變頻調(diào)速電機(jī)選擇

1、變頻調(diào)速起升電動(dòng)機(jī)選擇的考慮我們的根本目的是使選擇的電動(dòng)機(jī)既能滿足設(shè)計(jì)要求（根據(jù) 工況確定）需要，又不造成浪費(fèi)。這就是要求我們選擇i臺(tái)盡可 能小的電動(dòng)機(jī)，使其在設(shè)計(jì)極限要求情況下，最小轉(zhuǎn)矩能保證起 制動(dòng)負(fù)載，在設(shè)計(jì)要求情況下，其轉(zhuǎn)矩能夠保證加速、減速和制 動(dòng)的需要，其溫升不超過允許值。由于理論上精確的公式也是建立在一些假設(shè)的基礎(chǔ)上，電動(dòng) 機(jī)樣本數(shù)據(jù)也與實(shí)際情況有出入，實(shí)際工況的負(fù)載特性很難甚至 無法給出真正的曲線，不同變頻器的控制性能也有所不同，因此 在我們的工程計(jì)算中，不必按公式做精確的定量分析，而是根據(jù) 已有的經(jīng)驗(yàn)，利用一般應(yīng)用理論做定性和定量分析。這是“考慮” 的總體指導(dǎo)思想。在此，我們

2、首先也是主要考慮變頻矢量（或直接轉(zhuǎn)矩）控制 方式卜，帶有鼓風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的選擇。一 電動(dòng)機(jī)工作制S1和S5時(shí)的輸出功率我們選擇的電動(dòng)機(jī)是變頻電動(dòng)機(jī)，它的功率是以S1工作制標(biāo) 定的。應(yīng)用在起升機(jī)構(gòu)的該電動(dòng)機(jī)，在變頻控制F,影響其發(fā)熱（輸 出功率）的負(fù)載特性接近S5工作制。對(duì)于不同機(jī)型，S5工作制的每小時(shí)起動(dòng)次數(shù)及接電持續(xù)率是 不同的，也是較難確定的。但我們可以知道S5工作制的每小時(shí)起動(dòng)次數(shù)為300次，負(fù)載 持續(xù)率40%和60%時(shí)的輸出功率與S1工作時(shí)的輸出功率是相當(dāng)?shù)?。而我們的使用情況，達(dá)不到這樣的起動(dòng)次數(shù)，這就意味著，從發(fā)熱的角度講，我們可以提高S1工作制時(shí)的輸出功率。提高功率，意味著降低電動(dòng)機(jī)

3、的過載倍數(shù)。在我們應(yīng)用的悄 況卜，電動(dòng)機(jī)的過載能力主要是滿足頻繁起制動(dòng)的需要，過載倍 數(shù)應(yīng)有一個(gè)較高值，但在變頻控制下，也不必過高。盡管電動(dòng)機(jī) 本身具備253.2的最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，但在變頻控制K,選擇的變 頻器限制其過載倍數(shù)為1520（這樣的過載倍數(shù)雖然比常規(guī)控制 253.2的過載倍數(shù)小，但是變頻控制時(shí)，其起制動(dòng)基本上按恒定 的過載倍數(shù)來加減速，即平均起制動(dòng)轉(zhuǎn)矩接近過載倍數(shù)152.0, 機(jī)械負(fù)戟的變化速率能夠得到滿足）。如果在電動(dòng)機(jī)實(shí)際過載能力為1.52.0的情況下，提高S1工 作制時(shí)的輸出功率，即降低電動(dòng)機(jī)的過載倍數(shù)，就不能很好的滿 足機(jī)械負(fù)載速率變化的要求。而且在變頻器容量與電動(dòng)機(jī)功率相 匹

