电动机功率计算
电动机的功率计算,对于港口设备的设计是重要的,当设计值偏大会影响效益及港口的投资,当设计值偏小可能造成电机过载,不能正常运行,所以必须重视电动机的功率计算。 。
电动机功率估算(1)
此公式由机械方面提供,供电气传动设计者参考,但是从电气传动及机电一体化观点看,有值得商确的地方,现讨论如下。 公式; P=10×V ×G/0.8×60
式中 电动机功率 KW 速度 M/min 物体重量 T
上式还可简化为 P=0.2VG 此公式可用吗?,客观看在某些特定条件下可估算,但在很多负载下是不能估算的。
电动机功率简化计算(2)
所谓简单计算,可以视为不使用力矩(N ·m )折算的较复杂精确计算。电动机港口使用最多的有普通异步电动机、变频器专用异步电动机、铙线式电动机、直流电动机等。
确定异步电动机的容量时应考虑;
1)电动机的容量应大于负载所需要的功率。2)负载所需的启动转矩和电动机最 大转矩相比,后者要有足够的裕量。3)即当电源电压降低额定值的10%时,电动机也能够需出所需要的转矩。4)应在规定的温升范围内工作,不能影响电机的寿命。5)考虑电力传动机构的效率以及负载的变化,要留有一定的裕量。6)了解负载的性质,选择适合的电机运行方式(a 连续工作制、b 短时工作制、c 重复工作制)。
电机容量由下式考虑;
电机容量=(传动负载的动力) +(负载加速的动力/减速到所需速度的动力) 负载的特性有很多种,比较典型的有重力负载、摩擦负载、流体负载等,所以不可能用一个简单公式,来估算各种不同的负载。 一、重力负载计算;起重机、升降机、电动葫芦等。
P=VW/η×10-3 式中;P 功率 KW W 额定重量+吊钩重量+钢丝绳重量,N V 提升速度 m/s η 机械效率 (齿轮传动η=o.94~0.98) (蜗轮传动η=0.5~0.8)
二、摩擦负载计算;起重机升降机的横移、行走机构,导轨上移动的台车等。
1、水平移动的摩擦负载计算; P=ωVW/η
式中;W 负载重量 t ω 阻力系数 kg/t (取5~20kg/t) V 速度 m/s
2、斜面移动的摩擦负载计算;(河港斜坡缆车、矿山斜坡缆车等)
P=VW(sinθ+ωcos θ)/ η式中;
式中;θ 斜面倾斜角度
V 速度 m/s ω 阻力系数 kg/t (取5~20kg/t)
三、流体负载的计算;(水泵等)
1、水泵负载计算 (也可询问厂家) P=kρQH/6.12ηP
式中;k 裕量系数 1.1~1.5
ρ 液体的密度水为1.0 kg/m3(其它液体应查表) Q 流量 m 3/min H 全扬程 m
ηP 泵的效率(在0.6~0.83之间)
2、风扇,风机负载计算(也可询问厂家)
P=kQH/η×10-3
k 裕量系数 (1.1~1.5) Q 风量m 3/min H 风压 Pa
η 风扇风机的效率(0.3~0.75之间)
四、电梯(及悬链式链斗卸船机升降机构,单电动机双缆车)的计算;
电梯一般都有载重的2/1的配重,这样电动机的功率可以小很多。悬链 式链斗卸船机升降机构也有配重。矿山用的摩擦轮升降功率均可小很多。
计算公式;如上图,如箱体自重W 0为1500kg, 载重W 为1000kg, 设配重率为0.5, 则配重W C 为;
W C =1500+1000×0.5=2000kg
可见当运载重量为额定载重时(即W=1000kg), 则箱体侧偏重500kg 。当运载重量为零时(即W=0),则配重侧偏重500kg 。故此种设计,电动机最大传动负载为500kg, 即升、降负载都在500kg 范围内。
五、河港缆车运行 如下图,可知上、下行缆车互为配重功率可以小,在四川河港有较多电机选型容量偏大,不合理,现场用户工程师提出过此类问题。
电
3)
一、 恒定负载连续工作制的电机功率计算;
1、在基速以下工作时;
P N ≥P L = TL n N /9550 (KW) 2、从基速向上调速工作时; P N ≥P L =TL nmax /9550
P N 电动机额定功率 KW P L 折算到电动机轴上的负载功率,KW T L 折算到电动机轴上的负载转矩,N.m n N 电动机额定转速,r/min n max 电动机的最高工作转速
, r/min
二、 变动负载连续周期工作制功率计算;(做起来参数不易取得但应理解其原理)
这种工作制下,电动机功率可以先按等效(均方根)转矩法、或等效电流法,算出一个周期内的等效转矩Tnns 或等效电流Inns, 后选取电动机额定转矩Tn, 额定电流In
等效电流法适用于各种类型的电动机发热校验;
