(nèi)容，詳細(xì)介紹電動機(jī)的選擇和校驗。最后給予簡單案例說明如何選擇和校驗電動機(jī)的步驟和方法。
前言 ：電動機(jī)的選擇主要是指熱容量的選擇，它包括電動機(jī)的過載能力校驗和發(fā)熱校驗。過載能力校驗是驗算電動機(jī)客服機(jī)構(gòu)在短時間內(nèi)可能出現(xiàn)的較大工作負(fù)荷的能力，而發(fā)熱校驗則是校驗電動機(jī)在運(yùn)行一段時間后繞組的溫升是否超過規(guī)定的允許溫升。
一、起升機(jī)構(gòu)電動機(jī)容量選擇
起升機(jī)構(gòu)電動機(jī)是，啟動慣性載荷較小，所需的加速力矩很小，只有滿載荷穩(wěn)定運(yùn)行力矩的10%-20%，而電動機(jī)的平均氣動力矩通常為電動機(jī)額定力矩的1.6-1.8倍，使得啟動時間較短（約1-2S左右）。因此起升機(jī)構(gòu)電動機(jī)在運(yùn)行過程中可忽略啟動過程，認(rèn)為電動機(jī)處于S3工作制運(yùn)行。
1、初選電動機(jī) 在起升機(jī)構(gòu)中，電動機(jī)所需力矩等于滿載起升的穩(wěn)定力矩。則電動機(jī)功率可按起升靜功率計算
PN=PQ×Vq/1000/η
式中 PQ—起升載荷（N）
Vq—額定起升速度（m/s）
η—機(jī)構(gòu)總效率。
2、計算S3、JC=40%基準(zhǔn)工作制下所需的電動機(jī)功率：Pn≥K PN
式中：K——作業(yè)頻繁系數(shù)，與機(jī)構(gòu)工作級別對 應(yīng)，見表1；
Pn——S3、JC=40%下電動機(jī)額定功率。
3、電動機(jī)在不同工作制下功率值的折算
將S1工作制下的電動機(jī)功率值折算到S3 JC =40%或S3 JC =60%下的電動機(jī)功率值可 參考下式折算：
P40≈1.15~1.2 PS1 P60≈1.05~1.1 PS1
對于不同的電動機(jī)，其折算系數(shù)略有不同，若需知道準(zhǔn)確折算值，需向制造商索取 。
對于雙繩抓斗的提升機(jī)構(gòu)和開閉機(jī)構(gòu)，一般采用兩套相同的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。在抓斗閉合完畢后起升瞬間，全部載荷有閉合電機(jī)承受。支持電動機(jī)由于卸載而轉(zhuǎn)速升高，最后趕上閉合電動機(jī)并一起承受。因此兩臺同樣大小的電動機(jī)的單機(jī)額定功率需要大于所需功率的一半，閉合電動機(jī)有短時間過載能力。規(guī)范規(guī)定，每一機(jī)構(gòu)電動機(jī)靜功率取值為總功率的0.66倍，就是考慮起升瞬間的載荷不均勻程度。
二、運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動機(jī)容量選擇
在運(yùn)行機(jī)構(gòu)中，運(yùn)行阻力引起的滿載穩(wěn)定運(yùn)行靜阻力矩比電動機(jī)的額定力矩小很多。啟動時必須克服移動質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量所引起的慣性載荷，所需的加速力矩較大。運(yùn)行機(jī)構(gòu)的啟動時間比起升機(jī)構(gòu)啟動時間要長，通常為3-8S。電動的運(yùn)行屬于包括啟動的斷續(xù)周期工作制S4.
