变频调速电机选择.doc

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1、变频调速起升电动机选择的考虑我们的根本目的是使选择的电动机既能满足设计要求（根据 工况确定）需要，又不造成浪费。这就是要求我们选择i台尽可 能小的电动机，使其在设计极限要求情况下，最小转矩能保证起 制动负载，在设计要求情况下，其转矩能够保证加速、减速和制 动的需要，其温升不超过允许值。由于理论上精确的公式也是建立在一些假设的基础上，电动 机样本数据也与实际情况有出入，实际工况的负载特性很难甚至 无法给出真正的曲线，不同变频器的控制性能也有所不同，因此 在我们的工程计算中，不必按公式做精确的定量分析，而是根据 已有的经验，利用一般应用理论做定性和定量分析。这是“考虑” 的总体指导思想。在此，我们

2、首先也是主要考虑变频矢量（或直接转矩）控制 方式卜，带有鼓风机的电动机的选择。一 电动机工作制S1和S5时的输出功率我们选择的电动机是变频电动机，它的功率是以S1工作制标 定的。应用在起升机构的该电动机，在变频控制F,影响其发热（输 出功率）的负载特性接近S5工作制。对于不同机型，S5工作制的每小时起动次数及接电持续率是 不同的，也是较难确定的。但我们可以知道S5工作制的每小时起动次数为300次，负载 持续率40%和60%时的输出功率与S1工作时的输出功率是相当的。而我们的使用情况，达不到这样的起动次数，这就意味着，从发热的角度讲，我们可以提高S1工作制时的输出功率。提高功率，意味着降低电动机

3、的过载倍数。在我们应用的悄 况卜，电动机的过载能力主要是满足频繁起制动的需要，过载倍 数应有一个较高值，但在变频控制下，也不必过高。尽管电动机 本身具备253.2的最大转矩倍数，但在变频控制K,选择的变 频器限制其过载倍数为1520（这样的过载倍数虽然比常规控制 253.2的过载倍数小，但是变频控制时，其起制动基本上按恒定 的过载倍数来加减速，即平均起制动转矩接近过载倍数152.0, 机械负戟的变化速率能够得到满足）。如果在电动机实际过载能力为1.52.0的情况下，提高S1工 作制时的输出功率，即降低电动机的过载倍数，就不能很好的满 足机械负载速率变化的要求。而且在变频器容量与电动机功率相 匹

4、配的情况下，会造成变频器的过载。因此，我们可以将应用情况S5工作制下要求的功率按S1工 作制的输出功率來选择。在以下考虑中，电动机的功率、转矩等均认为是S1工作制吋 的数值。二电动机的初选起升负载所需额定功率记为Pln，（Pln = Q1）6120 n电动机的额定功率记为Fn，初选的关系为pmn = qPLn，q为根拯起升机构特点（由机型决定）所决定的系数，在变 频控制下，一般希望q$1,即Pmn $ Pln。由于起升机构特点的不同，为了充分利用电动机的过载能力 （在这里电动机的过载在概念上参指力矩超过额沱值），对于YZR 或YZ电动机，过去有时使q1,即Pmn Pln。在变频控制时，如 果变

5、频器的容量与电动机的功率匹配（规格配套），在q1,机械 功率需要Pln时，则电动机过载，电动机过载意味变频器过载（在 这里变频器过载是指电流超过额定值），而变频器的过载时间较 短，对于1.2J.5倍的过载每10分钟允许1分钟，在这种情况下， 一般来说，变频器不能承受。如果变频器的容量是按机械功率Pln 来匹配的，那么根据起升机构特点，允许有q1的时候，即选择 Pmn Pln。另外，应注意以下的情况。有时机械设计为了利用已有机械传动链，使对应于额定负载 额定线速度的减速器高速轴的旋转速度与电动机的额定转速（对 应50Hz）不一致。有两种情况：1 “旋转速度” > “额定速度”2 “旋转速度

