《起重機設計規范》電氣部分《起重機設計規范》電氣部分1主要內容一、電源與供電二、電氣保護三、控制系統四、電機選擇附錄P：電機初選附錄R：電機過載校驗附錄S：電機發熱校驗五、裝置及電阻器選擇主要內容一、電源與供電2一、電源與供電對電網電壓波動范圍按GB5226.2中4.3.2交流電源的電壓波動范圍規定為：在正常工作條件下，供電系統，在起重機械饋電線接入處的電壓波動不應超過額定值的±10%的要求，但FEM標準中規定為±5%，建議在應用中盡可能要求用戶的供電電源符合±5%的國際通用要求。一、電源與供電對電網電壓波動范圍按GB5226.2中4.3.3對供給起重機的電源要求采用3φ+PE的供電系統，強調了要提供接地線，軌道將不得作為接地保護回路。原GB/T3811規定可以無PE線，軌道接地可作為起重機接地回路；因為當接地電流流經軸承和滾輪時，由于接地電阻較大，會提高起重機結構對地電位，從而影響人身安全。同時，對地電流經過軸承時也會對軸承造成一定的損壞，考慮上述因素并參考FEM標準，故本次修訂時，要求供電電源提供PE線。對供給起重機的電源要求采用3φ+PE的供電系統，強調了要提供4二、電氣保護超速保護整定值取決于控制系統在下降最高速度時系統的控制狀態，若系統為速度閉環控制，其靜態速度精度較高，超速保護整定倍數可為1.25（也可達1.1，視系統而定），若系統處于開環狀態，其速度精度較差，通常超速整定倍數約為下降額定速度的1.4倍。接地保護在本規范中規定了車輪、滾輪、鉸接等均不能作為接地導體，必須設專門的接地線，以提供接地電流通路，且建議整車設專用接地線至所有用電設備。

二、電氣保護超速保護整定值取決于控制系統在下降最高速度時系統5線路保護與分支線路配電主要包括兩重含義：a）分支線路應設置斷路器保護，以避免分支線路出現短路時事故上擴及不能及時分斷故障回路。b）除我們通常概念上對用電設備進行保護外，對長距離電纜也要進行保護，斷路器應在其下方任一回路發生短路或接地時能夠自動分斷。

線路保護與分支線路配電主要包括兩重含義：6起重機構電動機應設置定子異常失電保護功能，當調速裝置或正反向接觸器故障導致電動機失控時，制動器應立即抱閘。為確保制動器抱閘，制動接觸器輔助觸點應反饋至控制系統，確認制動接觸器可靠分斷，否則斷開總接觸器。起重機構電動機應設置定子異常失電保護功能，當調速裝置或正反向7三、控制系統電氣控制部分在修訂時，其內容包括了原GB3811-1983，FEM相關部分的內容，同時增加了變頻調速和調壓調速的說明。(對吊鉤起重機，當起升機構的工作級別為M4、M5和M6，且額定起升速度≥5m/min時要求制動平穩，應采用電氣制動方法，保證在0.2～1.0G范圍內下降時,制動前的電動機轉速降至同步轉速的1/3以下,該速度應能穩定運行.)三、控制系統電氣控制部分在修訂時，其內容包括了原GB38118調壓調速系統：調壓調速系統：9

系統特點：1）低速區域（通常n≤50%ne）為速度閉環控制，高速區域為開環控制；下放高速檔為超同步運行，實現回饋制動。2）若采用編碼器作為速度反饋信號，可實現低速區域的靜態高精度速度控制，但由于調壓調速系統動態特性曲線太軟，即：動態速降大，所以調壓調速系統較適用于起升機構，而不太適合用于運行機構。系統特點：10

3）調壓調速系統在任何速度上的允許運行時間相對于電阻器的發熱時間常數來講，均為長期。故電阻元件的接電持續率應按100%選用。但由于上升和下降時，機械傳動效率相反，電動機的工作電流不等，所以電阻元件在JC=100%下的電流值為：I上=

IN；I下=

IN×η2。

3）調壓調速系統在任何速度上的允許運行時間相對于電阻器11變頻調速系統變頻調速系統12

系統特點：1）變頻調速系統可實現額定頻率以下恒轉矩調速及額定頻率以上恒功率調速，弱磁升速范圍取決于電機允許的最高運行轉速及在最高轉速下輸出的轉矩能否滿足負載的加速要求。2）動態特性較硬，即：動態速降小，因此適用于起升及運行機構。運行采用變頻調速較采用調壓調速系統其速度穩定性更好。3）變頻調速采用開環還是閉環控制，對于在起重機上的應用來講最大的差別在于閉環控制起動轉矩更大，低速運行更平穩，調速范圍更寬。一般起升采用閉環控制，運行采用開環控制。系統特點：13對于有機械偶合的多電機傳動（如大容量起升機構采用大減速機方案由兩臺電動機拖動，大車運行機構前后兩組電動機通過車輪和軌道的偶合），當采用兩套驅動裝置并分別構成閉環控制時，兩套驅動裝置之間應設置負荷均衡控制功能，在起重機上，通常可采用如下兩種負荷均衡方式：①主裝置為速度閉環控制、從裝置為轉矩控制的主從控制方式②采用下垂軟化特性功能、兩臺裝置相對獨立的負荷均衡方式對于有機械偶合的多電機傳動（如大容量起升機構采用大減速機方案14對于兩臺（或兩組）電動機有同步要求時，可根據應用情況采用下列同步控制方式：①速度閉環控制、同步賦予相同的速度給定值、絕對位置點標定與校正。③速度閉環控制、同步賦予相同的速度給定值、采用絕對式編碼器實時位置檢測校正、絕對位置點標定。當起升機構采用星行傳動時，兩臺電機應采用順序啟動方式即：0~50%速度范圍由一臺電機運行，50%~100%另一臺電機啟動，兩臺電機同時運行。回轉機構采用變頻控制方式時，由于負載慣性大且通常工作在起、制動狀態，為起、制動平穩，減少機械沖擊，變頻系統應采用轉矩控制方式。對于兩臺（或兩組）電動機有同步要求時，可根據應用情況采用下列15四、電機選擇在進行電動機容量選擇時，必須對電動機的過載和發熱能力進行計算與校驗。所選電動機應同時滿足過載和發熱的功率計算值。以二者計算值的較大值為準，作為選擇電動機的計算依據。在考慮工作環境條件等影響因素后，最終選取電動機。具體方法見附錄P電動機的初選、附錄R電動機的過載校驗和附錄S電動機的發熱校驗。四、電機選擇在進行電動機容量選擇時，必須對電動機的過載和發熱16附錄P：電機初選起升電動機初選：1).計算穩態起升功率：PN=PQ×Vq/1000/η2).計算S3、JC=40%基準工作制下所需的電動機功率：Pn≥KPN式中：K——作業頻繁系數，與機構工作級別對應，見表1；Pn——S3、JC=40%下電動機額定功率。

