起重電機專業生產廠家無錫宏達2021年11月29日訊 本文章結合起重機用電動機的初選和校驗內容，詳細介紹電動機的選擇和校驗。最后給予簡單案例說明如何選擇和校驗電動機的步驟和方法。
前言 ：電動機的選擇主要是指熱容量的選擇，它包括電動機的過載能力校驗和發熱校驗。過載能力校驗是驗算電動機客服機構在短時間內可能出現的較大工作負荷的能力，而發熱校驗則是校驗電動機在運行一段時間后繞組的溫升是否超過規定的允許溫升。
一、起升機構電動機容量選擇
起升機構電動機是，啟動慣性載荷較小，所需的加速力矩很小，只有滿載荷穩定運行力矩的10%-20%，而電動機的平均氣動力矩通常為電動機額定力矩的1.6-1.8倍，使得啟動時間較短（約1-2S左右）。因此起升機構電動機在運行過程中可忽略啟動過程，認為電動機處于S3工作制運行。
1、初選電動機 在起升機構中，電動機所需力矩等于滿載起升的穩定力矩。則電動機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—機構總效率。
2、計算S3、JC=40%基準工作制下所需的電動機功率：Pn≥K PN
式中：K——作業頻繁系數，與機構工作級別對 應，見表1；
Pn——S3、JC=40%下電動機額定功率。
3、電動機在不同工作制下功率值的折算
將S1工作制下的電動機功率值折算到S3 JC =40%或S3 JC =60%下的電動機功率值可 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，其折算系數略有不同，若需知道準確折算值，需向制造商索取 。
對于雙繩抓斗的提升機構和開閉機構，一般采用兩套相同的驅動機構。在抓斗閉合完畢后起升瞬間，全部載荷有閉合電機承受。支持電動機由于卸載而轉速升高，最后趕上閉合電動機并一起承受。因此兩臺同樣大小的電動機的單機額定功率需要大于所需功率的一半，閉合電動機有短時間過載能力。規范規定，每一機構電動機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、運行機構電動機容量選擇
在運行機構中，運行阻力引起的滿載穩定運行靜阻力矩比電動機的額定力矩小很多。啟動時必須克服移動質量和旋轉質量所引起的慣性載荷，所需的加速力矩較大。運行機構的啟動時間比起升機構啟動時間要長，通常為3-8S。電動的運行屬于包括啟動的斷續周期工作制S4.
運行機構電動機容量選擇，除了考慮穩定運行靜功率外，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，加速功率對電動機的選擇具有極大影響。
1、計算穩態運行功率： PN=Pj×Vy/1000/η/m
2、計算S3 JC=40%基準工作制下所需的電動機的 功率值：Pn≥K PN
式中：K——綜合運行速度所體現的作業頻繁 程度和慣性功率對發熱影響的綜合因素系數，見表2。
運行機構穩態運行功率（靜阻功率）與總質 量（M）、速度、摩擦系數等有關，慣性功率與 總質量、速度、加速度（加速時間）有關，通常 速度取值也是基于作業頻繁程度（工作級別）， 那么可以通過給穩態運行功率乘以大于1的綜合因素系數K，以體現慣性功率與作業頻繁率對電動機發熱的影響，該系數也是經過了實踐驗證的。
三、電動機的過載校驗
規范規定;”電動機的最大力矩或堵轉力矩應保證機構啟動的需要。”這就說明，電動的額定力矩應大于一定的數值，才能保證在任何情況下機構均能啟動。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。即所選電動機的額定功率應大于一定的數值，這個數值因機構而異，各機構因負載情況的不同而不同。這里介紹起升機構和運行機構的校驗計算。
1、 起升機構電動機的過載校驗
（1）普通電動機的過載校驗
式中：
Pn—基準接電持續率時，電動機額定功率（KW）
H—A系數：按電壓損失（交流電機為15%，直流電機不考慮）、最大轉矩或堵轉轉矩有允差（繞線轉子異步電動機為10%，籠型異步電動機為15%，直流電機不考慮）、起升1.25倍額定載荷條件確定繞線轉子異步電動機為2.1；籠型異步電動機為2.2，直流電機為1.4.
