起重机用电动机

第一章一般技术要求和主要特点
一、概述
起重机目前正在使用的电动机基本系列有以下几种：
●YZR系列起重及冶金用绕线转子三相异步电动机；
●YZ系列起重及冶金用三相异步电动机；
●YZR3系列起重及冶金用绕线转子三相异步电动机；
●YZP系列起重及冶金用变频调速三相异步电动机；
●ZD1、ZDM1、ZDY1、ZDS1系列电动葫芦用锥形转子制动三相异步电动机以及一些国外
公司电动葫芦电动机；
●YZD系列起重用多速三相异步电动机；
●ZZJ-800系列轧机辅助传动直流电动机；
●JJZ0、ZZJ2系列起重冶金用直流电动机
交流电动机结构简单，造价低，可靠性高，使用维修方便，在起重机电力拖动装置中用的最广泛，占电动机总数的90%以上。

变频调速技术的调速特性接近于直流调速系统，具有直流的弱磁功能，无级调速和调速范围宽等优良性能，造价较低廉，易于维护等特点，在很多场合都用交流变频调速取代直流调速，是目前起重机中最为广泛使用的驱动装置。

相同功率的绕线转子电动机比笼型电动机贵30%左右。

一些桥式起重机为使起升机构得到稳定的低速运转，常选用涡流制动器调速。

二、一般技术要求
1、电动机工作制与定额
相关标准：GB 755-2008《旋转电机定额和性能》
工作制分类：S1~S10
●连续工作制定额
标志：”const“或”S1”
●短时工作制定额
标志：”S2 60min“
电机在实际冷态下启动，并在规定时限内运行。

该时限应为下列数值之一：10min，30min，60min，90min。

●等效负载定额
●周期工作制定额（S3~S8）
GB 755-2008规定：每一工作周期的时间为10min
负载持续率应为下列数值之一：15%，25%，40%，60%
●非周期工作制定额
●离散恒定负载和转速定额
3、换向火花等级
（针对直流电机，5个等级）
分别为：1, 1 1/4，1 1/2，2，3。

4、绕组绝缘电阻
规定电动机绕组的绝缘电阻，在热态时应不低于下式所求得的数值。

⁄)]
R1=U1/[1000+(P100
⁄)]
R2=2.5U2/[1000+(P100
R1为定子绕组绝缘电阻（MΩ）
U1为定子额定电压（V）
R2为转子绕组绝缘电阻（MΩ）
U2为转子开路电压（V）
P电动机的额定功率（kW）
5、耐电压试验
标准规定：电动机绕组对机壳的绝缘电阻和电动机绕组之间的绝缘，应满足试验电压为（2U N+1000）V，但不低于1500V的耐电压试验。

三、主要特点
起重用电动机在工作中，一般都有很大的过载和经常的起动、制动及逆转，并且通常都在温度高、粉尘多、有振动和冲击的条件下运行，因此电动机的零部件要有较高的机械强度和可靠性。

电动机的结构形式是封闭式，因此，从技术和经济上考虑，合理地选择绝缘材料的耐热等级（如H），可以提高电动机的耐热性，以符合冶金环境的要求。

为减少过度过程中的能力损耗，转子（电枢）的飞轮转矩应尽可能小，电动机的额定转速相对来说也不能过高。

起重用交流电动机的极数一般为6,8,10极。

近年来，随着高速化发展，YZR3系列电动机增加了4极电动机。

为保证电动机有较高的过载能力，电动机的磁通密度设计较高。

起重用交流电动机的最大转矩与额定转矩的比值，较普通交流电动机要求高，具体值将在各产品中详述。

允许的最高工作转速与额定转速之比，对直流电动机是3.5~4.9，对交流电动机是2.5。

因此，额定转速较低的起重用电动机的重要零部件，如集电环、转子（电枢）绕组的端部、槽楔、轴承等部件，要有较高的机械强度和使用寿命。

起重用交流电动机取S3 40%为基准工作制，直流电动机则经常取S2 60min为基准工作制（相当于S3 40%）。

因此，直流电动机的最大转矩和过载时的整流换向性能等重要参数都在S2 60min工作制时进行考核，如果直流电动机基准工作制时的过载特性得到保证，在S3 40%断续工作制中的最大转矩还可以提高。