附錄P：電機初選起升電動機初選：17表1作業頻繁系數機構工作級別

M5以下M6M7M8K0.9~1.01.01.21.3注：M5及以下K值可選1是因為太小的K值會在負荷試車的靜載試驗時，機構不能起吊1.25倍額定載荷。

表1作業頻繁系數機構工作級別M5以下M6M7M8K0.918

3）電動機在不同工作制下功率值的折算將S1工作制下的電動機功率值折算到S3JC=40%或S3JC=60%下的電動機功率值可參考下式折算：P40≈1.15~1.2PS1P60≈1.05~1.1PS1對于不同的電動機，其折算系數略有不同，若需知道準確折算值，需向制造商索取3）電動機在不同工作制下功率值的折算19起升電機初選舉例例1：某起升機構額定起重量100t、吊具重5t、額定起升速度6m/min、電動機額定轉速730r/min、變頻調速方式、供電電壓380VAC、機構工作級別M7、機構總效率η=0.87、環境溫度40℃、海拔低于1000m。1）穩態計算功率:PN=PQ×Vq/1000/η=(100+5)×6/6.12/0.87=118.3kw2）電動機基準工作制下的功率值：1.2×118.3=142kw（S3JC=40%）

起升電機初選舉例20

3）電動機初選：

根據用戶要求采用西門子變頻電動機,折算到S1工作制下的功率為：PS1≥P40/1.2=142/1.2=118.3（kw）選取：1LG4318—8AB132kwS13）電動機初選：21運行機構電動機初選1）計算穩態運行功率：PN=PJ×VY/1000/η/m2）計算S3

JC=40%基準工作制下所需的電動機的功率值：Pn≥KPN式中：K——綜合運行速度所體現的作業頻繁程度和慣性功率對發熱影響的綜合因素系數，見表2。

運行機構電動機初選22表2綜合因素系數（僅對室內軌道式運行機構）

運行速度(m/min)≤30

6090120150180加速時間ta（s）

566.5(8)

7.5(10)

8(11.5)9(12)K1.21.62(1.8)2.2(2)2.4(2.1)2.6(2.2)注：該表取自設計手冊，括號內值為推薦值。

對于室外軌道式運行機構由于考慮了風阻因素，K值取1.1~1.3。表2綜合因素系數（僅對室內軌道式運行機構）運行速度(m/23

運行機構穩態運行功率（靜阻功率）與總質量（M）、速度、摩擦系數等有關，慣性功率與總質量、速度、加速度（加速時間）有關，通常速度取值也是基于作業頻繁程度（工作級別），那么可以通過給穩態運行功率乘以大于1的綜合因素系數K，以體現慣性功率與作業頻繁率對電動機發熱的影響，該系數也是經過了實踐驗證的。

運行機構穩態運行功率（靜阻功率）與總質24運行機構電動機初選舉例例1：橋式起重機小車運行機構自重200t、額定起重量550t、額定運行速度30m/min、機構工作級別M6、m=4臺、總效率η=0.9、電動機額定轉速975r/min、Kh=1、Kt=1。

1）計算穩態運行功率（靜阻功率）：PN=Pj×Vy/1000/η/m

=(10×1.5)(200+550)×30/6120/0.9/4=15.3KWPn≥KPN=1.2×15.3=18.36KW(S3JC40%)

2）初選電動機：4臺，型號：YZP200L-622kwS3JC=40%

運行機構電動機初選舉例25附錄R：電機過載校驗以變頻電動機為例進行過載校驗說明。當機構設計完成電動機初選后，電氣設計應對電動機進行過載和發熱校驗。電動機過載校驗的準則是：所選電動機的最大加速（起動）轉矩應不小于機構加速所需的最小加速轉矩。當機構有部分（單個或單組）電動機運行或其他特殊工況要求時，一定要計算在這些特殊工況要求下所需的電動機的最小加速轉矩值。

附錄R：電機過載校驗以變頻電動機為例進行過載校驗說明。26

當采用變頻閉環矢量（或DTC）控制時，基速內可實現恒轉矩控制。系統可做到以最大恒定轉矩加速，而調壓調速或其它針對繞線電動機的控制系統，其加速過程是延鋸齒特性線進行的，所以過載校驗時，要注意鋸齒線根部對加速最大負載時的影響關系。為了保證電動機的安全運行，電動機的最大運行（起動）轉矩與顛覆轉矩之間應保留30%的安全距離，即：Mmax/

λm/Mn≤1/1.3或Mmax≤0.8λmMn

當采用變頻閉環矢量（或DTC）控制時，基速內可實現恒轉矩27

對于變頻閉環矢量（或DTC）控制的電動機，可以不考慮電壓波動對電動機最大起動轉矩的影響。對于工作級別（M）較低的機構，由于初選時的系數K取值較小，所以要更加注意做好過載校驗對于變頻閉環矢量（或DTC）控制的電動機，可以不考慮電壓28起升機構電動機過載校驗

在電動機初選時（見6.1.1.1.3.2）對變頻電動機n=0時的最小起動轉矩的要求是：Mdmin≥1.4MN……………（86）但在實際應用中考慮到110%動載試驗和125%靜載試驗對起動轉矩的要求，通常情況下，選擇Md=1.7MN，對于公式：Pn≥H/m/λm×PQ×Vq/1000/η…..（87）

