起重電機(jī)專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠家無(wú)錫宏達(dá)2021年11月29日訊 本文章結(jié)合起重機(jī)用電動(dòng)機(jī)的初選和校驗(yàn)內(nèi)容，詳細(xì)介紹電動(dòng)機(jī)的選擇和校驗(yàn)。最后給予簡(jiǎn)單案例說(shuō)明如何選擇和校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的步驟和方法。
前言 ：電動(dòng)機(jī)的選擇主要是指熱容量的選擇，它包括電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力校驗(yàn)和發(fā)熱校驗(yàn)。過(guò)載能力校驗(yàn)是驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)客服機(jī)構(gòu)在短時(shí)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(yàn)則是校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行一段時(shí)間后繞組的溫升是否超過(guò)規(guī)定的允許溫升。
一、起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)容量選擇
起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)是，啟動(dòng)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(dòng)機(jī)的平均氣動(dòng)力矩通常為電動(dòng)機(jī)額定力矩的1.6-1.8倍，使得啟動(dòng)時(shí)間較短（約1-2S左右）。因此起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中可忽略啟動(dòng)過(guò)程，認(rèn)為電動(dòng)機(jī)處于S3工作制運(yùn)行。
1、初選電動(dòng)機(jī) 在起升機(jī)構(gòu)中，電動(dòng)機(jī)所需力矩等于滿載起升的穩(wěn)定力矩。則電動(dòng)機(jī)功率可按起升靜功率計(jì)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(jì)算S3、JC=40%基準(zhǔn)工作制下所需的電動(dòng)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(jí)別對(duì) 應(yīng)，見(jiàn)表1；
Pn——S3、JC=40%下電動(dòng)機(jī)額定功率。
3、電動(dòng)機(jī)在不同工作制下功率值的折算
將S1工作制下的電動(dòng)機(jī)功率值折算到S3 JC =40%或S3 JC =60%下的電動(dòng)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(duì)于不同的電動(dòng)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(duì)于雙繩抓斗的提升機(jī)構(gòu)和開(kāi)閉機(jī)構(gòu)，一般采用兩套相同的驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)由于卸載而轉(zhuǎn)速升高，最后趕上閉合電動(dòng)機(jī)并一起承受。因此兩臺(tái)同樣大小的電動(dòng)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(dòng)機(jī)有短時(shí)間過(guò)載能力。規(guī)范規(guī)定，每一機(jī)構(gòu)電動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)的額定力矩小很多。啟動(dòng)時(shí)必須克服移動(dòng)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(dòng)時(shí)間比起升機(jī)構(gòu)啟動(dòng)時(shí)間要長(zhǎng)，通常為3-8S。電動(dòng)的運(yùn)行屬于包括啟動(dòng)的斷續(xù)周期工作制S4.
運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)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(duì)電動(dòng)機(jī)的選擇具有極大影響。
1、計(jì)算穩(wěn)態(tài)運(yùn)行功率： PN=Pj×Vy/1000/η/m
2、計(jì)算S3 JC=40%基準(zhǔn)工作制下所需的電動(dòng)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(duì)發(fā)熱影響的綜合因素系數(shù)，見(jiàn)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(shí)間）有關(guān)，通常 速度取值也是基于作業(yè)頻繁程度（工作級(jí)別）， 那么可以通過(guò)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(duì)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的影響，該系數(shù)也是經(jīng)過(guò)了實(shí)踐驗(yàn)證的。
三、電動(dòng)機(jī)的過(guò)載校驗(yàn)
規(guī)范規(guī)定;”電動(dòng)機(jī)的最大力矩或堵轉(zhuǎn)力矩應(yīng)保證機(jī)構(gòu)啟動(dòng)的需要?！边@就說(shuō)明，電動(dòng)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(dòng)。因此力矩和功率成一定的比例，故在校驗(yàn)計(jì)算中，常以功率來(lái)表示。即所選電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)大于一定的數(shù)值，這個(gè)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(yàn)計(jì)算。
1、 起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載校驗(yàn)
（1）普通電動(dòng)機(jī)的過(guò)載校驗(yàn)
式中：
Pn—基準(zhǔn)接電持續(xù)率時(shí)，電動(dòng)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(dòng)機(jī)為10%，籠型異步電動(dòng)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(dòng)機(jī)為2.1；籠型異步電動(dòng)機(jī)為2.2，直流電機(jī)為1.4.