四、电动机温升
1、S1连续工作制电动机的温升
电动机起动后，在恒定负载下运行，电动机的工作时间t e应大于或等于3倍发热时间常数T L，电动机的温度θe达到电动机的最高稳定温度θmax时，与环境空气温度之差值。

电动机的温升应小于或等于该电动机标准规定的允许温升或绝缘允许温升。

2、S2短时工作制电动机的温升
短时工作制电动机的工作时间Δtp必须小于3T L，电动机断能停机时的最高温度与环境温度之差为温升。

短时工作制电动机必须在其温度为环境空气温度时起动，起动时间要比工作时间Δtp短很多，并且规定了最长的允许工作时间（如60min）。

工作时间推荐值为10min、30min、60min、90min。

3、S3工作制电动机的温升
电动机按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段断能停机时间。

在这种工作制中因起动时间远比负载运行时间短的多，每小时只有6次起动，起动电流对电动机的温升没有显著影响。

4、S4、S5工作制电动机的温升
在这种工作制下，除了考虑由于起动和任何电气制动下的温升外，其他与S3
五、电动机的温升测定
1、温度测量方法
●电阻法
●埋置检温计（ETD）法
●温度计法
●叠加法（双桥带电测温法）
2、绕组温升测量
3、换向器、集电环及轴承温度的测量
六、电动机的标准化
●尺寸及公差
●轴伸、键、键槽的尺寸及轴伸的最大允许转矩
●输出功率等级
一般按照第一数系选择电动机的额定功率等级，特殊情况下按第二数系或把第二数系的值作为第一数系的中间值采用。

第一数系（kW）：
0.06，0.09，0.12，0.18，0.25，0.37，0.55，0.75，1.1，1.5，2.2，3.7，5.5，7.5，11，
15，18.5，22，30，37，45，55，75，90，110，132，150，160，185，200，220，250，280，300，315，335，355，375，400，425，450，475，500，530，560，600，630，670，710，750，800，850，900，950，1000
第二数系（kW）：
1.8，3，4，6.3，10，13，17，20，25，32，40，50，63，80，100，125
●电动机轴中心线高度
●电动机轴伸型式尺寸
●电动机转速
直流电动机的额定转速（r/min）：
25、50、75、100、125、150、200、300、400、500、600、750、1000、1500、2000、
2200、3000、4000或更高
异步电动机的同步转速（r/min）：
取决于所施加电压的频率，以及电动机的极对数，当频率为50Hz时，其同步转速为187.5、
250、300、375、500、600、750、1000、1500、3000。

●电动机冷却方法
●电动机外壳防护等级
●电动机结构、安装型式及代号
●电动机参数对额定值的容差
电动机运行期间：
➢电源电压（频率为额定）与额定值的偏差不超过±5%时，输出功率仍能维持额定值。

➢但绕组的温升允许较规定的值提高10K，当频率（电压为额定）与额定值的偏差不超过±1%时，输出功率仍能维持额定值。

➢当电压和频率同时发生偏差时（两者偏差分别不超过±5%和±1%），若两者偏差都是正值，两者之和不超过6%；或者两者偏差都是负值或分别为正负值，两者绝对值
之和不超过5%时，电动机输出功率仍能维持额定值。

此时电动机绕组的温升允许
比规定的值提高10K。

第二章YZR、YZ系列起重及冶金用三相异步电动机
一、概述
YZR、YZ系列电动机，是用于驱动冶金辅助设备和各种型式的起重机械及其他类似设备的专用产品，具有较大的过载能力和较高的机械强度。

特别适用于那些短时或断续运行，频繁地起动、制动、有时过负荷及有显著振动与冲击的设备。

工作制：S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8，S9等8种类型，基准工作制为S3 40%。

基准工作制时的功率范围为1.5~200kW，同步转速分为1000r/min，750r/min和600r/min3种。

绕线转子电动机：中心高为H112~H400，共11个机座号32个规格
笼型电动机两种：中心高为H112~H250，共7个机座号11个规格
二、功率范围、电压及频率
YZR、YZ系列额定电压：380V，额定频率为50Hz。