變頻電動機取H=2.2，其取值依據如下：起升機構電動機過載校驗29

當所選電動機額定功率Pn=PN時，H的物理意義是：只要所選電動機的最大轉矩倍數λm≥H，則過載校驗通過，或者說，在Pn=PN時，H的取值是對所選電動機轉矩倍數的最小要求值。因為，所選電動機的λm=2.2時，考慮最大運行轉矩與顛覆轉矩間留30%的安全距離，該電動機能夠輸出最大起動轉矩為：Mmax=λm×MN/1.3=2.2×MN/1.3≈1.7MN這就是H=2.2的來源。從過載校驗公式（87）可以看出，僅從過載能力要求來講，所選電動機額定功率值與其最大轉矩過載倍數是可以相互轉化的。當所選電動機額定功率Pn=PN時，H的物理意義是：只30起升機構電動機過載校驗舉例

例1：對起升機構電動機初選中的例1進行過載校驗。已知：額定起重量105t，額定起升速度6m/min，η=0.87，m=1臺，電動機：1LG4318—8AB132kwS1λm=2.9。按過載校驗公式計算：Pn≥H/m/λm×PQ×Vq/1000/η=2.2/2.9×105×6/6.12/0.87=90KW所選電動機Pn=132kw≥90kw過載校驗通過。

起升機構電動機過載校驗舉例31

例2：本例1中起重機正常工作時起重量為105t、工作級別為M7、若還有一種特殊工況，要求在工廠設備安裝或檢修時偶爾要吊裝170t載荷，則過載校驗計算為：Pn≥H/m/λm×PQ×Vq/1000/η=2.2/2.9×175×6/6.12/0.87=149.6KW由于170t載荷為偶爾吊裝，根據機構設計計算原則中6.1.1.1.3.2起升機構電動機產生轉距的最低要求，對于變頻控制的電動機：Md≥1.4MN

對于特殊情況，電動機可以1.4MN的平均加速轉距加速，此時最小H取值為，H=1.82，取H=1.9，則特殊情況下，過載校驗計算可為：例2：本例1中起重機正常工作時起重量為105t、工作32

Pn≥H/m/λm×PQ×Vq/1000/η=1.9/2.9×175×6/6.12/0.87=129.2KW經進一步驗證，所選電動機Pn=132KW≥129.2KW，過載校驗通過。設計時還應注意，當起吊170t負荷時，穩態起升功率為：Pn=PQ×Vq/1000/η=175×6/6.12/0.87=197KW電動機的最小起動轉距倍數為：Mdq/Mn=197×1.4/132=2.1倍

Pn≥H/m/λm×PQ×Vq/1000/η33

電動機最大轉距倍數為：

λm=2.9，2.9/2.1=1.38≥1.3（安全裕度滿足）當起吊170t負荷時，電動機起動轉距為2.1Mn。最大工作電流按相關公式計算。變頻器應能夠提供相應的最大工作電流，且應采用速度閉環控制以確保起動轉矩。

電動機最大轉距倍數為：34

例3：本例1中起重機正常工作時起重量為105t、工作級別為M7、若還有輕載高速工況，要求在工廠設備安裝或檢修時吊裝40t以下載荷時，速度由6m/min升為12m/min，則過載校驗計算為：例3：本例1中起重機正常工作時起重量為105t、工作級35

1）重載低速工況下的過載校驗同例12）輕載高速工況下的過載校驗：a)電機最大運行轉速為2×730r/min=1460r/min1LG4318-8AB電機最大允許轉速為2500r/min最大運行轉速校驗通過b)最大速度點過載校驗PN=45×12/6.12/0.87=101.4KWMN/Mn=(101.4/12)/(132/6)=0.380.38×1.4×4×1.3=2.77≤2.9(λm)高速點過載校驗通過1）重載低速工況下的過載校驗同例136軌道運行式運行機構電動機過載校驗

軌道式運行機構電動機過載校驗中變頻調速電動機λAS的確定，在GB/T3811-1983《起重機設計規范》中，運行機構電動機過載校驗引入λAS概念，不同種類的電動機具有不同的λAS值，那么它的基礎是認定不同種類的電動機一定可以產生λAS的平均加速轉矩，而沒有給出電動機的λm至少應是多大。比如：繞線電動機的λAS取1.7，實際上是認為繞線電動機的最大起動轉矩約為2.2Med時，平均加速轉矩可達1.7Med，這樣電動機的λm應不小于2.5；對于變頻調速電動機，通常情況下能達到軌道運行式運行機構電動機過載校驗37

1.7Med倍的加速轉矩，這樣變頻電機的最大過載倍數λm應不小于1.7/0.8=2.2，式中0.8含義同上。電動機的過載校驗公式：PN≥1/m/λAS{[P∑(ω+ma)+PWⅡ]×Vy/1000/η+

∑Jn2/91200/tq}…............................（88）

從公式（88）可以看出：阻性功率P阻與慣性功率P慣之和除以電動機所能提供的平均加速轉矩λAS，所選電動機功率值不小于該值，則過載校驗通過。進行運行機構過載校驗時，慣性功率的大小與設計所要求的加速時間有關，所以應合理選擇加速時間，以選取合理的電動機功率。1.7Med倍的加速轉矩，這樣變頻電機的最大過載倍數38軌道運行式運行機構電動機過載校驗舉例例1：對運行機構初選應用舉例1進行過載校驗。已知：橋機小車運行機構自重200t、額定起重量550t、額定運行速度30m/min、機械轉動效率η=0.9、加速度a=0.126m/s2、加速時間ta=4s;電動機YZP200L-622kw、m=4臺、λm=2.8，取λAS=1.7（對于λm=2.8，可取至λAS=2.1）。運行機構電動機過載校驗計算：PN≥1/m/λAS{[P∑(ω+ma)+PWⅡ]×Vy/1000/η+∑Jn2/91200/tq}軌道運行式運行機構電動機過載校驗舉例39

