起重机电气设计规范PPT

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1、起重机设计规范,电气部分,主要内容,一、电源与供电 二、电气保护 三、控制系统 四、电机选择 附录P：电机初选 附录R：电机过载校验 附录S：电机发热校验 五、装置及电阻器选择,一、电源与供电,对电网电压波动范围按GB5226.2中4.3.2交流电源的电压波动范围规定为：在正常工作条件下，供电系统，在起重机械馈电线接入处的电压波动不应超过额定值的10%的要求，但FEM标准中规定为5%，建议在应用中尽可能要求用户的供电电源符合5%的国际通用要求。,对供给起重机的电源要求采用3+PE的供电系统，强调了要提供接地线，轨道将不得作为接地保护回路。原GB/T3811规定可以无PE线，轨道接地可作为起重机

2、接地回路；因为当接地电流流经轴承和滚轮时，由于接地电阻较大，会提高起重机结构对地电位，从而影响人身安全。同时，对地电流经过轴承时也会对轴承造成一定的损坏，考虑上述因素并参考FEM标准，故本次修订时，要求供电电源提供PE线。,二、电气保护,超速保护整定值取决于控制系统在下降最高速度时系统的控制状态，若系统为速度闭环控制，其静态速度精度较高，超速保护整定倍数可为1.25（也可达1.1，视系统而定），若系统处于开环状态，其速度精度较差，通常超速整定倍数约为下降额定速度的1.4倍。 接地保护在本规范中规定了车轮、滚轮、铰接等均不能作为接地导体，必须设专门的接地线，以提供接地电流通路，且建议整车设专用接

3、地线至所有用电设备。,线路保护与分支线路配电主要包括两重含义： a）分支线路应设置断路器保护，以避免分支线路出现短路时事故上扩及不能及时分断故障回路。 b）除我们通常概念上对用电设备进行保护外，对长距离电缆也要进行保护，断路器应在其下方任一回路发生短路或接地时能够自动分断。,起重机构电动机应设置定子异常失电保护功能，当调速装置或正反向接触器故障导致电动机失控时，制动器应立即抱闸 。为确保制动器抱闸，制动接触器辅助触点应反馈至控制系统，确认制动接触器可靠分断，否则断开总接触器。,三、控制系统,电气控制部分在修订时，其内容包括了原GB3811-1983，FEM相关部分的内容，同时增加了变频调速和调

4、压调速的说明。(对吊钩起重机，当起升机构的工作级别为M4、M5和M6，且额定起升速度5m/min时要求制动平稳，应采用电气制动方法，保证在0.21.0G范围内下降时,制动前的电动机转速降至同步转速的1/3以下,该速度应能稳定运行.),调压调速系统：,系统特点： 1）低速区域（通常n50%ne）为速度闭环控制， 高速区域为开环控制；下放高速档为超同步运 行，实现回馈制动。 2）若采用编码器作为速度反馈信号，可实现低速 区域的静态高精度速度控制，但由于调压调速 系统动态特性曲线太软，即：动态速降大，所 以调压调速系统较适用于起升机构，而不太适 合用于运行机构。,3）调压调速系统在任何速度上的允许运

5、行时间相对于电阻器的发热时间常数来讲，均为长期。故电阻元件的接电持续率应按100%选用。但由于上升和下降时，机械传动效率相反，电动机的工作电流不等，所以电阻元件在JC=100%下的电流值为： I上= IN； I下= IN2。,变频调速系统,系统特点： 1）变频调速系统可实现额定频率以下恒转矩调速及 额定频率以上恒功率调速，弱磁升速范围取决于 电机允许的最高运行转速及在最高转速下输出的 转矩能否满足负载的加速要求。 2）动态特性较硬，即：动态速降小，因此适用于起 升及运行机构。运行采用变频调速较采用调压调 速系统其速度稳定性更好。 3）变频调速采用开环还是闭环控制，对于在起重机 上的应用来讲最大

