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1、起重机设计规范电气部分主要内容v一、电源与供电v二、电气保护v三、控制系统v四、电机选择v附录P：电机初选v附录R：电机过载校验v附录S：电机发热校验v五、装置及电阻器选择一、电源与供电v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。 v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
2、地可作为起重机接地回路；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v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。v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
3、提供 接地电流通路，且建议整车设专用接地线至所有用 电设备。 v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。v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v电气控制部分在修订时，其内容包括了原 GB38
4、11-1983，FEM相关部分的内容，同时 增加了变频调速和调压调速的说明。(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0.2 1.0G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.)v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
5、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。 v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
6、开环还是闭环控制，对于在起重机上的应用来讲最大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。v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v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
7、度闭环控制、同步赋予相同的速度给定值、绝 对位置点标定与校正。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。v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。v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v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
8、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v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 作业频繁系数机构工作级级 别别 M5以下M6M7M8K0.91.01.01.21.3注：M5及以下K值值可选选1是因为为太小的K值值会在负负荷试试 车车的静载试验时载试验时 ，机构不能起吊1.25倍额
9、额定载载荷。 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，若需知道准确折算值，需向制造商索取 v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
10、/6.12/0.87=118.3kw2）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（kw）选取：1LG43188AB 132 kw S1v运行机构电动机初选1）计算稳态运行功率： PN=PJVY/1000/m2）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） 运行速度 (m/mi
11、n)30 6090120150180加速时间时间 ta（s） 566.5(8 ) 7.5(10 ) 8(11.5 )9(12)K1.21.6 2(1.8 )2.2(2)2.4(2.1 )2.6(2.2 ) 注：该该表取自设计设计 手册，括号内值为值为 推荐值值。 对对于室外轨轨道式运行机构由于考虑虑了风风阻因素，K值值取 1.11.3。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机发
12、热的影响，该系数也是经过了实践验证的。 v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v以变频电动机为例进行过载校验说明。当机
13、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3
14、0%的安全距离 ，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v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
15、选电动机额定功率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。v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
16、/min， =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