m—電動機個數。
Λm—基準接電持續率時，電動機轉矩允許過載倍數。
PQ—起升載荷（N）；雙繩抓斗電動機過載校驗時，應考慮負載不均勻程度。
Vq—起升速度（m/s）
η—A機構總效率。
（2）變頻電動機的過載校驗
當機構設計完成電動機初選后，電氣設計應對電動機進行過載和發熱校驗。電動機過載校驗的準則是：所選電動機的最大加速（起動）轉矩應不小于機構加速所需的最小加速轉矩。當機構有部分（單個或單組）電動機運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的最小加速轉矩值。當采用變頻閉環矢量（或DTC）控制時，基速內可實現恒轉矩控制。系統可做到以最大恒定轉矩加速，而調壓調速或其它針對繞線電動機的控制系統，其加速過程是延鋸齒特性線進行的，所以過載校驗時，要注意鋸齒線根部對加速最大負載時的影響關系。
為了保證電動機的安全運行，電動機的最大運行（起動）轉矩與顛覆轉矩之間應保留30%的安全距離，即：
Mmax/ λm/Mn≤1/1.3或Mmax≤0.8λm Mn
對于變頻閉環矢量（或DTC）控制的電動機，可以不考慮電壓波動對電動機最大起動轉矩的影響。
對于工作級別（M）較低的機構，由于初選時的系數K取值較小，所以要更加注意做好過載校驗
在電動機初選時（見6.1.1.1.3.2）對變頻電動機n=0時的最小起動轉矩的要求是：
Mdmin≥1.4MN……………………………（86）
但在實際應用中考慮到110%動載試驗和125%靜載試驗對起動轉矩的要求，通常情況下，選擇Md=1.7MN，對于公式：
Pn≥H/m/λm×PQ×Vq/1000/η…..（87）
變頻電動機取H=2.2，其取值依據如下：
當所選電動機額定功率Pn=PN時，H的物理意義是：只要所選電動機的最大轉矩倍數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轉矩倍數的最小要求值。因為，所選電動機的λm=2.2時，考慮最大運行轉矩與顛覆轉矩間留30%的安全距離，該電動機能夠輸出最大起動轉矩為：
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，所選電動機額定功率值與其最大轉矩過載倍數是可以相互轉化的。
2、 運行機構電動機的過載校驗
軌道式運行機構電動機過載校驗中變頻調速電動機λAS的確定，在GB/T 3811-1983《起重機設計規范》中，運行機構電動機過載校驗引入λAS概念，不同種類的電動機具有不同的λAS值，那么它的基礎是認定不同種類的電動機一定可以產生λAS的平均加速轉矩，而沒有給出電動機的λm至少應是多大。比如：繞線電動機的λAS取1.7，實際上是認為繞線電動機的最大起動轉矩約為2.2Med時，平均加速轉矩可達1.7Med，這樣電動機的λm應不小于2.5；對于變頻調速電動機，通常情況下能達到1.7Med倍的加速轉矩，這樣變頻電機的最大過載倍數λm應不小于1.7/0.8=2.2，式中0.8含義同上。
電動機的過載校驗公式：
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慣之和除以電動機所能提供的平均加速轉矩λAS，所選電動機功率值不小于該值，則過載校驗通過。進行運行機構過載校驗時，慣性功率的大小與設計所要求的加速時間有關，所以應合理選擇加速時間，以選取合理的電動機功率。
四、校驗和初選案例
1、起升電機初選舉例
例1：某起升機構額定起重量100 t、吊具重5 t、額定起升速度6m/min、電動機額定轉速730r/min、變頻調速方式、供電電壓380VAC、機構工作級別M7、機構總效率η=0.87、環境溫度40℃、海拔低于1000m。
1）穩態計算功率:
PN=PQ×Vq/1000/η=(100+5)×6/6.12/0.87=118.3kw
2）電動機基準工作制下的功率值：
1.2×118.3=142kw（S3 JC=40%）
3）電動機初選：
根據用戶要求采用西門子變頻電動機,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、運行機構電動機初選舉例
例1：橋式起重機小車運行機構自重200t、額定起重量550t、額定運行速度30m/min、機構工作級別M6、m=4臺、總效率η=0.9、電動機額定轉速975r/min、Kh=1、Kt=1。
1）計算穩態運行功率（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：
4臺，型號：YZP200L-6 22 kw S3 JC=40%
3、起升機構電動機過載校驗舉例
例1：對起升機構電動機初選中的例1進行過載校驗。
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：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Pn=132kw ≥ 90kw 過載校驗通過。
五、電動機的發熱校驗
對于YZR電動機仍可采用JC、CZ和G值進行發熱校驗。但對于變頻電機和繞線電機均可依據機構工作級別所對應的等效接電持續率作為發熱校驗的依據。只要電機在機構相應等效接電持續率下的功率值大于機構的計算功率，則發熱校驗通過。
1、起升機構電動機發熱校驗
起升機構計算功率即為穩態運行功率（靜功率）：
PN=PQVq/1000/η…………………………（89）
所選電動機在相應接電持續率下的功率值不小于計 算功率即Pn≥PN，則發熱校驗通過。
由于起升機構要求進行110%動負荷和125%靜負荷試驗，在此，給出工作級別與接電持續率的對應取值關系，見表3，以供參考。
1、軌道式運行機構電動機發熱校驗
運行機構電動機初選時是根據運行速度大小給穩態運行功率（阻性功率）乘以一個大于1的系數得出，且系數為離散值，為了更好更方便地對運行機構進行發熱校驗，經計算對比，當采用公式（90）計算時，所選電動機功率值相對合適。本方法作為校驗方法，可在設計過程中進一步比照對比。
運行機構計算功率為：
PS=P阻+0.5P慣 --------------------------（90）
式中：PS-------計算功率
P阻------阻性功率即穩態運行功率PN
P慣------慣性功率即本標準公式（S.10)
PS=1/m×{[P∑(ω+ma)+PWⅠ]×Vy/1000/η +∑Jn2/182400/tq}中的第二項
只要電機在機構相應接電持續率下的功率值Pn≥PS，則發熱校驗通過。
該方式使離散系數成為連續，使電動機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，所以應參照電動機初選中所給出的速度與加速時間關系表選擇加速時間，以計算合理的慣性功率。
參考文獻
1、起重機設計規范
2、起重機電氣技術手冊
3、上海電動機選型樣本
4、起重機機械設計手冊
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