6、的差别在于闭环控制起动转矩 更大，低速运行更平稳，调速范围更宽。 一般起升采用闭环控制，运行采用开环控制。,对于有机械偶合的多电机传动（如大容量起升机构采用大减速机方案由两台电动机拖动，大车运行机构前后两组电动机通过车轮和轨道的偶合），当采用两套驱动装置并分别构成闭环控制时，两套驱动装置之间应设置负荷均衡控制功能，在起重机上，通常可采用如下两种负荷均衡方式： 主装置为速度闭环控制、从装置为转矩控制的主从控制方式 采用下垂软化特性功能、两台装置相对独立的负荷均衡方式,对于两台（或两组）电动机有同步要求时，可根据应用情况采用下列同步控制方式： 速度闭环控制、同步赋予相同的速度给定值、绝 对位置点标

7、定与校正。 速度闭环控制、同步赋予相同的速度给定值、采用绝对式编码器实时位置检测校正、绝对位置点标定。 当起升机构采用星行传动时，两台电机应采用顺序启动方式即：050%速度范围由一台电机运行，50%100%另一台电机启动，两台电机同时运行。 回转机构采用变频控制方式时，由于负载惯性大且通常工作在起、制动状态，为起、制动平稳，减少机械冲击，变频系统应采用转矩控制方式。,四、电机选择,在进行电动机容量选择时，必须对电动机的过载和发热能力进行计算与校验。所选电动机应同时满足过载和发热的功率计算值。以二者计算值的较大值为准，作为选择电动机的计算依据。在考虑工作环境条件等影响因素后，最终选取电动机。具体

8、方法见附录P电动机的初选、附录R电动机的过载校验和附录S电动机的发热校验。,附录P：电机初选,起升电动机初选： 1).计算稳态起升功率：PN=PQVq/1000/ 2).计算S3、JC=40%基准工作制下所需的电动机功率：PnK PN 式中：K作业频繁系数，与机构工作级别对 应，见表1； PnS3、JC=40%下电动机额定功率。,表1 作业频繁系数,3）电动机在不同工作制下功率值的折算 将S1工作制下的电动机功率值折算到 S3 JC =40%或S3 JC =60%下的电动机功率值可 参考下式折算： P401.151.2 PS1 P601.051.1 PS1 对于不同的电动机，其折算系数略有不同

9、，若需 知道准确折算值，需向制造商索取,起升电机初选举例 例1：某起升机构额定起重量100 t、吊具重5 t、额定起升速度6m/min、电动机额定转速730r/min、变频调速方式、供电电压380VAC、机构工作级别M7、机构总效率=0.87、环境温度40、海拔低于1000m。 1）稳态计算功率: PN=PQVq/1000/=(100+5)6/6.12/0.87=118.3kw 2）电动机基准工作制下的功率值： 1.2118.3=142kw（S3 JC=40%）,3）电动机初选： 根据用户要求采用西门子变频电动机,折算到S1工作制下的功率为： PS1P40/1.2=142/1.2=118.3（

10、kw） 选取：1LG43188AB 132 kw S1,运行机构电动机初选 1）计算稳态运行功率： PN=PJVY/1000/m 2）计算S3 JC=40%基准工作制下所需的电动机的 功率值：PnK PN 式中：K综合运行速度所体现的作业频繁 程度和惯性功率对发热影响的综合因素系数， 见表2。,表2综合因素系数（仅对室内轨道式运行机构）,运行机构稳态运行功率（静阻功率）与总质 量（M）、速度、摩擦系数等有关，惯性功率与 总质量、速度、加速度（加速时间）有关，通常 速度取值也是基于作业频繁程度（工作级别）， 那么可以通过给稳态运行功率乘以大于1的综合因 素系数K，以体现惯性功率与作业频繁率对电动

11、机 发热的影响，该系数也是经过了实践验证的。,运行机构电动机初选举例 例1：桥式起重机小车运行机构自重200t、额定起重量550t、额定运行速度30m/min、机构工作级别M6、m=4台、总效率=0.9、电动机额定转速975r/min、Kh=1、Kt=1。 1）计算稳态运行功率（静阻功率）： PN=PjVy/1000/m =(101.5)(200+550)30/6120/0.9/4=15.3KW PnKPN=1.215.3=18.36KW (S3 JC40%) 2）初选电动机： 4台，型号：YZP200L-6 22 kw S3 JC=40%,附录R：电机过载校验,以变频电动机为例进行过载校验说