運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動機(jī)容量選擇，除了考慮穩(wěn)定運(yùn)行靜功率外，還必須考慮客服慣性載荷所需要的加速功率。在通常情況下，加速功率對電動機(jī)的選擇具有極大影響。
1、計算穩(wěn)態(tài)運(yùn)行功率： PN=Pj×Vy/1000/η/m
2、計算S3 JC=40%基準(zhǔn)工作制下所需的電動機(jī)的 功率值：Pn≥K PN
式中：K——綜合運(yùn)行速度所體現(xiàn)的作業(yè)頻繁 程度和慣性功率對發(fā)熱影響的綜合因素系數(shù)，見表2。
運(yùn)行機(jī)構(gòu)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行功率（靜阻功率）與總質(zhì) 量（M）、速度、摩擦系數(shù)等有關(guān)，慣性功率與 總質(zhì)量、速度、加速度（加速時間）有關(guān)，通常 速度取值也是基于作業(yè)頻繁程度（工作級別）， 那么可以通過給穩(wěn)態(tài)運(yùn)行功率乘以大于1的綜合因素系數(shù)K，以體現(xiàn)慣性功率與作業(yè)頻繁率對電動機(jī)發(fā)熱的影響，該系數(shù)也是經(jīng)過了實踐驗證的。
三、電動機(jī)的過載校驗
規(guī)范規(guī)定;”電動機(jī)的最大力矩或堵轉(zhuǎn)力矩應(yīng)保證機(jī)構(gòu)啟動的需要。”這就說明，電動的額定力矩應(yīng)大于一定的數(shù)值，才能保證在任何情況下機(jī)構(gòu)均能啟動。因此力矩和功率成一定的比例，故在校驗計算中，常以功率來表示。即所選電動機(jī)的額定功率應(yīng)大于一定的數(shù)值，這個數(shù)值因機(jī)構(gòu)而異，各機(jī)構(gòu)因負(fù)載情況的不同而不同。這里介紹起升機(jī)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的校驗計算。
1、 起升機(jī)構(gòu)電動機(jī)的過載校驗
（1）普通電動機(jī)的過載校驗
式中：
Pn—基準(zhǔn)接電持續(xù)率時，電動機(jī)額定功率（KW）
H—A系數(shù)：按電壓損失（交流電機(jī)為15%，直流電機(jī)不考慮）、最大轉(zhuǎn)矩或堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩有允差（繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)為10%，籠型異步電動機(jī)為15%，直流電機(jī)不考慮）、起升1.25倍額定載荷條件確定繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)為2.1；籠型異步電動機(jī)為2.2，直流電機(jī)為1.4.
m—電動機(jī)個數(shù)。
Λm—基準(zhǔn)接電持續(xù)率時，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩允許過載倍數(shù)。
PQ—起升載荷（N）；雙繩抓斗電動機(jī)過載校驗時，應(yīng)考慮負(fù)載不均勻程度。
Vq—起升速度（m/s）
η—A機(jī)構(gòu)總效率。
（2）變頻電動機(jī)的過載校驗
當(dāng)機(jī)構(gòu)設(shè)計完成電動機(jī)初選后，電氣設(shè)計應(yīng)對電動機(jī)進(jìn)行過載和發(fā)熱校驗。電動機(jī)過載校驗的準(zhǔn)則是：所選電動機(jī)的最大加速（起動）轉(zhuǎn)矩應(yīng)不小于機(jī)構(gòu)加速所需的最小加速轉(zhuǎn)矩。當(dāng)機(jī)構(gòu)有部分（單個或單組）電動機(jī)運(yùn)行或其他特殊工況要求時，一定要計算在這些特殊工況要求下所需的電動機(jī)的最小加速轉(zhuǎn)矩值。當(dāng)采用變頻閉環(huán)矢量（或DTC）控制時，基速內(nèi)可實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩控制。系統(tǒng)可做到以最大恒定轉(zhuǎn)矩加速，而調(diào)壓調(diào)速或其它針對繞線電動機(jī)的控制系統(tǒng)，其加速過程是延鋸齒特性線進(jìn)行的，所以過載校驗時，要注意鋸齒線根部對加速最大負(fù)載時的影響關(guān)系。
為了保證電動機(jī)的安全運(yùn)行，電動機(jī)的最大運(yùn)行（起動）轉(zhuǎn)矩與顛覆轉(zhuǎn)矩之間應(yīng)保留30%的安全距離，即：