等效转矩法适用于转矩与电流成比例的工况时;弱磁情况下需要修正,串励磁直流电机不能应用。
等效功率法;功率与电流成比例时应用。 1、等效电流法计算;
I 12 t 1+I 22t 2+‥…+I n 2t n Inns = 要求 Inns ≤In t 1+t 2+‥…t n
2、等效转矩法计算;
12t 1+T 22t 2+‥…+T n 2t n
Tnns = 要求 Tnns ≤Tn t 1+t 2+‥…t n
3、等效功率法计算; P 12t 1+P 22t 2+‥…P n 2t n Pnns= 要求 Pnns ≤Pn t 1+t 2+‥…t n
以上三式中的符号;
I 1 I 2 …I n 电动机一个运行周期,负载电流曲线的近似直线段,
的各个分段电流值。A
T 1 T 2 … T n 各分段转矩值。N.m P 1 P 2…P n 各分段功率值。KW t 1 t 2 … t 3 各分段负载持续时间。s
I nns T nns P nns 等效电流、等效转矩、等效功率。 I N T N P N 电动机额定电流、转矩、功率。
二、变动负载连续、断续,工作制的电机功率计算;
t 时间
t
T z
t
t 起升电动机的负载图如上图,图中n =ƒ(t)是转速曲线。在启动时间里, dn/dt>0, 电动机转矩Ts >Tz ;在制动时间里,dn/dt<0, T B <Tz ;在恒速运行阶段,Tst=Tz,因此先计算Tz, 再计算加速和减速的dn/dt,即可求出电动机转矩图T= ƒ(t)
在这种工作制下,电动机功率可先按等效(均方根)转矩法或等效电流法,算出一个周期内的等效转矩T nns , 或等效电流T nns ,再选取电动机的额定转矩T N 或额定电流I N 。
此计算不易作,原因是参数不易取得。但可以理解工况和力矩、电流、速度、时序等变化的关系,对电动机的功率影响是很大的,不能忽视。如果不考虑上述参数之间的关系,简单计算出的电机功率可能不合理。
此法可用于;功率精确计算、电机发热校验、电机最大过载转矩计算、校验
起动过程的最小转矩,及允许最大飞轮矩计算等。
1),太简单,不能反映各种工况下电机功率计算。电动计功率计算(3)精确、但参数多,太繁琐不好计算。现在介绍个人认为实用、且较合理的计算方法是功率计算(2);供参考
计算例题;
例; 某桥式吊钩起重机,额定起升重量30t, 起升速度3m/min,横行速度 20m/min, 行走速度30m/min, 计算起升、横行、行走用电动机的功率。(已知参数; 横行小车全重10t, 桥重20t ,横行阻力系数C=10n/kn,行走阻力系数C=12n/kn, 机械传动效率取η=0.75。
计算;1、各机构所需功率;
30×1000×9.81×3/60 起升机构; P=F U/103η = =19.6 KW
103×0.75
G Σ(C+7v)v (30+10) ×9.81×(10+7×20/60)×20/60 横移机构 P = = (小车) 103η 103×0.75
=2.15 KW
G Σ(C+7v)v
P =
行走机构 103η
(大车)
(30+10+20) ×9.81×(10+7×20/60)
= 6.08KW
103×0.75
(关于变幅机构;基本上可按照起升机构计算。) (关于旋转机构;基本上可按照小车、大车计算。)(其阻力系数取5~20kg/t 应根据风向,风力考虑选择系数)
2、各机构共工作类型以及FC%对应值;
根据起重机工作类型和电动机FC%值对应关系有(轻型FC=15%、
中型FC=25%、重型FC=40%、特重型FC=60%)。而一般起重机的起升、 横行、行走、属于中型工作类型可以看为FC=25% 。 3、电动机功率选择;
机械确定减速比后查电机产品目录选择如下;
起升电机YZR225M-8 26KW ;横行电机YZR132M1-6 2.6KW 行走电机YZR160M1-6 6.3KW
结论;
1、电动机功率计算,和电气传动的工况、负载变化关系很大,不可能简单的思考此问题,而得出一个通用的计算公式。
2、估算、简算、精确计算,只能因不同的要求使用,简算符合我们电气设计者,对机械设计的电机功率进行校验。
3、精确计算的知识是重要的,否则不可能理解工况变化对功率计算的影响。 4、工程计算不同于数学计算,有许多参数是可以随着某些条件变化的,这些参数基本上是综合考虑安全、经济、寿命等等列出的,所以每个人计算的结果都有差异,这是正常的。
5、现有的经验是很有用的,如他人设计的计算数据,在工程中应用良好,可以参考。
