起重机械调速及节能比较分析

1.原电力拖动系统的调速方法 起重机械各部分的电力拖动系统，一般都需要调速，由于异步电动机与其他电动机相比，有着无可匹敌的优点：结构简单坚固，易于维护。因此，在变频调速问世之前，已经发明了多种调速方法，获得了广泛应用，例如增大或改变转子回路内电阻的调速、电磁调速电动机等。比较常见的是采用绕线转子异步电动机，其主电路如图9-1所示。调速方法是通过集电环和电刷在转子回路内串入若干段电阻，由接触器来控制接入电阻的多少，从而控制转速。

图9-1 绕线转子异步电动机的主电路

2.绕线转子异步电动机调速时的功率损耗 如图9-2所示，异步电动机的自然特性为曲线①，当负载转矩为T_L时，工作点为A点。转子侧的能量分配如1.7.3节中的图1-29所示，转子回路中的能量损耗是很小的。当异步电动机的转子回路中串入电阻后，机械特性如图9-2a中的曲线②所示。这时，机械特性变软，在转矩不变（仍为T_L）的情况下，电力拖动系统的工作点由A点移至B点，转速由n₁下降为n₂。功率分配情况的变化如下：

图9-2 转子功率分配的比较

a）转子串入电阻时 b）变频调速时

（1）同步转速n₀₁未变，故电磁功率P_M1与未调速前相同。

P_M1=T_Ln₀₁/9550

（2）电动机轴上的转速为n₂，输出功率P_L2将随之下降：

P_L2=T_Ln₂/9550

（3）电动机的功率损耗为

ΔP₂=T_L（n₀₁^-n2）/9550=T_LΔn₂/9550(www.xing528.com)

功率分配如图9-2a右侧所示。可见，功率损耗在电磁功率中所占的比例是相当大的。事实上，转速的下降（或者说，机械功率的减少）是通过在转子回路的外接电阻中消耗能量来实现的，并且，转速越低，机械特性越软，功率损耗在电磁功率中所占的比例也越大，是很不经济的。

3.变频调速时的功率损耗 异步电动机在改变频率后，其机械特性基本上与自然机械特性平行。所以，在不同转速下的转差大致相等，如图9-2b中的曲线③所示，当负载转矩为T_L时，电力拖动系统的工作点为C点。这时

（1）同步转速下降为n₀₂，故电磁功率P_M2也随之下降。

P_M1=T_Ln₀₂/9550

（2）电动机轴上的转速也是n₂，故输出功率P_L2与上面相同，即

P_L2=T_Ln₂/9550

（3）电动机的功率损耗为

ΔP₂′=T_L（n₀₂^-n2）/9550=T_L（n₀₁^-n1）/9550=T_LΔn₁/9550

可见，功率损耗与额定转速时基本相等，如图9-2b右侧所示。

所以，两种调速方法相比，变频调速的功率损耗要小得多，节能效果是十分显著的。

此外，如果变频调速系统再配上电源反馈选件，则在吊钩下放重物时，还可将重物释放的位能反馈给电源，进一步节电。