基頻制變頻電機在起重機上的應用

1、基頻制變頻電機在起重機上的應用摘 要：國內基極制變頻電機由于最高頻率的限制，為獲得較高的調速范圍，滿載工作時電機常處于基頻點以下，造成了容量的浪費。本文介紹了基頻制變頻電機的特點，通過與基極制電機的計算對比，介紹了基頻制變頻電機在起重機上應用的優(yōu)勢。關鍵詞：起重機；變頻；基頻制為提高起重機作業(yè)的效率，工藝上經常會要求起升機構能按照不同載荷提供不同的起升速度。對于這種使用場合，為滿足低速段的恒轉矩要求和高速運轉區(qū)的寬頻要求，通常在基極制變頻電機中只能選擇大功率電機，導致其在輸出同等有功功率的前提下，產生了大量的無功電流，因此運行效率低、變頻器容量被放大，機構裝機容量加大。此時采用基頻制方案將會獲

2、得更多的節(jié)能降本的解決方案。本文介紹了基于FBP基頻制電機的設計原理、產品特點及實際應用案例，提出了優(yōu)化的解決方案。1 FBP設計原理及變頻電機的特點FBP設計原理Frequency-Base Principle Design method，即，采用現(xiàn)代變頻技術之基頻制電機設計原理。采用基本極不變，改變基本頻率的方案?；l制4極取代基極制6、8、10以上極數的變頻電機方案，可實現(xiàn)節(jié)能和降低變頻器容量的特點。由于4極電機具有比6、8、10等極數的電機更優(yōu)良的功效，即功率因數和效率高，所以電流小，一方面可以實現(xiàn)節(jié)能，另一方面，也可以實現(xiàn)變頻器同功率驅動（通常情況下，6極以上的電機都需要放大一檔變頻

3、器容量進行配置），而且轉速越低，節(jié)能效果越顯著。采用FBP基頻制設計原理制造的系列變頻電動機，與傳統(tǒng)的變頻電動機相比，有更大的選擇空間：1) 基本速度覆蓋從450r/min；600r/min；750r/min；1000r/min；1500r/min；3000r/min六檔，其中，最低調速點在10r/min以內，最高調速點可達到8000r/min。2) 機座號從80至355，共12檔；功率覆蓋從0.55KW到315KW，可滿足大多數輕工、重工業(yè)機器的不同需求。安裝尺寸符合IEC標準，與標準電機具備互換性。在適當的場合，可取代傳統(tǒng)的機械增、減速機構而變成電機直接驅動系統(tǒng)，這樣可以降低系統(tǒng)成本、降低

4、機器噪音及實現(xiàn)免維護運行，尤其對于一些要求靜音、免維護、低成本的場合，更適合使用。2 基頻、基極制變頻電機特性比較以25Hz4P基頻制22KW變頻電機與50Hz8P基極制22KW變頻電機為例：1) 從特性而言：25HZ4P變頻電機與50H8P變頻電機在同一功率下轉矩特性（轉矩/轉速曲線）相同。2) 從電機特性而言：25HZ4P變頻電機比50HZ8P變頻電機的效率要高10%以上。3) 從變頻器的匹配而言：變頻器在建立數學模型時，是基于4P電機的數學模型，使用8P電機時需要提高12檔才能使用。4) 從異步電機轉矩/速度，功率/速度曲線對比Te=9550PNe異步電機在Ne下， T保持恒定；異步電機

5、在Ne上， P保持恒定。則Ne以下 ， T=Te。在Ne以上，P保持恒定，速度相同時，25Hz基頻制電機與50Hz基極制電機轉矩仍相同，Te25=Te50。8P變頻電機的調速特性不如4P變頻電機的調速范圍廣，50Hz-8P電機調速至3000轉需200Hz，25Hz-4P電機調速至3000轉需100Hz即可，這樣對于矽鋼片的損耗，4P變頻電機要好于8P變頻電機，此時，如還需要電機轉速上升，25Hz-4P變頻電機很容易實現(xiàn)，而50Hz-8P變頻電機則需要超過200Hz，由于高次諧波的出現(xiàn)對于電機的性能影響很大。3 20Hz-4P變頻電機在起重行業(yè)中的應用案例某項目40t起重機的主起升參數如下，起升