电动机功率计算
电动机的功率计算,对于港口设备的设计是重要的,当设计值偏大会影响效益及港口的投资,当设计值偏小可能造成电机过载,不能正常运行,所以必须重视电动机的功率计算。 。
电动机功率估算(1)
此公式由机械方面提供,供电气传动设计者参考,但是从电气传动及机电一体化观点看,有值得商确的地方,现讨论如下。 公式; P=10×V ×G/0.8×60
式中 电动机功率 KW 速度 M/min 物体重量 T
上式还可简化为 P=0.2VG 此公式可用吗?,客观看在某些特定条件下可估算,但在很多负载下是不能估算的。
电动机功率简化计算(2)
所谓简单计算,可以视为不使用力矩(N ·m )折算的较复杂精确计算。电动机港口使用最多的有普通异步电动机、变频器专用异步电动机、铙线式电动机、直流电动机等。
确定异步电动机的容量时应考虑;
1)电动机的容量应大于负载所需要的功率。2)负载所需的启动转矩和电动机最 大转矩相比,后者要有足够的裕量。3)即当电源电压降低额定值的10%时,电动机也能够需出所需要的转矩。4)应在规定的温升范围内工作,不能影响电机的寿命。5)考虑电力传动机构的效率以及负载的变化,要留有一定的裕量。6)了解负载的性质,选择适合的电机运行方式(a 连续工作制、b 短时工作制、c 重复工作制)。
电机容量由下式考虑;
电机容量=(传动负载的动力) +(负载加速的动力/减速到所需速度的动力) 负载的特性有很多种,比较典型的有重力负载、摩擦负载、流体负载等,所以不可能用一个简单公式,来估算各种不同的负载。 一、重力负载计算;起重机、升降机、电动葫芦等。
P=VW/η×10-3 式中;P 功率 KW W 额定重量+吊钩重量+钢丝绳重量,N V 提升速度 m/s η 机械效率 (齿轮传动η=o.94~0.98) (蜗轮传动η=0.5~0.8)
二、摩擦负载计算;起重机升降机的横移、行走机构,导轨上移动的台车等。
1、水平移动的摩擦负载计算; P=ωVW/η
式中;W 负载重量 t ω 阻力系数 kg/t (取5~20kg/t) V 速度 m/s
2、斜面移动的摩擦负载计算;(河港斜坡缆车、矿山斜坡缆车等)
P=VW(sinθ+ωcos θ)/ η式中;
式中;θ 斜面倾斜角度
V 速度 m/s ω 阻力系数 kg/t (取5~20kg/t)
三、流体负载的计算;(水泵等)
1、水泵负载计算 (也可询问厂家) P=kρQH/6.12ηP
式中;k 裕量系数 1.1~1.5
ρ 液体的密度水为1.0 kg/m3(其它液体应查表) Q 流量 m 3/min H 全扬程 m
ηP 泵的效率(在0.6~0.83之间)
2、风扇,风机负载计算(也可询问厂家)
P=kQH/η×10-3
k 裕量系数 (1.1~1.5) Q 风量m 3/min H 风压 Pa
η 风扇风机的效率(0.3~0.75之间)
四、电梯(及悬链式链斗卸船机升降机构,单电动机双缆车)的计算;
电梯一般都有载重的2/1的配重,这样电动机的功率可以小很多。悬链 式链斗卸船机升降机构也有配重。矿山用的摩擦轮升降功率均可小很多。
计算公式;如上图,如箱体自重W 0为1500kg, 载重W 为1000kg, 设配重率为0.5, 则配重W C 为;
W C =1500+1000×0.5=2000kg
可见当运载重量为额定载重时(即W=1000kg), 则箱体侧偏重500kg 。当运载重量为零时(即W=0),则配重侧偏重500kg 。故此种设计,电动机最大传动负载为500kg, 即升、降负载都在500kg 范围内。
五、河港缆车运行 如下图,可知上、下行缆车互为配重功率可以小,在四川河港有较多电机选型容量偏大,不合理,现场用户工程师提出过此类问题。
电
3)
一、 恒定负载连续工作制的电机功率计算;
1、在基速以下工作时;
P N ≥P L = TL n N /9550 (KW) 2、从基速向上调速工作时; P N ≥P L =TL nmax /9550
P N 电动机额定功率 KW P L 折算到电动机轴上的负载功率,KW T L 折算到电动机轴上的负载转矩,N.m n N 电动机额定转速,r/min n max 电动机的最高工作转速
, r/min
二、 变动负载连续周期工作制功率计算;(做起来参数不易取得但应理解其原理)
这种工作制下,电动机功率可以先按等效(均方根)转矩法、或等效电流法,算出一个周期内的等效转矩Tnns 或等效电流Inns, 后选取电动机额定转矩Tn, 额定电流In
等效电流法适用于各种类型的电动机发热校验;