將上式換算成工程單位計算，且PWⅡ=0，ma與ω綜合取值：PN≥1/m/λAS×(Gn+G)×(gω+1.2a)×Vy/60/η=1/4/1.7×(550+200)×(9.86×0.0085+1.2×0.126)/60/0.9=14.4KWPn=22kw≥PN=14.4KW，過載校驗通過

將上式換算成工程單位計算，且PWⅡ=0，ma與ω綜合40附錄S：電動機的發熱校驗

對于YZR電動機仍可采用JC、CZ和G值進行發熱校驗。但對于變頻電機和繞線電機均可依據機構工作級別所對應的等效接電持續率作為發熱校驗的依據。只要電機在機構相應等效接電持續率下的功率值大于機構的計算功率，則發熱校驗通過。附錄S：電動機的發熱校驗對于YZR電動機仍可采用JC、CZ41表3工作級別與接電持續率的對應取值關系電動機在不同工作制下功率折算值見《釋義》附錄P中的給出值。機構工作級別≤M4M5,M6M7M8電動機工作制S3,25%S3,40%S3,60%S1表3工作級別與接電持續率的對應取值關系機構工作級別≤42起升機構電動機發熱校驗起升機構計算功率即為穩態運行功率（靜功率）：PN=PQVq/1000/η…………（89）所選電動機在相應接電持續率下的功率值不小于計算功率即Pn≥PN，則發熱校驗通過。由于起升機構要求進行110%動負荷和125%靜負荷試驗，在此，給出工作級別與接電持續率的對應取值關系，見表3，以供參考。起升機構電動機發熱校驗43起升機構電動機發熱校驗舉例例1：對起升機構電動機初選中的應用舉例1進行發熱校驗。已知：額定起重量100t、吊具重5t、額定起升速度6m/min、η=0.87、工作級別M7、海拔低于1000m、環境溫度40℃、電動機：1LG4318-8AB132kwS1。電動機靜功率計算：PN=PQVq/1000/η=(100+5)×6/6.12/0.87=118.3kw

起升機構電動機發熱校驗舉例44

機構工作級別為M7、它所對應的電動機工作制為S3JC=60%所選電動機在S3JC=60%下的功率P60≈132kw×1.05≈138kw≥118.3kw，發熱校驗通過。說明：電動機容量選擇宜大點，這樣會提高電動機壽命、可靠性高，降低運行成本要比降低初投資更重要。機構工作級別為M7、它所對應的電動機工45軌道式運行機構電動機發熱校驗運行機構電動機初選時是根據運行速度大小給穩態運行功率（阻性功率）乘以一個大于1的系數得出，且系數為離散值，為了更好更方便地對運行機構進行發熱校驗，經計算對比，當采用公式（90）計算時，所選電動機功率值相對合適。本方法作為校驗方法，可在設計過程中進一步比照對比。運行機構計算功率為：PS=P阻+0.5P慣--------------------------（90）式中：PS-------計算功率P阻------阻性功率即穩態運行功率PNP慣------慣性功率即本標準公式（S.10)軌道式運行機構電動機發熱校驗46

PS=1/m×{[P∑(ω+ma)+PWⅠ]×Vy/1000/η+∑Jn2/182400/tq}中的第二項只要電機在機構相應接電持續率下的功率值Pn≥PS，則發熱校驗通過。該方式使離散系數成為連續，使電動機的選擇與校驗用不同的方法相互驗證。由于P慣仍取決于加速時間ta或者說加速度a的選擇，所以應參照電動機初選中所給出的速度與加速時間關系表選擇加速時間，以計算合理的慣性功率。PS=1/m×{[P∑(ω+ma)+PWⅠ]×Vy47軌道式運行機構電動機發熱校驗舉例例1：對運行機構電動機初選中的應用舉例1進行發熱校驗。已知：小車自重G=200t、額定起重量Gn=550t、額定運行速度30m/min、傳動效率η=0.9、加速時間ta=4s、加速度a=0.126m/s2、工作級別M6、電動機：YZP200L-622kwS3JC=40%、m=4臺。

軌道式運行機構電動機發熱校驗舉例48

運行機構電動機發熱計算功率：PS=1/m(P阻+0.5P慣)

=1/m×{[P∑(ω+ma)+PWⅠ]×Vy/1000/η+∑Jn2/182400/tq}=1/4×(Gn+G)×(gω+1/2×1.2a)×Vy/60/η=(550+200)×(9.86×0.0085+0.6×0.126)×30/4/60/0.9=17.55kw

工作級別M6，對應電動機工作制為S3JC=40%，所選電動機YZP200L-6在S3JC=40%下的功率Pn=22kw≥17.55kw，發熱校驗通過。運行機構電動機發熱計算功率：49五、裝置及電阻器選擇變頻調速裝置選擇時，一定要核算該裝置在起重設備應用工況下的最大輸出電流應不小于所驅動電動機的最大工作電流，其額定電流應不小于額定負載時電動機的工作電流，通常情況下，裝置的額定電流是能滿足發熱驗算要求的。電動機最大工作電流的計算：對于變頻閉環矢量（或DTC）控制的電動機，在不同輸出轉矩下電動機的電流值可按下列公式計算：五、裝置及電阻器選擇變頻調速裝置選擇時，一定要核算該裝置在起50

（1）無功電流I0=(In-Incos?)1/2（2）有功電流Iw=(In2-I02)1/2（3）基本負載電流IM=[I02+(M/Mn×Iw)2]1/2（4）最大起動電流Imax=[I02+(Mmax/Mn×Iw)2]1/2