6、機構根據載荷的不同有三種速度要求。3.1 起升機構的主要技術參數 1) 額定起重能力： 40t；2) 起升高度： 30m；3) 起升速度：空載時：30m/min；20t以下載荷：20m/min；20t以上載荷：10m/min；4) 機構工作級別 名稱利用等級荷載狀態(tài)工作級別起升T7L2M75) 電壓: 380V 50Hz，三相四線制(三相+PE)3.2 選用基極制電機計算按額定起重量40t及10m/min的起升速度計算電機需用的靜功率：Pj=Q+GdV1000=40+3.25×1000×9.8×101000×0.9×60=78.49KW其中：V

7、起升速度（m/s） Q起重量（t） Gd吊鉤組重量（t） 機構總效率 初選電動機YZP315L-10，功率110KW、轉速592r/min、額定轉矩1774Nm、轉動慣量11.6kgm。電動機額定電壓為380V，變頻范圍1100Hz，其中150Hz為恒轉矩調速，50100Hz為恒功率調速。因所選電動機變頻范圍1100Hz，考慮安全邊界，最大運行頻率設置在90Hz，此時對應的起升速度是30m/min，那么按照起升40t載荷時10m/min起升速度，電動機的工作頻率在30Hz，需驗證初選電動機在30Hz時輸出功率是否滿足靜功率要求。P30=MN309550=35×Pe=66KW其中：P3

8、030Hz時電動機的允許輸出功率（KW） M電機額定轉矩（Nm） Pe電機額定功率（KW） 由以上計算可以看出，電機工作在30Hz時允許輸出的功率小于靜功率，因此初選電動機容量不足。重新選擇電動機YZR355M2-10 功率160KW、轉速593r/min、額定轉矩2576Nm、轉動慣量14.9kgm2。P30=MN309550=35×Pe=96KW滿足靜功率78.49KW要求。由此可見，選用基極制變頻電動機時電機的功率沒有有效利用，與負載要求的功率、速度匹配性較差，起升機構工作時的功率曲線和轉矩曲線如圖1所示。轉矩曲線 1功率曲線 13.3 選用基頻制電機計算按照靜功率78.49K

9、W、電機速度593r/min，對應選擇基頻制電機VFG315L1-600-110，額定功率110KW，額定轉矩1795Nm，基準轉速600r/min，轉動慣量為8.622kgm2，基本頻率為20Hz，轉矩曲線和功率曲線如圖2所示。A點為載荷40t、起升速度10m/min的工作點，負載轉矩為：MQA=PQD2i=(40+3.25)×1000×9.8×0.8282×4×38.5×0.9=1266Nm驗算電動機產生轉矩的最低要求：Md1.4MQAMd1.4×1266=1772Nm滿足設計規(guī)范電動機額定轉矩大于最低轉矩的要求。B點為

10、載荷20t、起升速度20m/min工作點，由式可知負載轉矩為680.59Nm，電動機輸出頻率40Hz，輸出轉矩為：M40=9550PeN40=9550×1104020×600=875NmB點負載轉矩由前式計算為680.59Nm，電動機的允許輸出轉矩大于負載轉矩，滿足要求。C點為空載、起升速度30m/min工作點，采用相同計算方法，結果滿足驅動要求。轉矩曲線 24 結論從以上計算、選型可以看出，在同樣的負載驅動要求下，選用基頻制電機比選用基極制電機的功率要小兩檔，基頻制電動機與負載特性有較好的匹配性，電動機功率降低后空載損耗下降，驅動系統(tǒng)的效率明顯提高。驅動系統(tǒng)的控制變頻器功率也相應減少，節(jié)省了系統(tǒng)的投資，有一定的推廣使用價