Mmax/ λm/Mn≤1/1.3或Mmax≤0.8λm Mn
對于變頻閉環(huán)矢量（或DTC）控制的電動機(jī)，可以不考慮電壓波動對電動機(jī)最大起動轉(zhuǎn)矩的影響。
對于工作級別（M）較低的機(jī)構(gòu)，由于初選時的系數(shù)K取值較小，所以要更加注意做好過載校驗
在電動機(jī)初選時（見6.1.1.1.3.2）對變頻電動機(jī)n=0時的最小起動轉(zhuǎn)矩的要求是：
Mdmin≥1.4MN……………………………（86）
但在實際應(yīng)用中考慮到110%動載試驗和125%靜載試驗對起動轉(zhuǎn)矩的要求，通常情況下，選擇Md=1.7MN，對于公式：
Pn≥H/m/λm×PQ×Vq/1000/η…..（87）
變頻電動機(jī)取H=2.2，其取值依據(jù)如下：
當(dāng)所選電動機(jī)額定功率Pn=PN時，H的物理意義是：只要所選電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)λm≥H，則過載校驗通過，或者說，在Pn=PN時，H的取值是對所選電動機(jī)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)的最小要求值。因為，所選電動機(jī)的λm=2.2時，考慮最大運(yùn)行轉(zhuǎn)矩與顛覆轉(zhuǎn)矩間留30%的安全距離，該電動機(jī)能夠輸出最大起動轉(zhuǎn)矩為：
Mmax=λm×MN/1.3=2.2×MN/1.3≈1.7MN
這就是H=2.2的來源。
從過載校驗公式（87）可以看出，僅從過載能力要求來講，所選電動機(jī)額定功率值與其最大轉(zhuǎn)矩過載倍數(shù)是可以相互轉(zhuǎn)化的。
2、 運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動機(jī)的過載校驗
軌道式運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動機(jī)過載校驗中變頻調(diào)速電動機(jī)λAS的確定，在GB/T 3811-1983《起重機(jī)設(shè)計規(guī)范》中，運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動機(jī)過載校驗引入λAS概念，不同種類的電動機(jī)具有不同的λAS值，那么它的基礎(chǔ)是認(rèn)定不同種類的電動機(jī)一定可以產(chǎn)生λAS的平均加速轉(zhuǎn)矩，而沒有給出電動機(jī)的λm至少應(yīng)是多大。比如：繞線電動機(jī)的λAS取1.7，實際上是認(rèn)為繞線電動機(jī)的最大起動轉(zhuǎn)矩約為2.2Med時，平均加速轉(zhuǎn)矩可達(dá)1.7Med，這樣電動機(jī)的λm應(yīng)不小于2.5；對于變頻調(diào)速電動機(jī)，通常情況下能達(dá)到1.7Med倍的加速轉(zhuǎn)矩，這樣變頻電機(jī)的最大過載倍數(shù)λm應(yīng)不小于1.7/0.8=2.2，式中0.8含義同上。
電動機(jī)的過載校驗公式：
PN≥1/m/λAS{[P∑(ω+ma)+PWⅡ]×Vy/1000/η+ ∑Jn2/91200/tq} …............................（88）
從公式（88）可以看出：阻性功率P阻與慣性功率
P慣之和除以電動機(jī)所能提供的平均加速轉(zhuǎn)矩λAS，所選電動機(jī)功率值不小于該值，則過載校驗通過。進(jìn)行運(yùn)行機(jī)構(gòu)過載校驗時，慣性功率的大小與設(shè)計所要求的加速時間有關(guān)，所以應(yīng)合理選擇加速時間，以選取合理的電動機(jī)功率。
四、校驗和初選案例
1、起升電機(jī)初選舉例
例1：某起升機(jī)構(gòu)額定起重量100 t、吊具重5 t、額定起升速度6m/min、電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速730r/min、變頻調(diào)速方式、供電電壓380VAC、機(jī)構(gòu)工作級別M7、機(jī)構(gòu)總效率η=0.87、環(huán)境溫度40℃、海拔低于1000m。
1）穩(wěn)態(tài)計算功率:
PN=PQ×Vq/1000/η=(100+5)×6/6.12/0.87=118.3kw
2）電動機(jī)基準(zhǔn)工作制下的功率值：
1.2×118.3=142kw（S3 JC=40%）
3）電動機(jī)初選：
根據(jù)用戶要求采用西門子變頻電動機(jī),折算到S1工作制下的功率為：PS1≥P40/1.2=142/1.2=118.3（kw）
選取：1LG4318—8AB 132 kw S1