（Mmax應不大于0.8λm×Mn）式中：In-----------電動機額定電流；

Mn---------電動機額定轉矩；cosφ-----電動機額定功率因素；

M-----------基本負載轉矩；

Mmax--------最大起動轉矩。（1）無功電流I0=(In-Incos?)1/251采用整流回饋公用直流母線多傳動方式時，整流回饋單元電流應考慮可能同時工作的幾個機構所產生的最大工作電流及額定工作電流，其電流計算方法請參考正文7.8.4.3起重機的額定工作電流與7.8.4.4起重機最大工作電流。采用制動單元方式時，制動單元的最大制動功率應大于電機的峰值制動功率，對于起升機構還應校核制動單元的長期制動功率，其值應大于下降時的額定回饋功率。采用整流回饋公用直流母線多傳動方式時，整流回饋單元電流應考慮52變頻調速采用制動單元時，制動電阻器的阻值應不小于制動單元限定的最小阻值（見制動單元樣本）,且要滿足在加減速時間內所需的最大功率值，電阻器接電持續率及功率值與機構有關。a）起升機構制動電阻器在JC=100%下的功率值應不小于下降時的額定回饋功率，即約為：

PN×η2；起升制動電阻器最大制動功率VD2/R應不小于峰值制動功率，約為：2PN

變頻調速采用制動單元時，制動電阻器的阻值應不小于制動單元限定53b）運行機構制動電阻器的阻值通常可按制動單元樣本提供的最小阻值取值，電阻器最大功率VD2/R應大于電動機最大制動功率Pmax，Pmax=Mdqne/9550。電阻器的功率值應為:

1/4*Pg*

(Mdq2-MZ2)/(Mdq2+MZ2)，該功率值下的相應JC值同電機JC值。當電阻容量不大時，可忽略(Mdq2-MZ2)/(Mdq2+MZ2)按1/4*Pg取值。其中：Pg

=Pn-Pz,

Pg為等效發熱慣性功率Pn為電機額定功率Pz為阻性功率b）運行機構制動電阻器的阻值通常可按制動單元樣本提供的最小阻54圖中陰影部分為1個周期內制動功率；右圖是基于電動機起制動期間均以最大啟動轉矩工作，所以制動時間較啟動時間更短。圖中陰影部分為1個周期內制動功率；55

c）當已知電阻器阻值R，功率P，直流母線電壓VDC后，電阻元件在相應JC值下的電流值應不小于：I2=P/R

c）當已知電阻器阻值R，功率P，直流母線電壓VDC后，電56起重機起升、大小車運行機構制動行程計算對于起升機構：1、S=V/100其中V為起升機構平穩下降或上升速度（M/MIN）一般下降制動行程控制在50-100mm為宜。2、大車制動行程：Smin=V*V/5000Smax=8V/120其中V為大車機構平穩運行速度（M/MIN）。3、大車制動行程：Smin=V*V/5000Smax=6V/120其中V為小車機構平穩運行速度（M/MIN）。起重機起升、大小車運行機構制動行程計算對于起升機構：57《起重機設計規范》電氣部分《起重機設計規范》電氣部分58主要內容一、電源與供電二、電氣保護三、控制系統四、電機選擇附錄P：電機初選附錄R：電機過載校驗附錄S：電機發熱校驗五、裝置及電阻器選擇主要內容一、電源與供電59一、電源與供電對電網電壓波動范圍按GB5226.2中4.3.2交流電源的電壓波動范圍規定為：在正常工作條件下，供電系統，在起重機械饋電線接入處的電壓波動不應超過額定值的±10%的要求，但FEM標準中規定為±5%，建議在應用中盡可能要求用戶的供電電源符合±5%的國際通用要求。一、電源與供電對電網電壓波動范圍按GB5226.2中4.3.60對供給起重機的電源要求采用3φ+PE的供電系統，強調了要提供接地線，軌道將不得作為接地保護回路。原GB/T3811規定可以無PE線，軌道接地可作為起重機接地回路；因為當接地電流流經軸承和滾輪時，由于接地電阻較大，會提高起重機結構對地電位，從而影響人身安全。同時，對地電流經過軸承時也會對軸承造成一定的損壞，考慮上述因素并參考FEM標準，故本次修訂時，要求供電電源提供PE線。對供給起重機的電源要求采用3φ+PE的供電系統，強調了要提供61二、電氣保護超速保護整定值取決于控制系統在下降最高速度時系統的控制狀態，若系統為速度閉環控制，其靜態速度精度較高，超速保護整定倍數可為1.25（也可達1.1，視系統而定），若系統處于開環狀態，其速度精度較差，通常超速整定倍數約為下降額定速度的1.4倍。接地保護在本規范中規定了車輪、滾輪、鉸接等均不能作為接地導體，必須設專門的接地線，以提供接地電流通路，且建議整車設專用接地線至所有用電設備。

二、電氣保護超速保護整定值取決于控制系統在下降最高速度時系統62線路保護與分支線路配電主要包括兩重含義：a）分支線路應設置斷路器保護，以避免分支線路出現短路時事故上擴及不能及時分斷故障回路。b）除我們通常概念上對用電設備進行保護外，對長距離電纜也要進行保護，斷路器應在其下方任一回路發生短路或接地時能夠自動分斷。

線路保護與分支線路配電主要包括兩重含義：63起重機構電動機應設置定子異常失電保護功能，當調速裝置或正反向接觸器故障導致電動機失控時，制動器應立即抱閘。為確保制動器抱閘，制動接觸器輔助觸點應反饋至控制系統，確認制動接觸器可靠分斷，否則斷開總接觸器。起重機構電動機應設置定子異常失電保護功能，當調速裝置或正反向64三、控制系統電氣控制部分在修訂時，其內容包括了原GB3811-1983，FEM相關部分的內容，同時增加了變頻調速和調壓調速的說明。(對吊鉤起重機，當起升機構的工作級別為M4、M5和M6，且額定起升速度≥5m/min時要求制動平穩，應采用電氣制動方法，保證在0.2～1.0G范圍內下降時,制動前的電動機轉速降至同步轉速的1/3以下,該速度應能穩定運行.)三、控制系統電氣控制部分在修訂時，其內容包括了原GB381165調壓調速系統：調壓調速系統：66

系統特點：1）低速區域（通常n≤50%ne）為速度閉環控制，高速區域為開環控制；下放高速檔為超同步運行，實現回饋制動。2）若采用編碼器作為速度反饋信號，可實現低速區域的靜態高精度速度控制，但由于調壓調速系統動態特性曲線太軟，即：動態速降大，所以調壓調速系統較適用于起升機構，而不太適合用于運行機構。系統特點：67