等效转矩法适用于转矩与电流成比例的工况时;弱磁情况下需要修正,串励磁直流电机不能应用。
等效功率法;功率与电流成比例时应用。 1、等效电流法计算;
I 12 t 1+I 22t 2+‥…+I n 2t n Inns = 要求 Inns ≤In t 1+t 2+‥…t n
2、等效转矩法计算;
12t 1+T 22t 2+‥…+T n 2t n
Tnns = 要求 Tnns ≤Tn t 1+t 2+‥…t n
3、等效功率法计算; P 12t 1+P 22t 2+‥…P n 2t n Pnns= 要求 Pnns ≤Pn t 1+t 2+‥…t n
以上三式中的符号;
I 1 I 2 …I n 电动机一个运行周期,负载电流曲线的近似直线段,
的各个分段电流值。A
T 1 T 2 … T n 各分段转矩值。N.m P 1 P 2…P n 各分段功率值。KW t 1 t 2 … t 3 各分段负载持续时间。s
I nns T nns P nns 等效电流、等效转矩、等效功率。 I N T N P N 电动机额定电流、转矩、功率。
二、变动负载连续、断续,工作制的电机功率计算;
t 时间
t
T z
t
t 起升电动机的负载图如上图,图中n =ƒ(t)是转速曲线。在启动时间里, dn/dt>0, 电动机转矩Ts >Tz ;在制动时间里,dn/dt<0, T B <Tz ;在恒速运行阶段,Tst=Tz,因此先计算Tz, 再计算加速和减速的dn/dt,即可求出电动机转矩图T= ƒ(t)
在这种工作制下,电动机功率可先按等效(均方根)转矩法或等效电流法,算出一个周期内的等效转矩T nns , 或等效电流T nns ,再选取电动机的额定转矩T N 或额定电流I N 。
此计算不易作,原因是参数不易取得。但可以理解工况和力矩、电流、速度、时序等变化的关系,对电动机的功率影响是很大的,不能忽视。如果不考虑上述参数之间的关系,简单计算出的电机功率可能不合理。
此法可用于;功率精确计算、电机发热校验、电机最大过载转矩计算、校验
起动过程的最小转矩,及允许最大飞轮矩计算等。
1),太简单,不能反映各种工况下电机功率计算。电动计功率计算(3)精确、但参数多,太繁琐不好计算。现在介绍个人认为实用、且较合理的计算方法是功率计算(2);供参考
计算例题;
例; 某桥式吊钩起重机,额定起升重量30t, 起升速度3m/min,横行速度 20m/min, 行走速度30m/min, 计算起升、横行、行走用电动机的功率。(已知参数; 横行小车全重10t, 桥重20t ,横行阻力系数C=10n/kn,行走阻力系数C=12n/kn, 机械传动效率取η=0.75。
计算;1、各机构所需功率;
30×1000×9.81×3/60 起升机构; P=F U/103η = =19.6 KW
103×0.75
G Σ(C+7v)v (30+10) ×9.81×(10+7×20/60)×20/60 横移机构 P = = (小车) 103η 103×0.75
=2.15 KW
G Σ(C+7v)v
P =
行走机构 103η
(大车)
(30+10+20) ×9.81×(10+7×20/60)
= 6.08KW
103×0.75
(关于变幅机构;基本上可按照起升机构计算。) (关于旋转机构;基本上可按照小车、大车计算。)(其阻力系数取5~20kg/t 应根据风向,风力考虑选择系数)
2、各机构共工作类型以及FC%对应值;
根据起重机工作类型和电动机FC%值对应关系有(轻型FC=15%、
中型FC=25%、重型FC=40%、特重型FC=60%)。而一般起重机的起升、 横行、行走、属于中型工作类型可以看为FC=25% 。 3、电动机功率选择;
机械确定减速比后查电机产品目录选择如下;
起升电机YZR225M-8 26KW ;横行电机YZR132M1-6 2.6KW 行走电机YZR160M1-6 6.3KW
结论;
1、电动机功率计算,和电气传动的工况、负载变化关系很大,不可能简单的思考此问题,而得出一个通用的计算公式。
2、估算、简算、精确计算,只能因不同的要求使用,简算符合我们电气设计者,对机械设计的电机功率进行校验。
3、精确计算的知识是重要的,否则不可能理解工况变化对功率计算的影响。 4、工程计算不同于数学计算,有许多参数是可以随着某些条件变化的,这些参数基本上是综合考虑安全、经济、寿命等等列出的,所以每个人计算的结果都有差异,这是正常的。
5、现有的经验是很有用的,如他人设计的计算数据,在工程中应用良好,可以参考。