2、運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動機(jī)初選舉例
例1：橋式起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)自重200t、額定起重量550t、額定運(yùn)行速度30m/min、機(jī)構(gòu)工作級別M6、m=4臺、總效率η=0.9、電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速975r/min、Kh=1、Kt=1。
1）計算穩(wěn)態(tài)運(yùn)行功率（靜阻功率）：
PN=Pj×Vy/1000/η/m
=(10×1.5)(200+550)×30/6120/0.9/4=15.3KW
Pn≥KPN=1.2×15.3=18.36KW (S3 JC40%)
2）初選電動機(jī)：
4臺，型號：YZP200L-6 22 kw S3 JC=40%
3、起升機(jī)構(gòu)電動機(jī)過載校驗舉例
例1：對起升機(jī)構(gòu)電動機(jī)初選中的例1進(jìn)行過載校驗。
已知：額定起重量105t，額定起升速度6m/min， η=0.87，m=1臺，電動機(jī)：1LG4318—8AB 132kw S1 λm=2.9。
按過載校驗公式計算：
Pn≥H/m/λm×PQ×Vq/1000/η
=2.2/2.9×105×6/6.12/0.87=90KW
所選電動機(jī)Pn=132kw ≥ 90kw 過載校驗通過。
五、電動機(jī)的發(fā)熱校驗
對于YZR電動機(jī)仍可采用JC、CZ和G值進(jìn)行發(fā)熱校驗。但對于變頻電機(jī)和繞線電機(jī)均可依據(jù)機(jī)構(gòu)工作級別所對應(yīng)的等效接電持續(xù)率作為發(fā)熱校驗的依據(jù)。只要電機(jī)在機(jī)構(gòu)相應(yīng)等效接電持續(xù)率下的功率值大于機(jī)構(gòu)的計算功率，則發(fā)熱校驗通過。
1、起升機(jī)構(gòu)電動機(jī)發(fā)熱校驗
起升機(jī)構(gòu)計算功率即為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行功率（靜功率）：
PN=PQVq/1000/η…………………………（89）
所選電動機(jī)在相應(yīng)接電持續(xù)率下的功率值不小于計 算功率即Pn≥PN，則發(fā)熱校驗通過。
由于起升機(jī)構(gòu)要求進(jìn)行110%動負(fù)荷和125%靜負(fù)荷試驗，在此，給出工作級別與接電持續(xù)率的對應(yīng)取值關(guān)系，見表3，以供參考。
1、軌道式運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動機(jī)發(fā)熱校驗
運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動機(jī)初選時是根據(jù)運(yùn)行速度大小給穩(wěn)態(tài)運(yùn)行功率（阻性功率）乘以一個大于1的系數(shù)得出，且系數(shù)為離散值，為了更好更方便地對運(yùn)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行發(fā)熱校驗，經(jīng)計算對比，當(dāng)采用公式（90）計算時，所選電動機(jī)功率值相對合適。本方法作為校驗方法，可在設(shè)計過程中進(jìn)一步比照對比。
運(yùn)行機(jī)構(gòu)計算功率為：
PS=P阻+0.5P慣 --------------------------（90）
式中：PS-------計算功率
P阻------阻性功率即穩(wěn)態(tài)運(yùn)行功率PN
P慣------慣性功率即本標(biāo)準(zhǔn)公式（S.10)
PS=1/m×{[P∑(ω+ma)+PWⅠ]×Vy/1000/η +∑Jn2/182400/tq}中的第二項
只要電機(jī)在機(jī)構(gòu)相應(yīng)接電持續(xù)率下的功率值Pn≥PS，則發(fā)熱校驗通過。
該方式使離散系數(shù)成為連續(xù)，使電動機(jī)的選擇與校驗用不同的方法相互驗證。
由于P慣仍取決于加速時間ta或者說加速度a的選擇，所以應(yīng)參照電動機(jī)初選中所給出的速度與加速時間關(guān)系表選擇加速時間，以計算合理的慣性功率。
參考文獻(xiàn)
1、起重機(jī)設(shè)計規(guī)范
2、起重機(jī)電氣技術(shù)手冊
3、上海電動機(jī)選型樣本
4、起重機(jī)機(jī)械設(shè)計手冊
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