3）調壓調速系統在任何速度上的允許運行時間相對于電阻器的發熱時間常數來講，均為長期。故電阻元件的接電持續率應按100%選用。但由于上升和下降時，機械傳動效率相反，電動機的工作電流不等，所以電阻元件在JC=100%下的電流值為：I上=

IN；I下=

IN×η2。

3）調壓調速系統在任何速度上的允許運行時間相對于電阻器68變頻調速系統變頻調速系統69

系統特點：1）變頻調速系統可實現額定頻率以下恒轉矩調速及額定頻率以上恒功率調速，弱磁升速范圍取決于電機允許的最高運行轉速及在最高轉速下輸出的轉矩能否滿足負載的加速要求。2）動態特性較硬，即：動態速降小，因此適用于起升及運行機構。運行采用變頻調速較采用調壓調速系統其速度穩定性更好。3）變頻調速采用開環還是閉環控制，對于在起重機上的應用來講最大的差別在于閉環控制起動轉矩更大，低速運行更平穩，調速范圍更寬。一般起升采用閉環控制，運行采用開環控制。系統特點：70對于有機械偶合的多電機傳動（如大容量起升機構采用大減速機方案由兩臺電動機拖動，大車運行機構前后兩組電動機通過車輪和軌道的偶合），當采用兩套驅動裝置并分別構成閉環控制時，兩套驅動裝置之間應設置負荷均衡控制功能，在起重機上，通常可采用如下兩種負荷均衡方式：①主裝置為速度閉環控制、從裝置為轉矩控制的主從控制方式②采用下垂軟化特性功能、兩臺裝置相對獨立的負荷均衡方式對于有機械偶合的多電機傳動（如大容量起升機構采用大減速機方案71對于兩臺（或兩組）電動機有同步要求時，可根據應用情況采用下列同步控制方式：①速度閉環控制、同步賦予相同的速度給定值、絕對位置點標定與校正。③速度閉環控制、同步賦予相同的速度給定值、采用絕對式編碼器實時位置檢測校正、絕對位置點標定。當起升機構采用星行傳動時，兩臺電機應采用順序啟動方式即：0~50%速度范圍由一臺電機運行，50%~100%另一臺電機啟動，兩臺電機同時運行。回轉機構采用變頻控制方式時，由于負載慣性大且通常工作在起、制動狀態，為起、制動平穩，減少機械沖擊，變頻系統應采用轉矩控制方式。對于兩臺（或兩組）電動機有同步要求時，可根據應用情況采用下列72四、電機選擇在進行電動機容量選擇時，必須對電動機的過載和發熱能力進行計算與校驗。所選電動機應同時滿足過載和發熱的功率計算值。以二者計算值的較大值為準，作為選擇電動機的計算依據。在考慮工作環境條件等影響因素后，最終選取電動機。具體方法見附錄P電動機的初選、附錄R電動機的過載校驗和附錄S電動機的發熱校驗。四、電機選擇在進行電動機容量選擇時，必須對電動機的過載和發熱73附錄P：電機初選起升電動機初選：1).計算穩態起升功率：PN=PQ×Vq/1000/η2).計算S3、JC=40%基準工作制下所需的電動機功率：Pn≥KPN式中：K——作業頻繁系數，與機構工作級別對應，見表1；Pn——S3、JC=40%下電動機額定功率。

附錄P：電機初選起升電動機初選：74表1作業頻繁系數機構工作級別

M5以下M6M7M8K0.9~1.01.01.21.3注：M5及以下K值可選1是因為太小的K值會在負荷試車的靜載試驗時，機構不能起吊1.25倍額定載荷。

表1作業頻繁系數機構工作級別M5以下M6M7M8K0.975

3）電動機在不同工作制下功率值的折算將S1工作制下的電動機功率值折算到S3JC=40%或S3JC=60%下的電動機功率值可參考下式折算：P40≈1.15~1.2PS1P60≈1.05~1.1PS1對于不同的電動機，其折算系數略有不同，若需知道準確折算值，需向制造商索取3）電動機在不同工作制下功率值的折算76起升電機初選舉例例1：某起升機構額定起重量100t、吊具重5t、額定起升速度6m/min、電動機額定轉速730r/min、變頻調速方式、供電電壓380VAC、機構工作級別M7、機構總效率η=0.87、環境溫度40℃、海拔低于1000m。1）穩態計算功率:PN=PQ×Vq/1000/η=(100+5)×6/6.12/0.87=118.3kw2）電動機基準工作制下的功率值：1.2×118.3=142kw（S3JC=40%）

起升電機初選舉例77

3）電動機初選：

根據用戶要求采用西門子變頻電動機,折算到S1工作制下的功率為：PS1≥P40/1.2=142/1.2=118.3（kw）選取：1LG4318—8AB132kwS13）電動機初選：78運行機構電動機初選1）計算穩態運行功率：PN=PJ×VY/1000/η/m2）計算S3

JC=40%基準工作制下所需的電動機的功率值：Pn≥KPN式中：K——綜合運行速度所體現的作業頻繁程度和慣性功率對發熱影響的綜合因素系數，見表2。

運行機構電動機初選79表2綜合因素系數（僅對室內軌道式運行機構）

運行速度(m/min)≤30

6090120150180加速時間ta（s）

566.5(8)

7.5(10)

8(11.5)9(12)K1.21.62(1.8)2.2(2)2.4(2.1)2.6(2.2)注：該表取自設計手冊，括號內值為推薦值。

對于室外軌道式運行機構由于考慮了風阻因素，K值取1.1~1.3。表2綜合因素系數（僅對室內軌道式運行機構）運行速度(m/80

運行機構穩態運行功率（靜阻功率）與總質量（M）、速度、摩擦系數等有關，慣性功率與總質量、速度、加速度（加速時間）有關，通常速度取值也是基于作業頻繁程度（工作級別），那么可以通過給穩態運行功率乘以大于1的綜合因素系數K，以體現慣性功率與作業頻繁率對電動機發熱的影響，該系數也是經過了實踐驗證的。

