电梯电动机运行状态与变频器的容量关系.doc

电梯电动机运行状态与变频器的容量关系
原文标题：电梯电动机的铭牌应该标的是S5重复短时工作制
发布时间【2011-1-18】
20110219

　　电梯电动机的铭牌应该标的是S5重复短时工作制，而不是S2短时工作制。
　　S5和S2的转换有下列不同观点，其实S5的每小时起动次数也是一个重要因数：
　　（1）短时工作制电动机与周期断续工作制电动机可以在一定条件下相互替用，短时定额与断续定额的对应关系近似为：30min相当于是15%，60min相当于25%，90min相当于40%。
　　（2）若选用断续工作制电动机作短时工作使用时，其等效额定时间Tstr与Fc的对应关系如表。
　　物品提升机械是国民经济各行业不可缺少的生产设备，在各工矿企业中大量使用，如工厂的行吊、港口码头的塔吊、矿井提升机、高炉卷扬机、民用电梯、轧机升降台、以及油田抽油机等，都是典型的提升机械。这类设备大多采用绕线式电动机作为主驱动，用于提升或下放重物，具有典型的位能负载特性。
　　重复短时工作制电机，其特点是重复性和短时性，即电机的工作时间和停歇时间交替进行，而且都比较短，二者之和，按国家规定不得超过60秒。重复短时工作制电机允许其过载且有一定的温升。此时，若根据电机铭牌数据来选择变频器，势必造成变频器的损坏。针对该类负载，变频器在参考电机铭牌数据的情况下要根据电机负载图和变频器的过载倍数、过载时间、过载周期来选型。
　　ＹＺ和ＹＺＲ系列电动机的过载力矩一般为2.2-2.8倍，为了充分发挥电动机的负载能力，提高起重设备的安全性能，采用变频器进行控制后，必须保证变频器－电动机系统具有2.2-2.8倍的过载能力。由于普通变频器的过载能力一般为150%一分钟，瞬态过载力矩只能达到180%－200%，因此必须提高所适配的变频器容量，以便提高变频器－电动机系统的瞬时过载能力。
　　由上述可知，只要把变频器的容量提高20%左右，即可使变频器－电动机系统的瞬时过载能力提高到2.0-2.4倍，基本满足要求。因此，应选择变频器额定容量为电动机额定容量的120%以上，即把变频器的容量提高一个等级。如45KW的电动机，应配置55KW的变频器，且变频器应具有较大的过载能力，过载率在150%一分钟以上。
　　永磁同步电机满载启动运行时电流不超过额定电流的1.5倍，配置变频器无需提高功率配置，降低了变频器的成本。
　　根据《通用用电设备配电设计规范》GB50055―93第2.4.6条
　　短时工作或断续周期工作的电动机，可不装设过载保护，当电动机运行中可能堵转时，应装设保护电动机堵转的过载保护。
　　电梯配电末端断路器可不设过载保护，或由电梯控制器/变频器实现过载保护。如果设的话，根据国内的规范，导线需要和断路器配合；如采用VVVF电梯，断路器还需要和变频器进行配合，否则容易出现误条，最好依据变频器厂家的资料(一般是变频器计算电流2倍左右)。变频器是半导体器件，一般需要用熔断器保护，最好能由厂家提供。
　　厂家给出的断路器没有标明是何种断路器，一般指的是反时限断路器ITBreaker。根据NEC，即使一般的电动机，最大可以选取2.5*In的反时限断路器，即10A额定电流的连续工作制电动机在连续工作状态下可以选用25A的断路器做短路保护。只要根据NEC规范设计，所有电机类和其他类型的特殊设备以及混合负荷都的断路器的额定电流和电缆都可以没有线路过载保护关系。电机类和其他类型的特殊设备以及混合负荷的断路器(即使用反时限断路器)是用于短路保护，它的整定值要躲开正常电流，避免误跳闸所以可以选得大一点而无需考虑线路过载。若不是反时限断路器，比如是专门的电机保护断路器，整定值可以小一点也能躲开正常电流。
　　根据《通用用电设备配电设计规范》GB50055―93第2.5.4条
　　导线或电缆（以下简称导线）的选择应符合下列规定
　　当电动机为短时工作或断续工作时，应使导线在短时负载下或断续负载下的载流量不小于电动机的短时工作电流或额定负载持续率下的额定电流。
　　导线在S5断续周期工作下的载流量:
　　根据《工业与民用配电设计手册》(第三版)表(12-78)，公式(12-31)。
　　校正系数Kj>=1,即S5断续周期工作下的载流量>=连续工作载流量。
　　保险起见，也按连续工作载流量计算。
　　根据《工业与民用配电设计手册》(第三版)表(12-57)
　　对电梯的干线和计算电流，不同台数的电梯有不同的系数。
　　根据《工业与民用配电设计手册》(第三版)表(1-2)
　　电梯(交流)Kx=0.18~0.5
　　根据《工业与民用配电设计手册》(第三版)表(1-3)
　　电梯Kx=0.18~0.5
　　计算总负荷时，对整个建筑的电梯，取0.18~0.5的需用系数，需用系数乘以的功率是单台交流电梯电梯功率（需要系数法计算时）。
　　上述两种算法有点自相矛盾的地方，如果变压器带的电梯数量超过10台的话都差不多，少于3台的话就差大了。当台数少时，要用二项式法，但