也可制成额定频率为60Hz的产品，额定电压分别为380V和440V两种。

三、技术数据、铁芯及绕组数据
技术数据：
YZR系列（绕线式）：
●S2、S3工作制时的技术数据包括：
额定功率，定子电流，转子电流，转速
●S4、S5工作制时的技术数据包括：
额定功率，定子电流，转子电流，转速，转子开路电压，转动惯量，质量
YZ系列（笼型）：
●S2工作制时的技术数据包括：
额定功率，定子电流，转速
●S3工作制时的技术数据包括：
额定功率，定子电流，转速，最大转矩/额定转矩，堵转转矩/额定转矩，堵转电流/额定电流，效率，功率因数，转动惯量，质量
铁芯及绕组数据：
定子外径，定子内径，转子内径，铁芯长，气隙长，压装系数，定子槽型
第三章YZR3系列起重及冶金用三相异步电动机
YZR3系列是在YZR/YZ系列电动机基础上更新设计的，目标是达到西门子公司的1LT8、1LT9的水平。

一、基本性能
分为一般环境用（最高环境空气温度40°C）和冶金环境用（最高环境空气温度60°C），外壳防护等级IP54，接线盒IP55。

第四章YZR、YZ电动机派生系列产品
一、涡流制动器
1、涡流制动器的原理
涡流制动器是起重机中绕线转子三相异步电动机调速的辅助装置，是为发展调速起重机而专门设计的新产品。

涡流制动器与控制装置所组成的调速系统可靠性高，维护简单，是起重机可选的调速方式。

涡流制动器的额定转速为100r/min，它与6,8,10极的YZR及YZR3系列电动机相匹配，如匹配正确，电动机的转速可调至100r/min及以下，因此，涡流制动器的调速范围可达到电动机同步转速的1/5~1/10。

如果采用自动闭环调速控制系统，可得到预先设定的低转速运转工作状态。

2、工作原理
涡流制动器是由电动机拖动旋转而产生制动力矩，并使该电动机转速降低的电气产品。

涡流制动器的工作原理即制动力矩动作原理，当励磁绕组通过直流电流后，在磁极中产生磁通，磁通经过气隙、电枢和机座而构成闭合回路。

由于电枢被电动机拖动而旋转（转速为n）在电枢内感应产生了电流，电枢为实心钢转子，电枢中的电流即为涡流。

该涡流与定子磁场产生电磁力，但此电磁力的方向与电枢旋转的方向相反，因此起到制动力的作用。

此制动力与电枢半径之积就是制动力矩。

3、WZ系列涡流制动器
4、YZRW系列起重及冶金用涡流制动绕线转子三相异步电动机
二、YZRG、YZRF系列起重及冶金用强迫通风型绕线转子三相异步电动机
强迫通风型电动机，主要是为满足负载持续率较高，起动特别频繁的设备配套需要，是YZR 电动机的结构派生系列。

YZRG管道通风型电动机
YZRF自带扇风机型电动机
三、YZR-Z系列起重专用绕线转子三相异步电动机
除最大转矩之外，其余全部性能都与YZR电动机相同。

在设计时，调整部分电磁设计，在不增加任何消耗材料和保证电动机结构不变的情况下，将最大转矩提高。

最大转矩在S3 25%工作制时，与YZR电动机在S3 40%工作制时相同。

四、YZD系列起重用多速三相异步电动机
五、YZTD系列塔式起重机用多速三相异步电动机
六、YG系列辊道用三相异步电动机
七、YZRS系列起重及冶金用绕线转子双速三相异步电动机
八、起重机用隔爆型电动机
第五章交流变频电动机
一、概述
1、变频电动机的特点及主要技术要求
随着大功率半导体器件、计算机技术的发展和应用，使交流变频调速技术得到迅速发展；鼠笼型异步电动机本身具有结构简单、效率高、维修方便及可适用于恶劣环境等优点，使交流变频调速系统得到了广泛的应用。