4、配的情況下，會(huì)造成變頻器的過載。因此，我們可以將應(yīng)用情況S5工作制下要求的功率按S1工 作制的輸出功率來選擇。在以下考慮中，電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩等均認(rèn)為是S1工作制吋 的數(shù)值。二電動(dòng)機(jī)的初選起升負(fù)載所需額定功率記為Pln，（Pln = Q1）6120 n電動(dòng)機(jī)的額定功率記為Fn，初選的關(guān)系為pmn = qPLn，q為根拯起升機(jī)構(gòu)特點(diǎn)（由機(jī)型決定）所決定的系數(shù)，在變 頻控制下，一般希望q$1,即Pmn $ Pln。由于起升機(jī)構(gòu)特點(diǎn)的不同，為了充分利用電動(dòng)機(jī)的過載能力 （在這里電動(dòng)機(jī)的過載在概念上參指力矩超過額沱值），對(duì)于YZR 或YZ電動(dòng)機(jī)，過去有時(shí)使q1,即Pmn Pln。在變頻控制時(shí)，如 果變

5、頻器的容量與電動(dòng)機(jī)的功率匹配（規(guī)格配套），在q1,機(jī)械 功率需要Pln時(shí)，則電動(dòng)機(jī)過載，電動(dòng)機(jī)過載意味變頻器過載（在 這里變頻器過載是指電流超過額定值），而變頻器的過載時(shí)間較 短，對(duì)于1.2J.5倍的過載每10分鐘允許1分鐘，在這種情況下， 一般來說，變頻器不能承受。如果變頻器的容量是按機(jī)械功率Pln 來匹配的，那么根據(jù)起升機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，允許有q1的時(shí)候，即選擇 Pmn Pln。另外，應(yīng)注意以下的情況。有時(shí)機(jī)械設(shè)計(jì)為了利用已有機(jī)械傳動(dòng)鏈，使對(duì)應(yīng)于額定負(fù)載 額定線速度的減速器高速軸的旋轉(zhuǎn)速度與電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（對(duì) 應(yīng)50Hz）不一致。有兩種情況：1 “旋轉(zhuǎn)速度” > “額定速度”2 “旋轉(zhuǎn)速度

6、” < “額定速度”我們知道電動(dòng)機(jī)的額定功率PMN是電源為額定電壓額定頻率 （50Hz）,轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速時(shí)的輸出功率。對(duì)于第種情況，電動(dòng)機(jī)和變頻器的容量滿足要求，恒轉(zhuǎn)矩 調(diào)速比增人，但怛功率調(diào)速比減小。這種情況-般不需改變電動(dòng) 機(jī)和變頻器的容量。對(duì)于第二種情況，電動(dòng)機(jī)和變頻器都將過載運(yùn)行，恒轉(zhuǎn)矩調(diào) 速比減小，但恒功率調(diào)速比增人。這種情況需要增人電動(dòng)機(jī)和變 頻器的容量。增人后，電動(dòng)機(jī)的額定功率為n 額定速度nPmN =q- LN o旋轉(zhuǎn)速度電動(dòng)機(jī)和變頻器的容量增大后，并沒有改變調(diào)速比的性能。三電動(dòng)機(jī)最小轉(zhuǎn)矩和過載能力的校驗(yàn)現(xiàn)在還沒有任何標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范對(duì)變頻電動(dòng)機(jī)的選擇和校驗(yàn)做出 規(guī)定，但對(duì)電網(wǎng)

7、供電下的鼠籠電動(dòng)機(jī)有相應(yīng)的規(guī)定，我們可以通 過這種“規(guī)定”去掌握它的實(shí)質(zhì)。GB381 1-83對(duì)起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的過載校驗(yàn)有公式m X M 1000 q式中各符號(hào)的定義見規(guī)范第129頁。對(duì)鼠籠電動(dòng)機(jī)，考慮電網(wǎng)電壓降-15%,轉(zhuǎn)矩允差-15%,起升1.25倍額定負(fù)載，取H=2.2o我們來看這幾個(gè)因素對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的影響。壓降-15%,使轉(zhuǎn)矩系數(shù)為(1-15%) 2 =0. 7225,允差-15%,使轉(zhuǎn)矩系數(shù)為1-15% =0. 85,在轉(zhuǎn)矩有兩個(gè)減小因素下，又要滿足起升1.25倍額定載荷的 需要，電動(dòng)機(jī)的額泄轉(zhuǎn)矩(也是額定功率)必需有一個(gè)修正系數(shù)。 由上可知該系數(shù)為1. 25/0. 7225X0.