　　电梯机房配电除了电梯的电机(曳引机)外，还要计入电梯控制器的用电，还有电梯空调、电梯照明、机房照明、通风、检修插座等单相负荷，当只有一台电梯时，单相负荷功率计算时需要乘以3，换算为等效三相负荷。
　　根据《简明建筑电气工程师数据手册》第119页，选断路器时AC-2大概是电动机容量X5再放大一点，ACVV大概是电动机容量X4再放大一点，VVVF大概是电动机容量X3.5再放大一点。但没有注明电动机容量指的是机械功率还是电功率，也没有注明是S1连续功率还是S5功率。铜导线选得出奇的大。
　　根据《工业与民用配电设计手册》(第三版)第736页表12-58
　　标称容量和计算电流关系比较复杂，有2倍以下的，也有3~4倍的，甚至4倍以上的。
　　标称容量和开关整定值的关系也比较复杂，有3~4倍，有5倍，有5倍以上。
　　同一载重和速度的标称容量、计算电流、开关整定也相差很远。
　　表格没有注明标称容量指的是什么，也没有注明是什么调速方式，但有产品型号。
　　一台VVVF客梯，功率22kW，附属用电设备2kW(单相)，空调、照明2kW(单相)
　　按电机算(0.85功率因数):
　　Pe曳引机＝１.55*22=34.1kW
　　Ie曳引机=2.77*22=60.9A(Ie曳引机'=60.9/0.9=67.7；Ie曳引机"=60.9/(0.76)=80.1,当电梯功率认为是曳引机机械功率时)
　　Pe其他设备=2*3=6kW
　　Ie其他设备=6*1.9=11.4A
　　Pe电梯=34.1+6=40.1kW
　　Ie电梯=60.9+11.4=72.3A(67.7+11.4=79.1A；80.1+11.4=91.5A)
　　差不多4倍。22*4=88，向上一级选100。如果不算其他设备的话，60.9A(67.7A；80.1A)就是3~4倍左右，比较符合VVVF的3倍定律。但这里将电梯功率认为是总功率，没有计算效率，是效率=1时的情况。由于VVVF的不同种类效率相差也不小，所以理解为曳引机机械功率时差距较大。如果手册有种产品选120A，可能变频器和电机效率低一点，功率因数第一点。如果没有过载保护，只有短路保护的话，用电机型断路器，用100A和120A都差不多。将过载保护交给电梯配套控制/变频器柜。
　　按VVVF算(变频器放大1.2,变频器上级开关整定为变频器输入电流1.5倍,0.85功率因数):
　　Pe变频器=1.2*Pj电机=26.4kW
　　Ie变频器=Pe变频器/(1.732*0.38*0.85)=47A
　　I变频器开关=1.5*Ie变频器=70.5A
　　Ie电梯开关=70.5+11.4=81.9A
　　按VVVF算(变频器不放大,变频器上级开关整定为变频器输入电流2倍,0.85功率因数):
　　Pe变频器=Pj电机=22kW
　　Ie变频器=Pe变频器/(1.732*0.38*0.85)=39.3A
　　I变频器开关=2*Ie变频器=78.6A
　　Ie电梯开关=78.6+11.4=90A
　　差不多4倍。22*4=88，向上一级选100。这种算法依据不是很足，但是却很能保护设计人，起码开关不会跳闸。这里放大1.2的变频器是通用变频器。如果是电梯专用变频器，不用放大，变频器上级开关整定为变频器输入电流2倍，视产品而定。
　　有个工程和外国合作设计，外国提供的设计资料中，电梯有负荷LOAD、功率因数PF、全电流FLA、运行电流RuningAmperage，加速电流AcceleratingAmperage
　　比如150kW,0.8,284.9A,235A,510A。选了450A的断路器和600A的隔离开关。
　　可以150kW,0.8,284.9A,之间的关系可以看出150kW是总电功率。这个功率理解为整套设备的S5重复短时工作制的电功率。
　　根据NEC，这里的反时限断路器是做短路保护，要躲过正常电流，根据厂家手册选取。
　　根据上面的计算理论，如果150kW为S5功率，则284.9需乘以1.55换算成为负载持续率25%下的等效电流。
　　断路器450A>284.9*1.55=440A。符合VVVF的3倍定律。这里只包含电梯曳引机。
　　隔离开关600A>510A。可以分断加速电流。属于电梯控制器柜内部元件。
　　对一般的VVVF电梯(功率50kW以下，异步电动机)，电梯开关按VVVF算的比较稳妥，*4再向上一级，最好用电机型断路器（电子脱扣器）。在机房级，还有机房照明、通风、检修插座等负荷，共用一个32A/3P主开关。如果只有一台电梯，机房进线开关整定值=按VVVF算的电梯开关+其它计算电流，并适当放大（一级约10A，约有5kW的余量），最好用电机型断路器（电子脱扣器），方便和下级电梯开关配合，避免误动作。如果有多台电梯，机房进线开关与电梯开关相差大，用配电型断路器也应可以，机房进线开关整定值=按电机算的电流相加*1.25*同时系数+其它计算电流，再放大一级

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