6、” < “额定速度”我们知道电动机的额定功率PMN是电源为额定电压额定频率 （50Hz）,转速为额定转速时的输出功率。对于第种情况，电动机和变频器的容量满足要求，恒转矩 调速比增人，但怛功率调速比减小。这种情况-般不需改变电动 机和变频器的容量。对于第二种情况，电动机和变频器都将过载运行，恒转矩调 速比减小，但恒功率调速比增人。这种情况需要增人电动机和变 频器的容量。增人后，电动机的额定功率为n 额定速度nPmN =q- LN o旋转速度电动机和变频器的容量增大后，并没有改变调速比的性能。三电动机最小转矩和过载能力的校验现在还没有任何标准或规范对变频电动机的选择和校验做出 规定，但对电网

7、供电下的鼠笼电动机有相应的规定，我们可以通 过这种“规定”去掌握它的实质。GB381 1-83对起升机构电动机的过载校验有公式m X M 1000 q式中各符号的定义见规范第129页。对鼠笼电动机，考虑电网电压降-15%,转矩允差-15%,起升1.25倍额定负载，取H=2.2o我们来看这几个因素对电动机转矩的影响。压降-15%,使转矩系数为(1-15%) 2 =0. 7225,允差-15%,使转矩系数为1-15% =0. 85,在转矩有两个减小因素下，又要满足起升1.25倍额定载荷的 需要，电动机的额泄转矩(也是额定功率)必需有一个修正系数。 由上可知该系数为1. 25/0. 7225X0.

8、85=2. 035。而H=2. 2 ,我们可得一个系数2.2/2. 035二1.081。这个系数反映了电动机在最不利情况下，需要一个至少0.081 的加速转矩。我们再来看FEM的规定：为了能够得到加速、起升试验载荷或电源电压和频率 变化的补偿所需的转矩,由电动机产生的转矩必需满足卜面 最小条件:对鼠笼电动机 MMmin /MLmax =1. 6式中M航i “是电动机起动期间的最小转矩,Ml祁是起升 负荷所需的最大额定转矩。这里也有电源电压因素，这一因素应与上而同样考虑，既压 降-15%,使转矩系数为 （1-15%） 2=0.7225。这一因素使电动 机转矩需要一个1/0. 7225 = 1.

9、384的修正系数。我们同样可以得到 另一系数1. 6/1. 384=1. 1 56。这一系数包含了加速、起升试验负荷 或频率变化对电动机转矩的要求。它反应了电源压降为-15%时， 电动机最小转矩在起升最大额定转矩时有接近0. 156的加速转矩。 值得注意：Mgx如何理解。比如起重量为10吨，Mgx是对应1° 吨的转矩，还是对应10X1. 25吨的转矩。如果理解为对应10吨的 转矩，那么系数1. 156就不能起升10X1. 25吨，也就是说FEM比 GB381 1-83要求的要宽松，我们可以按GB381 1-83执行。如果理解 为对应10X1. 25吨的转矩，那么可以起升1 0X1.

10、25吨的转矩，也 就是说FEM比GB381 1-83要求的要严格。这里按后者理解：兀为 负载额定转矩，M Lmax=1. 25Mln o综上所述“规定”，我们可以掌握其实质：在电动机最不利的输出转矩下，使其驱动试验载荷（包括吊 钩及钢丝绳）转矩吋有0. 08T0. 156的加速转矩。这实质同样适用于变频电动机的选择。在变频控制卜-,电网电压和转矩允差对电动机固有最人转矩 有影响，它使最大转矩倍数2.53.2相应下降（2.53.2） X 0. 852 = 1.541.96 ,这一倍数范围正是变频器限制电动机的过载倍数范 围，因此它不影响电动机的实际使用过载倍数。变频控制下，电网压降对电动机堵转转