8、85=2. 035。而H=2. 2 ,我們可得一個(gè)系數(shù)2.2/2. 035二1.081。這個(gè)系數(shù)反映了電動(dòng)機(jī)在最不利情況下，需要一個(gè)至少0.081 的加速轉(zhuǎn)矩。我們?cè)賮砜碏EM的規(guī)定：為了能夠得到加速、起升試驗(yàn)載荷或電源電壓和頻率 變化的補(bǔ)償所需的轉(zhuǎn)矩,由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩必需滿足卜面 最小條件:對(duì)鼠籠電動(dòng)機(jī) MMmin /MLmax =1. 6式中M航i “是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間的最小轉(zhuǎn)矩,Ml祁是起升 負(fù)荷所需的最大額定轉(zhuǎn)矩。這里也有電源電壓因素，這一因素應(yīng)與上而同樣考慮，既壓 降-15%,使轉(zhuǎn)矩系數(shù)為 （1-15%） 2=0.7225。這一因素使電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)矩需要一個(gè)1/0. 7225 = 1.

9、384的修正系數(shù)。我們同樣可以得到 另一系數(shù)1. 6/1. 384=1. 1 56。這一系數(shù)包含了加速、起升試驗(yàn)負(fù)荷 或頻率變化對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的要求。它反應(yīng)了電源壓降為-15%時(shí)， 電動(dòng)機(jī)最小轉(zhuǎn)矩在起升最大額定轉(zhuǎn)矩時(shí)有接近0. 156的加速轉(zhuǎn)矩。 值得注意：Mgx如何理解。比如起重量為10噸，Mgx是對(duì)應(yīng)1° 噸的轉(zhuǎn)矩，還是對(duì)應(yīng)10X1. 25噸的轉(zhuǎn)矩。如果理解為對(duì)應(yīng)10噸的 轉(zhuǎn)矩，那么系數(shù)1. 156就不能起升10X1. 25噸，也就是說FEM比 GB381 1-83要求的要寬松，我們可以按GB381 1-83執(zhí)行。如果理解 為對(duì)應(yīng)10X1. 25噸的轉(zhuǎn)矩，那么可以起升1 0X1.

10、25噸的轉(zhuǎn)矩，也 就是說FEM比GB381 1-83要求的要嚴(yán)格。這里按后者理解：兀為 負(fù)載額定轉(zhuǎn)矩，M Lmax=1. 25Mln o綜上所述“規(guī)定”，我們可以掌握其實(shí)質(zhì)：在電動(dòng)機(jī)最不利的輸出轉(zhuǎn)矩下，使其驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)載荷（包括吊 鉤及鋼絲繩）轉(zhuǎn)矩吋有0. 08T0. 156的加速轉(zhuǎn)矩。這實(shí)質(zhì)同樣適用于變頻電動(dòng)機(jī)的選擇。在變頻控制卜-,電網(wǎng)電壓和轉(zhuǎn)矩允差對(duì)電動(dòng)機(jī)固有最人轉(zhuǎn)矩 有影響，它使最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)2.53.2相應(yīng)下降（2.53.2） X 0. 852 = 1.541.96 ,這一倍數(shù)范圍正是變頻器限制電動(dòng)機(jī)的過載倍數(shù)范 圍，因此它不影響電動(dòng)機(jī)的實(shí)際使用過載倍數(shù)。變頻控制下，電網(wǎng)壓降對(duì)電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)