運行機構穩態運行功率（靜阻功率）與總質81運行機構電動機初選舉例例1：橋式起重機小車運行機構自重200t、額定起重量550t、額定運行速度30m/min、機構工作級別M6、m=4臺、總效率η=0.9、電動機額定轉速975r/min、Kh=1、Kt=1。

1）計算穩態運行功率（靜阻功率）：PN=Pj×Vy/1000/η/m

=(10×1.5)(200+550)×30/6120/0.9/4=15.3KWPn≥KPN=1.2×15.3=18.36KW(S3JC40%)

2）初選電動機：4臺，型號：YZP200L-622kwS3JC=40%

運行機構電動機初選舉例82附錄R：電機過載校驗以變頻電動機為例進行過載校驗說明。當機構設計完成電動機初選后，電氣設計應對電動機進行過載和發熱校驗。電動機過載校驗的準則是：所選電動機的最大加速（起動）轉矩應不小于機構加速所需的最小加速轉矩。當機構有部分（單個或單組）電動機運行或其他特殊工況要求時，一定要計算在這些特殊工況要求下所需的電動機的最小加速轉矩值。

附錄R：電機過載校驗以變頻電動機為例進行過載校驗說明。83

當采用變頻閉環矢量（或DTC）控制時，基速內可實現恒轉矩控制。系統可做到以最大恒定轉矩加速，而調壓調速或其它針對繞線電動機的控制系統，其加速過程是延鋸齒特性線進行的，所以過載校驗時，要注意鋸齒線根部對加速最大負載時的影響關系。為了保證電動機的安全運行，電動機的最大運行（起動）轉矩與顛覆轉矩之間應保留30%的安全距離，即：Mmax/

λm/Mn≤1/1.3或Mmax≤0.8λmMn

當采用變頻閉環矢量（或DTC）控制時，基速內可實現恒轉矩84

對于變頻閉環矢量（或DTC）控制的電動機，可以不考慮電壓波動對電動機最大起動轉矩的影響。對于工作級別（M）較低的機構，由于初選時的系數K取值較小，所以要更加注意做好過載校驗對于變頻閉環矢量（或DTC）控制的電動機，可以不考慮電壓85起升機構電動機過載校驗

在電動機初選時（見6.1.1.1.3.2）對變頻電動機n=0時的最小起動轉矩的要求是：Mdmin≥1.4MN……………（86）但在實際應用中考慮到110%動載試驗和125%靜載試驗對起動轉矩的要求，通常情況下，選擇Md=1.7MN，對于公式：Pn≥H/m/λm×PQ×Vq/1000/η…..（87）

變頻電動機取H=2.2，其取值依據如下：起升機構電動機過載校驗86

當所選電動機額定功率Pn=PN時，H的物理意義是：只要所選電動機的最大轉矩倍數λm≥H，則過載校驗通過，或者說，在Pn=PN時，H的取值是對所選電動機轉矩倍數的最小要求值。因為，所選電動機的λm=2.2時，考慮最大運行轉矩與顛覆轉矩間留30%的安全距離，該電動機能夠輸出最大起動轉矩為：Mmax=λm×MN/1.3=2.2×MN/1.3≈1.7MN這就是H=2.2的來源。從過載校驗公式（87）可以看出，僅從過載能力要求來講，所選電動機額定功率值與其最大轉矩過載倍數是可以相互轉化的。當所選電動機額定功率Pn=PN時，H的物理意義是：只87起升機構電動機過載校驗舉例

例1：對起升機構電動機初選中的例1進行過載校驗。已知：額定起重量105t，額定起升速度6m/min，η=0.87，m=1臺，電動機：1LG4318—8AB132kwS1λm=2.9。按過載校驗公式計算：Pn≥H/m/λm×PQ×Vq/1000/η=2.2/2.9×105×6/6.12/0.87=90KW所選電動機Pn=132kw≥90kw過載校驗通過。

起升機構電動機過載校驗舉例88

例2：本例1中起重機正常工作時起重量為105t、工作級別為M7、若還有一種特殊工況，要求在工廠設備安裝或檢修時偶爾要吊裝170t載荷，則過載校驗計算為：Pn≥H/m/λm×PQ×Vq/1000/η=2.2/2.9×175×6/6.12/0.87=149.6KW由于170t載荷為偶爾吊裝，根據機構設計計算原則中6.1.1.1.3.2起升機構電動機產生轉距的最低要求，對于變頻控制的電動機：Md≥1.4MN

對于特殊情況，電動機可以1.4MN的平均加速轉距加速，此時最小H取值為，H=1.82，取H=1.9，則特殊情況下，過載校驗計算可為：例2：本例1中起重機正常工作時起重量為105t、工作89

Pn≥H/m/λm×PQ×Vq/1000/η=1.9/2.9×175×6/6.12/0.87=129.2KW經進一步驗證，所選電動機Pn=132KW≥129.2KW，過載校驗通過。設計時還應注意，當起吊170t負荷時，穩態起升功率為：Pn=PQ×Vq/1000/η=175×6/6.12/0.87=197KW電動機的最小起動轉距倍數為：Mdq/Mn=197×1.4/132=2.1倍

Pn≥H/m/λm×PQ×Vq/1000/η90

電動機最大轉距倍數為：

λm=2.9，2.9/2.1=1.38≥1.3（安全裕度滿足）當起吊170t負荷時，電動機起動轉距為2.1Mn。最大工作電流按相關公式計算。變頻器應能夠提供相應的最大工作電流，且應采用速度閉環控制以確保起動轉矩。

電動機最大轉距倍數為：91

例3：本例1中起重機正常工作時起重量為105t、工作級別為M7、若還有輕載高速工況，要求在工廠設備安裝或檢修時吊裝40t以下載荷時，速度由6m/min升為12m/min，則過載校驗計算為：例3：本例1中起重機正常工作時起重量為105t、工作級92