m—電動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù)。
Λm—基準(zhǔn)接電持續(xù)率時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩允許過(guò)載倍數(shù)。
PQ—起升載荷（N）；雙繩抓斗電動(dòng)機(jī)過(guò)載校驗(yàn)時(shí)，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(dòng)機(jī)的過(guò)載校驗(yàn)
當(dāng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)完成電動(dòng)機(jī)初選后，電氣設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)載和發(fā)熱校驗(yàn)。電動(dòng)機(jī)過(guò)載校驗(yàn)的準(zhǔn)則是：所選電動(dòng)機(jī)的最大加速（起動(dòng)）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(gè)或單組）電動(dòng)機(jī)運(yùn)行或其他特殊工況要求時(shí)，一定要計(jì)算在這些特殊工況要求下所需的電動(dòng)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(shí)，基速內(nèi)可實(shí)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(duì)繞線電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，其加速過(guò)程是延鋸齒特性線進(jìn)行的，所以過(guò)載校驗(yàn)時(shí)，要注意鋸齒線根部對(duì)加速最大負(fù)載時(shí)的影響關(guān)系。
為了保證電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)的最大運(yùn)行（起動(dòng)）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(duì)于變頻閉環(huán)矢量（或DTC）控制的電動(dòng)機(jī)，可以不考慮電壓波動(dòng)對(duì)電動(dòng)機(jī)最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的影響。
對(duì)于工作級(jí)別（M）較低的機(jī)構(gòu)，由于初選時(shí)的系數(shù)K取值較小，所以要更加注意做好過(guò)載校驗(yàn)
在電動(dòng)機(jī)初選時(shí)（見(jiàn)6.1.1.1.3.2）對(duì)變頻電動(dòng)機(jī)n=0時(shí)的最小起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求是：
Mdmin≥1.4MN……………………………（86）
但在實(shí)際應(yīng)用中考慮到110%動(dòng)載試驗(yàn)和125%靜載試驗(yàn)對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，通常情況下，選擇Md=1.7MN，對(duì)于公式：
Pn≥H/m/λm×PQ×Vq/1000/η…..（87）
變頻電動(dòng)機(jī)取H=2.2，其取值依據(jù)如下：
當(dāng)所選電動(dòng)機(jī)額定功率Pn=PN時(shí)，H的物理意義是：只要所選電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)λm≥H，則過(guò)載校驗(yàn)通過(guò)，或者說(shuō)，在Pn=PN時(shí)，H的取值是對(duì)所選電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)的最小要求值。因?yàn)椋x電動(dòng)機(jī)的λm=2.2時(shí)，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(dòng)機(jī)能夠輸出最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：
Mmax=λm×MN/1.3=2.2×MN/1.3≈1.7MN
這就是H=2.2的來(lái)源。
從過(guò)載校驗(yàn)公式（87）可以看出，僅從過(guò)載能力要求來(lái)講，所選電動(dòng)機(jī)額定功率值與其最大轉(zhuǎn)矩過(guò)載倍數(shù)是可以相互轉(zhuǎn)化的。
2、 運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載校驗(yàn)
軌道式運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)過(guò)載校驗(yàn)中變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)λAS的確定，在GB/T 3811-1983《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》中，運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)過(guò)載校驗(yàn)引入λAS概念，不同種類(lèi)的電動(dòng)機(jī)具有不同的λAS值，那么它的基礎(chǔ)是認(rèn)定不同種類(lèi)的電動(dòng)機(jī)一定可以產(chǎn)生λAS的平均加速轉(zhuǎn)矩，而沒(méi)有給出電動(dòng)機(jī)的λm至少應(yīng)是多大。比如：繞線電動(dòng)機(jī)的λAS取1.7，實(shí)際上是認(rèn)為繞線電動(dòng)機(jī)的最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩約為2.2Med時(shí)，平均加速轉(zhuǎn)矩可達(dá)1.7Med，這樣電動(dòng)機(jī)的λm應(yīng)不小于2.5；對(duì)于變頻調(diào)速電動(dòng)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(guò)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(dòng)機(jī)的過(guò)載校驗(yàn)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(dòng)機(jī)所能提供的平均加速轉(zhuǎn)矩λAS，所選電動(dòng)機(jī)功率值不小于該值，則過(guò)載校驗(yàn)通過(guò)。進(jìn)行運(yùn)行機(jī)構(gòu)過(guò)載校驗(yàn)時(shí)，慣性功率的大小與設(shè)計(jì)所要求的加速時(shí)間有關(guān)，所以應(yīng)合理選擇加速時(shí)間，以選取合理的電動(dòng)機(jī)功率。