11、矩沒有影響，因?yàn)槎?轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩是低頻低壓下的轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)矩允差可能影響堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，但其 影響結(jié)果已經(jīng)在電動(dòng)機(jī)樣本中（由實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定的數(shù)據(jù)）考慮進(jìn) 去了，因此電網(wǎng)壓降和轉(zhuǎn)矩允差也不影響電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩（最 小轉(zhuǎn)矩）。那么，我們只要電動(dòng)機(jī)的最小轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)有一個(gè)0.08T0. 156的加速轉(zhuǎn)矩就滿足了過載校驗(yàn)。電動(dòng)機(jī)最小轉(zhuǎn)矩，即堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩記為M Mmin ,M Mmin=X Mmn（Mmn為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，入為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)）負(fù)載的最大轉(zhuǎn)矩記為M LmaxM Lmax=1.25 M LN （M LN為負(fù)載額定轉(zhuǎn)矩）在0. 08C0. 156中，我們?nèi)∑骄?. 12作為加速轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和 保險(xiǎn)系數(shù)，則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試驗(yàn)載荷（1.25 M ,實(shí)際試驗(yàn)時(shí)， 很可能大于1.25 M Lx）,那么還應(yīng)考慮試驗(yàn)載荷的起始靜阻轉(zhuǎn)矩。 起始靜阻轉(zhuǎn)矩對(duì)額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩的倍數(shù)尚無實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，另外，我們 通常認(rèn)為機(jī)械效率為0.9,實(shí)際對(duì)具體的機(jī)械傳動(dòng)鏈，這個(gè)數(shù)值是 不準(zhǔn)確的，把該因素-并考慮在靜阻轉(zhuǎn)矩倍數(shù)中，我們估口認(rèn)為 該倍數(shù)為1.15,這吋需要M Mm i n>1.12X1.15=1.288M LmaxBPMmn $ "I mXPmN k61 P LXX6YTSP電動(dòng)機(jī)樣木給岀X =1 .

13、25,注意，這是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，是變#頻器V/F開壞控制下3出的數(shù)據(jù)。在矢量控制下，變頻器能夠保證 電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為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，還需校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)下降的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)最小制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為1.5 Mmn ,而下降額定負(fù)載吋的轉(zhuǎn)矩為 Mln 幾-取幾二0.9,當(dāng) Mmn=1. 07Mln 吋，電動(dòng)機(jī)最小制動(dòng)轉(zhuǎn)矩=1-5 Mmn_ 1.5X1.07 _1

14、.98額定負(fù)載的卜降轉(zhuǎn)矩0. 92 Mln0. 92電動(dòng)機(jī)最小制動(dòng)轉(zhuǎn)炬=1.5 Mmn_ 1.5X1.07 _:1.58實(shí)驗(yàn)負(fù)載的卜降轉(zhuǎn)矩1.25X0. 92 Min1.25X0. 92¥我們認(rèn)為這樣的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)滿足要求。綜上所述我們得出結(jié)論：在欠量（或直接轉(zhuǎn)矩）控制卜,帶 鼓風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的額丘功率-般應(yīng)選擇為略人于1.07借額圧負(fù)載 功率。YTSP和YP變頻電動(dòng)機(jī)，其功率在7. 5kW以上者一般均帶有（也要求帶有）鼓風(fēng)機(jī)，而7. 5kW以下電動(dòng)機(jī)很少應(yīng)用在起升機(jī)構(gòu)上，如有此情況，可用增加機(jī)座號(hào)的方法解決低頻發(fā)熱的問題。一般認(rèn)為在3Hz以下時(shí)，等效發(fā)熱情況下的轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為0. 6, 那么功率增加的倍數(shù)為1/0.6 = 1.67。7. 5kW以下各機(jī)座號(hào)的功率 倍數(shù)（等比值）約為本1.4,因此比照帶有鼓風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)增加- 個(gè)機(jī)座號(hào)，甚至增加兩個(gè)機(jī)座號(hào)，因?yàn)槠鋬r(jià)格和機(jī)械尺寸都不成 問題。五考慮的結(jié)果起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的功率定額可按變頻電動(dòng)機(jī)S1工作制標(biāo)定 的額定功率來選擇。起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的變頻控制，應(yīng)采用矢量或直接轉(zhuǎn)矩控制方式，無論是否帶測(cè)速傳感器。在這種控制下，帶鼓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的 額定功率一般應(yīng)選擇為略大于107倍的額定負(fù)載功率，即令Pm