变频调速电机选择

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一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，我们首先也是主要考虑

2、变频矢量（或直接转矩）控制方式下，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，在变频控制下，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，意味着降低电动机的过载倍数。在我们应用的情况

3、下，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2.53.2的最大转矩倍数，但在变频控制下，选择的变频器限制其过载倍数为1.52.0（这样的过载倍数虽然比常规控制2.53.2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1.52.0,机械负载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配的情况下，会造成变频器的过载。因此，

4、我们可以将应用情况S5工作制下要求的功率按S1工作制的输出功率来选择。在以下考虑中，电动机的功率、转矩等均认为是S1工作制时的数值。二电动机的初选起升负载所需额定功率记为Pln，（Pln=16120n电动机的额定功率记为Pmn，初选的关系为fn=qPLN，q为根据起升机构特点（由机型决定）所决定的系数，在变频控制下，一般希望q$1,即PMN2PLNo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多指力矩超过额定值），对于YZR或YZ电动机，过去有时使”1,即PmnPln。在变频控制时，如果变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

5、，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1.21.5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PmnPln。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：“旋转速度”“额定速度”“旋转速度”“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

6、。对于第一种情况，电动机和变频器的容量满足要求，恒转矩调速比增大，但恒功率调速比减小。这种情况一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，但恒功率调速比增大。这种情况需要增大电动机和变频器的容量。增大后，电动机的额定功率为n额定速度nPmn_q.ln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述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。GB3811-83对起升机构电动机的过载校验有公式Pn$亠-A2Lm

7、xM1000n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二2.2o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，电动机的额定转矩（也是额定功率）必需有一个修正系数。由上可知该系数为1.25/0.7225X0.85=2.035。而H=2.2,我们可得一个系数2.2/2.035=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

8、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下面最小条件:对鼠笼电动机MMmin/MLmax=1.6式中M%.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，这一因素应与上面同样考虑，既压降-15%,使转矩系数为（1-15%）2二0.7225。这一因素使电动机转矩需要一个1/0.7225=1.384的修正系数。我们同样可以得到另一系数1.6/1.384=1.156。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

9、有接近0.156的加速转矩。值得注意：MLmax如何理解。比如起重量为10吨，Ml祁是对应10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GB3811-83要求的要宽松，我们可以按GB3811-83执行。如果理解为对应10X1.25吨的转矩，那么可以起升10X1.25吨的转矩，也就是说FEM比GB3811-83要求的要严格。这里按后者理解：为负载额定转矩，MLmax=1.25Mlno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）转矩时有0.08T0.1

10、56的加速转矩。这一实质同样适用于变频电动机的选择。在变频控制下，电网电压和转矩允差对电动机固有最大转矩有影响，它使最大转矩倍数2.53.2相应下降（2.53.2）X0.852=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0.08C0.156的加速转矩就满

11、足了过载校验。电动机最小转矩，即堵转转矩记为MMmin,MMmin二入曲仙（Mmn为电动机额定转矩，X为堵转转矩倍数）负载的最大转矩记为MLmaxMLmax=1.25Mln（Mln为负载额定转矩）在0.08T0.156中，我们取平均值0.12作为加速转矩倍数和保险系数，则MMmin$1.12,MLmax1.41.4L!卩“州三Mln,Pmn三PlnX入如果希望在空中起升试验载荷（1.25Mln,实际试验时，很可能大于1.25MLX）,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，

12、把该因素一并考虑在静阻转矩倍数中，我们估且认为该倍数为1.15,这时需要MMmin1.12X1.15=1.288MLmax即M161册P1.61pMMN二Ml、，rMNrlnXXYTSP电动机样本给出入=1.25,注意，这是实验数据，是变频器V/F开环控制下3Hz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1.5,即入=1.5,如此，Pmn21Pln-0.93Pl$VPln;Mmn$0.93Mln1.5161PMN2-Pln二1.07PLNPLX；Mmn1.07Mln1.5一般希望PMN2Pln，因此取Pmn$107Plno另外，述需校验电动机下降的制动转矩。电动机最小制动转矩为1

13、.5Mmn,而下降额定负载时的转矩为MLNQ2,取口二0.9,当Mnn二107Mln时，电动机最小制动转矩额定负载的下降转矩1.5Mmn0.92Mln0.92电动机最小制动转矩实验负载的下降转矩1.5Mmn1.25X0.92Mlnk5Xk07=1.581.25X0.92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：在矢量（或直接转矩）控制卜,带鼓风机的电动机的额定功率股应选择为略人于1,07倍额定负载功率。四矢量控制下不带鼓风机的电动机选择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,那么功率增加的倍数为1/0.6=1.67o7.5kW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1.07倍的额定负载功率，即令Pnn二qP