四、校驗(yàn)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(dòng)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(jí)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(jì)算功率:
PN=PQ×Vq/1000/η=(100+5)×6/6.12/0.87=118.3kw
2）電動(dòng)機(jī)基準(zhǔn)工作制下的功率值：
1.2×118.3=142kw（S3 JC=40%）
3）電動(dòng)機(jī)初選：
根據(jù)用戶要求采用西門(mén)子變頻電動(dòng)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?。?LG4318—8AB 132 kw S1
2、運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)初選舉例
例1：橋式起重機(jī)小車(chē)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(jí)別M6、m=4臺(tái)、總效率η=0.9、電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速975r/min、Kh=1、Kt=1。
1）計(jì)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(dòng)機(jī)：
4臺(tái)，型號(hào)：YZP200L-6 22 kw S3 JC=40%
3、起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)過(guò)載校驗(yàn)舉例
例1：對(duì)起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)初選中的例1進(jìn)行過(guò)載校驗(yàn)。
已知：額定起重量105t，額定起升速度6m/min， η=0.87，m=1臺(tái)，電動(dòng)機(jī)：1LG4318—8AB 132kw S1 λm=2.9。
按過(guò)載校驗(yàn)公式計(jì)算：
Pn≥H/m/λm×PQ×Vq/1000/η
=2.2/2.9×105×6/6.12/0.87=90KW
所選電動(dòng)機(jī)Pn=132kw ≥ 90kw 過(guò)載校驗(yàn)通過(guò)。
五、電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱校驗(yàn)
對(duì)于YZR電動(dòng)機(jī)仍可采用JC、CZ和G值進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)。但對(duì)于變頻電機(jī)和繞線電機(jī)均可依據(jù)機(jī)構(gòu)工作級(jí)別所對(duì)應(yīng)的等效接電持續(xù)率作為發(fā)熱校驗(yàn)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(jì)算功率，則發(fā)熱校驗(yàn)通過(guò)。
1、起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校驗(yàn)
起升機(jī)構(gòu)計(jì)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(dòng)機(jī)在相應(yīng)接電持續(xù)率下的功率值不小于計(jì) 算功率即Pn≥PN，則發(fā)熱校驗(yàn)通過(guò)。
由于起升機(jī)構(gòu)要求進(jìn)行110%動(dòng)負(fù)荷和125%靜負(fù)荷試驗(yàn)，在此，給出工作級(jí)別與接電持續(xù)率的對(duì)應(yīng)取值關(guān)系，見(jiàn)表3，以供參考。
1、軌道式運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校驗(yàn)
運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)初選時(shí)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(gè)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(duì)運(yùn)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)，經(jīng)計(jì)算對(duì)比，當(dāng)采用公式（90）計(jì)算時(shí)，所選電動(dòng)機(jī)功率值相對(duì)合適。本方法作為校驗(yàn)方法，可在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)一步比照對(duì)比。
運(yùn)行機(jī)構(gòu)計(jì)算功率為：
PS=P阻+0.5P慣 --------------------------（90）
式中：PS-------計(jì)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(xiàng)
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(yàn)通過(guò)。
該方式使離散系數(shù)成為連續(xù)，使電動(dòng)機(jī)的選擇與校驗(yàn)用不同的方法相互驗(yàn)證。
由于P慣仍取決于加速時(shí)間ta或者說(shuō)加速度a的選擇，所以應(yīng)參照電動(dòng)機(jī)初選中所給出的速度與加速時(shí)間關(guān)系表選擇加速時(shí)間，以計(jì)算合理的慣性功率。
參考文獻(xiàn)
1、起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范
2、起重機(jī)電氣技術(shù)手冊(cè)
3、上海電動(dòng)機(jī)選型樣本
4、起重機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
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