设计过程中电机功率的计算

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。