起重机械起升机构电动机额定功率的选择

高志柯

江苏省特种设备安全监督检验研究院江苏南京210000

【摘要】：起重机械在国民生产中处于十分重要的位置，起升机构是起重机械的关键组成部分，电动机是起升机构的动力之源，因此，对电动机的额定功率的选择尤为重要。

【关键词】：电动机；工作制；额定功率；选择

在工作期间，常会遇见一些问题，比如：在做型式试验审核计算书过程中，会发现有些设计者在选择电动机额定功率的过程中，选的比较大，裕量过多。也就是常见的“大马拉小车”现象[1]，这无形之中是给国民经济造成一种浪费；电动机负载时,如果额定功率过大,电动机就会经常处于轻载运行,电动机本身的容量得不到充分的发挥,同时电动机的运行效率低、性能不好,都会增加运行费用，因此，起升机构电动机额定功率的选择至关重要。

一般起重机械电动机额定功率的选择过程中，会遇到三种工作制：短时工作制、断续周期性工作制、包括起动的断续周期性工作制。

1、短时工作制--S2工作制

电动机起动后，在恒定负载下按设定的时间工作，其工作温升不足以达到热稳定值τW，随之停机断能，电动机有足够长的停歇时间，使电动机再度冷却到与环境空气温度之差在2k之内[2]，即电动机温升降为零；电动机只有一次起动且起动时间与tg相比很短，较大起动电流对温升的影响可忽略，故称此类工作情况为短时工作制，其温升曲线见图1。

短时工作制电动机的工作时间必须小于3倍的发热时间常数，电动机停机断能时的最高温度与环境空气温度之差值称为温升，该值小于或等于该电动机标准规定的允许温升。

短时工作制的电动机必须在其温度为环境空气温度时起动，起动时间要比工作时间短很多，并且规定了最长的允许时间（如60min），工作中不应超过这个时间。短时工作制的时间越短，电动机能够承受的负载就越大。

2、断续周期性制-S3工作制

电动机按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间、一段停机或断能时间[3]组成，每一周期工作时间为10min，由于运行时间较短，均不足以使电动机达到热稳定状态且每一周期的起动电流对温升无明显影响。接电持续率有15%、25%、40%、60%四种。

电动机在一个工作循环中通电时间与整个工作循环时间之比，称为电动机的接电持续率（负载持续率），通常以百分数JC%表示。

电动机每小时只有6次起动，且负载运行时间tg比每次起动时间长的多，较大起动电流对电动机温升几乎没有什么影响，可忽略掉；电动机每经过一个周期的发热与冷却运行后，温升都有所上升，经过几个周期后电动机温升将稳定在某一范围内上下波动，故称此类工作情况为断续周期工作制，其温升曲线见图2中曲线。

每个工作时间必须小于3倍的发热时间常数，电动机的温度没有达到热稳定，电动机停止工作，连续的断能停机时间小于3倍的起动时间，这样电动机未能冷却到环境空气温度就再次工作，形成一个平均值，该值与环境温度之差值称为温升，而温度在这个稳定值范围内上下波动，但始终保持温升不超过标准规定的允许温升。

3、包括起动的断续周期性工作制--S4工作制

包括起动的断续周期性工作制S4（图3）是指：电动机工作于一系列相同的断续工作周期，每一周期包括一段对电动机温升有显著影响的起动时间、一段恒定负载运行时间和一段停机并断能时间。但这些时间较短，均不足以使电动机达到热稳定状态。当每小时起动次数增多到一定程度时，就必须对这些因素进行考虑。这种情况下电动机的工作制称为S4工作制。在S4工作制下电动机每小时全起动次数分为150次、300次、450次、600次和1000次。

不同工作制下电动机的额定功率都是由发热因素决定的，额定功率的实质是：在额定的运转条件下，电动机的温升不超过允许值时的最大输出机械功率。所以，在选型过程中，只要保证PN（额定功率）≥PL（负载功率）在额定运行状态、标准工作方式以及标准工作时间、标准接电持续率、标准环境温度等方面具有对应和对等关系的条件下成立，则所选电动机的额定功率就已经满足温升不超过允许值的条件，也就不必再进行发热校核验算；反之，则应对预选所得的电动机进行发热校核验算。

闸门启闭机、水电站用桥门式起重机起升机构等生产机械运行时间短，间歇时间长，符合短时工作制，应选用S2工作制下的电动机，只要保证PN≥PL即可。

起重机械具有断续周期工作制特征的生产机械都应选用S3工作方式电动机；但许多生产机械周期断续工作的周期性并不很严格，这时接电持续率只具有统计性质。

起重机械具有包括起动的断续周期性工作制特征的生产机械都应选用S4工作制电动机。

而绝大多数起重机械的起升机构的实际工作情况，其工作制既不能严格的对应于电动机的包括起动的断续周期性工作制也不能严格对应于断续周期工作制，这样就存在两种选择可能：

若各起升机构以S4工作制按公式PN≥PL预选电动机并通过后，就不必再进行电动机的发热验算，因为电动机的S4工作制的规定要严酷于机构实际存在的工作情况；

若各起升机构以S3工作制按公式PN≥PL预选电动机后，还必须对所选电动机再进行发热验算，因为各机构实际存在的工作情况要严重于电动机S3工作制的规定；总体来说，工作机构按后一种方法所选电动机的型号会比前者低1~2个等级，经济性更好，故起重机械各起升机构的电动机一般都是按断续周期工作制S3来进行选择，并通过发热校核验算以保证电动机不过热。

参考文献：[1]高志柯.起重机用电动机额定功率的修正[J].太原科技大学学报.2013,?34(2)

[2]裘为章，吴锡忠.实用起重机电气技术手册[M].北京：机械工业出版社，2001.

[3]张英斌.断续周期工作制电动机功率的选择[J].防爆电机.201146（4）41-50.