此时，电动机不再是恒频恒压的正弦波电源供电，而是由变频变压的逆变器来供电。

随着电源、控制方式及电动机工作方式的改变，变频电动机的选择和设计都有相应的改变。

逆变器按工作原理可分为电压源型逆变器和电流源型逆变器。

另外，各种电动机在实现调速时都必须采取一些必要的措施，来盖珊珊电动机在调速过程中的机械特性和调速特性，变频器的控制方式，就是在变频调速的情况下，改善异步电动机特性的方式。

（1）变频器的主要几种控制方式
●U/f控制方式：
通过调整变频器输出侧的电压频率比U/f（t）的方法，来改变电动机在调速过程中机械特性的控制方式
●矢量控制方式
一种模拟直流电动机调速特点的控制方式
●直接转矩控制方式
可以通过直接控制转矩的大小来调速
（2）变频电动机的选择和设计需要考虑的问题
●逆变器非正弦供电产生谐波的影响
➢使电动机定子电流增加，空载时尤为突出，从而使电动机的功率因数有所降低；
➢产生附加损耗，使电动机的效率有所降低；
➢电动机总损耗的增大，使电动机的温升增加；
➢产生的谐波转矩在某些情况下可能引起电动机振动，特别是在低频时，可能使电动机无法正常运行
➢受磁动势谐波的影响，电动机的电磁噪声增大；
➢由于谐波存在，磁路不平衡及静电感应等原因而易于产生高频轴电流，它的存在会引起轴承表面点蚀，导致轴承损坏；
➢逆变器输出的电压波形含有换流浪涌脉冲电压，电动机绕组绝缘上可能出现较高的电压应力，引起绝缘（特别是匝间）的损坏，因此，由逆变器供电的电机，适当加
强绝缘以防止绝缘的损坏；
●变频电动机变速运行带来的问题
➢采用自扇冷的电动机，当电动机转速降低时，冷却能力随之下降，因而对于低速运行时的电动机散热问题必须予以充分考虑，此外，对于采用滑动轴承的电动机低速
运行时，还可能影响正常润滑油膜的形成，造成轴承润滑困难；
➢通用的电动机，机械共振频率一般远离电动机的额定转速；变频调速运行的电动机，如果设计不当，其共振点可能落在电动机的调速范围之内，会有共振的危险；
➢变频电动机在不同的转速下运行，电动机的运行工况不同，因而，额定值和最佳工作点的选取是个十分复杂的问题，设计时应使电动机的负载特性尽可能地实现整个
运行区间的最佳覆盖。

2、变频电动机的选型
变频电动机选型需要考虑：
（1）根据不同的变频电源，变频电机的选型不同
变频电源（交直交变频）可分为电流源型和电压源型。

电压源型交直交变频器在直流侧并联大电容以缓冲无功功率，从直流输出端看，电源具有低阻抗，其输出电压波形接近于矩形波，属于电压强制方式。

电流源型交直交变频器是在直流回路中串以大电感以吸收无功功率，故直流电源呈高阻抗，输出电流接近矩形波，属于电流强制方式。

交流电通过整流器变为直流电，再用逆变器将直流电变为可变的交流电供给异步电动机，这种变换方式又可以分为以下两种：
1）电压源型变频调速：
整流输出经电感电容滤波，具有恒压源特性，变频器对三相交流异步电动机提供可调的电压与频率成比例的交流电源。

这种方法若不设置与整流器反向并联的再生逆变器，则不能实现再生制动。

电压型变频器一般在不要求快速调节及多台电动机协调运行等场合使用。

2）电流源型变频调速：
整流输出靠直流电抗器滤波，具有恒流源特性，供给异步电动机方波电流。

这种方式电能返回电源，适用于要求快速调速的场合，在轧机、风机、泵类等方面广泛采用。

3）直接变换方式（交交变频器）：
利用晶闸管的开关作用，从交流电源控制输出不同频率的交流电供给异步电动机进行调速的一种方法。

其最高频率仅为电源频率的1/3~1/2，不能高速运转是其缺点。

但由于直接交换频率高，输出波形得到改善，直接变频器调速已在中低速领域内，作为驱动中、大容量异步电动机的调速方法而被广泛采用。

大多数起重机使用电压源型变频（交直交变频）调速器。

变频电动机的选型只考虑适合这类变频器。

（2）根据不同的控制方式，对变频电动机的要求不同来选型。