变频调速电机选择

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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
额定速度
PMN =q.
PLN 。
在此,我们首先也是主要考虑变频矢量(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 S 1 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 S 5 工 作 制 的 每 小 时 起 动 次 数 为 3 0 0 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 。
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。
4
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=1.384 的 修 正 系 数 。我 们 同 样 可 以 得 到 另 一 系 数 1 . 6 / 1 . 3 8 4 = 1 . 1 5 6 。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 : MLmax 如 何 理 解 。 比 如 起 重 量 为 10 吨 , MLmax 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 G B 3 8 1 1 - 8 3 要 求 的 要 宽 松 ,我 们 可 以 按 G B 3 8 1 1 - 8 3 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 : MLN 为 负 载 额 定 转 矩 , M Lmax=1.25MLN 。
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 MMmin 是 电 动 机 起 动 期 间 的 最 小 转 矩 , MLmax 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
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 0.081~0.156 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 . 5 ~ 3 . 2 相 应 下 降( 2 . 5 ~ 3 . 2 )X 0 . 8 5 2 =1.54~1.96 , 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
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 , 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 = Qv
Fra Baidu bibliotek
) 6120η
电 动 机 的 额 定 功 率 记 为 PMN ,
初 选 的 关 系 为 PMN = 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 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
Pn ≥ H mλ M
. PQ Vq 1000η
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=2.2。 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 . 2 5 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 . 0 8 1 的加速转矩。 我 们 再 来 看 FEM 的 规 定 :
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
M Mmin ≥ 1.12X1.15=1.288
M Lmax

MMN ≥ 1.61 M LN
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个 0.081~0.156 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=λ MMN
( MMN 为 电 动 机 额 定 转 矩 , λ
为堵转转矩倍数)
负 载 的 最 大 转 矩 记 为 M Lmax M Lmax=1.25 M LN
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 q<1 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
( 在 这 里 电 动 机 的 过 载 在 概 念 上 多 指 力 矩 超 过 额 定 值 ), 对 于 Y Z R
或 YZ 电 动 机 , 过 去 有 时 使 q<1, 即 PMN < PLN 。 在 变 频 控 制 时 , 如
2
果 变 频 器 的 容 量 与 电 动 机 的 功 率 匹 配 ( 规 格 配 套 ), 在 q < 1 , 机 械
, PMN ≥ 1.61 P LN
λ
λ
YTSP 电 动 机 样 本 给 出 λ =1 .25, 注 意 , 这 是 实 验 数 据 , 是 变
2 . 5 ~ 3 . 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 1.5~2.0,
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 . 5 ~ 2 . 0 的 情 况 下 ,提 高 S 1 工
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 . 2 ~ 1 . 5 倍 的 过 载 每 1 0 分 钟 允 许 1 分 钟 ,在 这 种 情 况 下 ,
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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 2.5~3.2 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 . 5 ~ 2 . 0( 这 样 的 过 载 倍 数 虽 然 比 常 规 控 制
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”< “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 ( 5 0 H Z ), 转 速 为 额 定 转 速 时 的 输 出 功 率 。
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
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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
( M LN 为 负 载 额 定 转 矩 )
在 0 . 0 8 1 ~ 0 . 1 5 6 中 ,我 们 取 平 均 值 0 . 1 2 作 为 加 速 转 矩 倍 数 和 保险系数,则
M Mmin ≥ 1.12,
M Lmax
1.4
1.4

MMN ≥
MLN
, PMN ≥
P LN
λ
λ
如 果 希 望 在 空 中 起 升 试 验 载 荷 ( 1.25 M LN , 实 际 试 验 时 , 很 可 能 大 于 1 . 2 5 M L N ), 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
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