12、明。 当机构设计完成电动机初选后，电气设计应对电动机进行过载和发热校验。电动机过载校验的准则是：所选电动机的最大加速（起动）转矩应不小于机构加速所需的最小加速转矩。当机构有部分（单个或单组）电动机运行或其他特殊工况要求时，一定要计算在这些特殊工况要求下所需的电动机的最小加速转矩值。,当采用变频闭环矢量（或DTC）控制时，基速内可实现恒转矩控制。系统可做到以最大恒定转矩加速，而调压调速或其它针对绕线电动机的控制系统，其加速过程是延锯齿特性线进行的，所以过载校验时，要注意锯齿线根部对加速最大负载时的影响关系。 为了保证电动机的安全运行，电动机的最大运行（起动）转矩与颠覆转矩之间应保留30%的安全距

13、离，即： Mmax/ m/Mn1/1.3或Mmax0.8m Mn,对于变频闭环矢量（或DTC）控制的电动机，可以不考虑电压波动对电动机最大起动转矩的影响。 对于工作级别（M）较低的机构，由于初选时的系数K取值较小，所以要更加注意做好过载校验,起升机构电动机过载校验 在电动机初选时（见6.1.1.1.3.2）对变频电动机n=0时的最小起动转矩的要求是： Mdmin1.4MN（86） 但在实际应用中考虑到110%动载试验和125%静载试验对起动转矩的要求，通常情况下，选择Md=1.7MN，对于公式： PnH/m/mPQVq/1000/（87） 变频电动机取H=2.2，其取值依据如下：,当所选电动机

14、额定功率Pn=PN时，H的物理意义是：只要所选电动机的最大转矩倍数mH，则过载校验通过，或者说，在Pn=PN时，H的取值是对所选电动机转矩倍数的最小要求值。因为，所选电动机的m=2.2时，考虑最大运行转矩与颠覆转矩间留30%的安全距离，该电动机能够输出最大起动转矩为： Mmax=mMN/1.3=2.2MN/1.31.7MN 这就是H=2.2的来源。 从过载校验公式（87）可以看出，仅从过载能力要求来讲，所选电动机额定功率值与其最大转矩过载倍数是可以相互转化的。,起升机构电动机过载校验举例 例1：对起升机构电动机初选中的例1进行过载校验。 已知：额定起重量105t，额定起升速度6m/min， =

15、0.87，m=1台，电动机：1LG43188AB 132kw S1 m=2.9。 按过载校验公式计算： PnH/m/mPQVq/1000/ =2.2/2.91056/6.12/0.87=90KW 所选电动机Pn=132kw 90kw 过载校验通过。,例2：本例1中起重机正常工作时起重量为105t、工作级别为M7、若还有一种特殊工况，要求在工厂设备安装或检修时偶尔要吊装170t载荷，则过载校验计算为： PnH/m/mPQVq/1000/ =2.2/2.91756/6.12/0.87=149.6KW 由于170t载荷为偶尔吊装，根据机构设计计算原则 中6.1.1.1.3.2 起升机构电动机产生转距

16、的最低要求，对于变频控制的电动机： Md1.4MN 对于特殊情况，电动机可以1.4MN的平均加速转距加速，此时最小H取值为，H=1.82，取H=1.9，则特殊情况下，过载校验计算可为：,PnH/m/mPQVq/1000/ =1.9/2.91756/6.12/0.87=129.2KW 经进一步验证，所选电动机 Pn=132KW129.2KW ，过载校验通过。 设计时还应注意，当起吊170t负荷时，稳态起升功 率为： Pn=PQVq/1000/=1756/6.12/0.87=197KW 电动机的最小起动转距倍数为： Mdq/Mn=1971.4/132=2.1倍,电动机最大转距倍数为： m=2.9，2.9/2.1=1.381.3（安全裕度满足） 当起吊170t负荷时，电动机起动转距为2.1