11、矩没有影响，因为堵 转转矩是低频低压下的转矩；转矩允差可能影响堵转转矩，但其 影响结果已经在电动机样本中（由实验结果确定的数据）考虑进 去了，因此电网压降和转矩允差也不影响电动机的堵转转矩（最 小转矩）。那么，我们只要电动机的最小转矩驱动试验负载转矩时有一个0.08T0. 156的加速转矩就满足了过载校验。电动机最小转矩，即堵转转矩记为M Mmin ,M Mmin=X Mmn（Mmn为电动机额定转矩，入为堵转转矩倍数）负载的最大转矩记为M LmaxM Lmax=1.25 M LN （M LN为负载额定转矩）在0. 08C0. 156中，我们取平均值0. 12作为加速转矩倍数和 保险系数，则M

12、Mm i nM1.12,M Lmax1. 41. 4即MMN 2 MLN , PMN 2 P LXXX如果希望在空中起升试验载荷（1.25 M ,实际试验时， 很可能大于1.25 M Lx）,那么还应考虑试验载荷的起始静阻转矩。 起始静阻转矩对额定负载转矩的倍数尚无实验数据，另外，我们 通常认为机械效率为0.9,实际对具体的机械传动链，这个数值是 不准确的，把该因素-并考虑在静阻转矩倍数中，我们估口认为 该倍数为1.15,这吋需要M Mm i n>1.12X1.15=1.288M LmaxBPMmn $ "I mXPmN k61 P LXX6YTSP电动机样木给岀X =1 .

13、25,注意，这是实验数据，是变#频器V/F开坏控制下3出的数据。在矢量控制下，变频器能够保证 电动机堵转转矩倍数为15,即X =1.5,如此，P MN2LIPln =o.93 PLx<Pln ; Mmn 2 0. 93Mln1. 5Pmn $1. 61二 1. 07Pl“> Plx ;1 - 07Mln1.5般希望P MN$P LN，因此収Pmn 三1. 07PLN另外，还需校验电动机下降的制动转矩。电动机最小制动转矩为1.5 Mmn ,而下降额定负载吋的转矩为 Mln 几-取几二0.9,当 Mmn=1. 07Mln 吋，电动机最小制动转矩=1-5 Mmn_ 1.5X1.07 _1

14、.98额定负载的卜降转矩0. 92 Mln0. 92电动机最小制动转炬=1.5 Mmn_ 1.5X1.07 _:1.58实验负载的卜降转矩1.25X0. 92 Min1.25X0. 92¥我们认为这样的制动转矩倍数满足要求。综上所述我们得出结论：在欠量（或直接转矩）控制卜,带 鼓风机的电动机的额丘功率-般应选择为略人于1.07借额圧负载 功率。YTSP和YP变频电动机，其功率在7. 5kW以上者一般均带有（也要求带有）鼓风机，而7. 5kW以下电动机很少应用在起升机构上，如有此情况，可用增加机座号的方法解决低频发热的问题。一般认为在3Hz以下时，等效发热情况下的转矩倍数为0. 6,

15、那么功率增加的倍数为1/0.6 = 1.67。7. 5kW以下各机座号的功率 倍数（等比值）约为本1.4,因此比照带有鼓风机的电动机增加- 个机座号，甚至增加两个机座号，因为其价格和机械尺寸都不成 问题。五考虑的结果起升机构电动机的功率定额可按变频电动机S1工作制标定 的额定功率来选择。起升机构电动机的变频控制，应采用矢量或直接转矩控制方式，无论是否带测速传感器。在这种控制下，带鼓风机电动机的 额定功率一般应选择为略大于107倍的额定负载功率，即令Pmn二qPi_N中的q三107 o上面的结果已经校验了发热，也校验了过载。如此选择的电动机功率，必须在与之匹配的变频器控制下， 使之能够发挥1.52.0的过载能力。如果选择Pmn = qPLN中的q V1O7 ,变频器的容量不能相 应减小。这考虑结果，对于在电网直接控制下的鼠笼电动机和绕线 电动机的功率可能略大i点，这是因为变频电动机的最小转矩在 低频时受限制的原因，但对调压控制下绕线电动机的功率要小i 些，这是因为变频电动机低频（低速）时，电流并不增人的原因。8