1）重載低速工況下的過載校驗同例12）輕載高速工況下的過載校驗：a)電機最大運行轉速為2×730r/min=1460r/min1LG4318-8AB電機最大允許轉速為2500r/min最大運行轉速校驗通過b)最大速度點過載校驗PN=45×12/6.12/0.87=101.4KWMN/Mn=(101.4/12)/(132/6)=0.380.38×1.4×4×1.3=2.77≤2.9(λm)高速點過載校驗通過1）重載低速工況下的過載校驗同例193軌道運行式運行機構電動機過載校驗

軌道式運行機構電動機過載校驗中變頻調速電動機λAS的確定，在GB/T3811-1983《起重機設計規范》中，運行機構電動機過載校驗引入λAS概念，不同種類的電動機具有不同的λAS值，那么它的基礎是認定不同種類的電動機一定可以產生λAS的平均加速轉矩，而沒有給出電動機的λm至少應是多大。比如：繞線電動機的λAS取1.7，實際上是認為繞線電動機的最大起動轉矩約為2.2Med時，平均加速轉矩可達1.7Med，這樣電動機的λm應不小于2.5；對于變頻調速電動機，通常情況下能達到軌道運行式運行機構電動機過載校驗94

1.7Med倍的加速轉矩，這樣變頻電機的最大過載倍數λm應不小于1.7/0.8=2.2，式中0.8含義同上。電動機的過載校驗公式：PN≥1/m/λAS{[P∑(ω+ma)+PWⅡ]×Vy/1000/η+

∑Jn2/91200/tq}…............................（88）

從公式（88）可以看出：阻性功率P阻與慣性功率P慣之和除以電動機所能提供的平均加速轉矩λAS，所選電動機功率值不小于該值，則過載校驗通過。進行運行機構過載校驗時，慣性功率的大小與設計所要求的加速時間有關，所以應合理選擇加速時間，以選取合理的電動機功率。1.7Med倍的加速轉矩，這樣變頻電機的最大過載倍數95軌道運行式運行機構電動機過載校驗舉例例1：對運行機構初選應用舉例1進行過載校驗。已知：橋機小車運行機構自重200t、額定起重量550t、額定運行速度30m/min、機械轉動效率η=0.9、加速度a=0.126m/s2、加速時間ta=4s;電動機YZP200L-622kw、m=4臺、λm=2.8，取λAS=1.7（對于λm=2.8，可取至λAS=2.1）。運行機構電動機過載校驗計算：PN≥1/m/λAS{[P∑(ω+ma)+PWⅡ]×Vy/1000/η+∑Jn2/91200/tq}軌道運行式運行機構電動機過載校驗舉例96

將上式換算成工程單位計算，且PWⅡ=0，ma與ω綜合取值：PN≥1/m/λAS×(Gn+G)×(gω+1.2a)×Vy/60/η=1/4/1.7×(550+200)×(9.86×0.0085+1.2×0.126)/60/0.9=14.4KWPn=22kw≥PN=14.4KW，過載校驗通過

將上式換算成工程單位計算，且PWⅡ=0，ma與ω綜合97附錄S：電動機的發熱校驗

對于YZR電動機仍可采用JC、CZ和G值進行發熱校驗。但對于變頻電機和繞線電機均可依據機構工作級別所對應的等效接電持續率作為發熱校驗的依據。只要電機在機構相應等效接電持續率下的功率值大于機構的計算功率，則發熱校驗通過。附錄S：電動機的發熱校驗對于YZR電動機仍可采用JC、CZ98表3工作級別與接電持續率的對應取值關系電動機在不同工作制下功率折算值見《釋義》附錄P中的給出值。機構工作級別≤M4M5,M6M7M8電動機工作制S3,25%S3,40%S3,60%S1表3工作級別與接電持續率的對應取值關系機構工作級別≤99起升機構電動機發熱校驗起升機構計算功率即為穩態運行功率（靜功率）：PN=PQVq/1000/η…………（89）所選電動機在相應接電持續率下的功率值不小于計算功率即Pn≥PN，則發熱校驗通過。由于起升機構要求進行110%動負荷和125%靜負荷試驗，在此，給出工作級別與接電持續率的對應取值關系，見表3，以供參考。起升機構電動機發熱校驗100起升機構電動機發熱校驗舉例例1：對起升機構電動機初選中的應用舉例1進行發熱校驗。已知：額定起重量100t、吊具重5t、額定起升速度6m/min、η=0.87、工作級別M7、海拔低于1000m、環境溫度40℃、電動機：1LG4318-8AB132kwS1。電動機靜功率計算：PN=PQVq/1000/η=(100+5)×6/6.12/0.87=118.3kw

起升機構電動機發熱校驗舉例101

機構工作級別為M7、它所對應的電動機工作制為S3JC=60%所選電動機在S3JC=60%下的功率P60≈132kw×1.05≈138kw≥118.3kw，發熱校驗通過。說明：電動機容量選擇宜大點，這樣會提高電動機壽命、可靠性高，降低運行成本要比降低初投資更重要。機構工作級別為M7、它所對應的電動機工102軌道式運行機構電動機發熱校驗運行機構電動機初選時是根據運行速度大小給穩態運行功率（阻性功率）乘以一個大于1的系數得出，且系數為離散值，為了更好更方便地對運行機構進行發熱校驗，經計算對比，當采用公式（90）計算時，所選電動機功率值相對合適。本方法作為校驗方法，可在設計過程中進一步比照對比。運行機構計算功率為：PS=P阻+0.5P慣--------------------------（90）式中：PS-------計算功率P阻------阻性功率即穩態運行功率PNP慣------慣性功率即本標準公式（S.10)軌道式運行機構電動機發熱校驗103

PS=1/m×{[P∑(ω+ma)+PWⅠ]×Vy/1000/η+∑Jn2/182400/tq}中的第二項只要電機在機構相應接電持續率下的功率值Pn≥PS，則發熱校驗通過。該方式使離散系數成為連續，使電動機的選擇與校驗用不同的方法相互驗證。由于P慣仍取決于加速時間ta或者說加速度a的選擇，所以應參照電動機初選中所給出的速度與加速時間關系表選擇加速時間，以計算合理的慣性功率。