帶寬650mm直行皮帶式輸送機運行時電機發熱嚴重的故障分析

鄒旭光　董亞婷

摘 要:將變頻器運用于皮帶式輸送機的控制,滿載運行時電機工作電流超過額定值,電動機發熱嚴重,故障原因分析。

關鍵詞:皮帶式輸送機變頻器電機發熱V/f調節傳動比

中圖分類號:TD634 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(a)-0127-01

帶式輸送機是一種以摩擦力為驅動力來連續傳輸物料的高效機械設備,在工農業的生產中有著廣泛應用,有著物料運量大、輸送距離長、工作時間連續等優點,而且結構簡單、維修方便、運行可靠,易于實現集中控制和加裝自動化設備。現有一部帶寬650mm的直行皮帶式輸送機,工作條件為:單軸單電機,連續單向運轉,空載啟動,滿載運行,載荷平穩,設計使用年限15年,S7包括電制動的連續周期工作制,工作環境為室內,環境溫度為室溫。運輸帶速允許誤差±5％,輸送帶效率η=0.94-0.96。皮帶工作拉力F=2800N,帶速V=1.6m/s,α=0o,滾筒直徑D=400mm,物料輸送量60t/h。配用電動機型號為YB160M-4,其主要參數為:額定功率P=11kW,額定電壓380V,額定電流22.6A,額定轉速1440r/min,絕緣等級:B,防護等級為IP44。

隨著電力電子技術的不斷發展,變頻調速技術得到了日益完善。變頻器以其卓越的性能和突出的優點,應用越來越廣泛。為了改善設備運行性能、提高生產效率、降低皮帶強度要求、延長設備部件壽命、降低設備維護量、使輸送機實現軟啟動和重載起動,對皮帶輸送機進行技術改造,用變頻器來控制皮帶機的起動和運行。經過計算選型,變頻器選用三菱FR-A540-18.5K-CH型。

當設備安裝完畢,變頻器參數設定好后,通電試車時發現滿載運行時電動機發熱嚴重,用鉗形電流表測得工作電流超過22.6A,但過載保護繼電器沒有動作。問題出在哪里？

故障現象是電機過熱,工作電流超過額定值。造成電機過熱的因素很多,如室溫過高、散熱不良、過負荷、電壓不平衡、缺相、電機受潮、機械卡阻、堵轉、接線錯誤、頻繁起動等等。查找故障原因時分析了以下幾種情況。

第一類情況:停電后檢查電機,由于在加裝變頻器之前該輸送機一直運行正常,所以室溫過高、散熱不良、電機受潮、運動部件被卡阻等等暫時可以被排除。如果是電機缺相運行,啟動時會有強烈的嗡嗡聲,震動增大,有異常響聲,轉速下降,電流增大甚至燒毀電機等現象。這與實際運行情況不符,可以排除。

第二類情況:根據工作電流超過額定電流這一情況,懷疑有可能是負荷過重或三相電壓不平衡等原因造成電機過載發熱嚴重。

(1)當電壓不平衡時電機會發出很大噪聲,運轉時會抖動,軸上輸出功率大大降低,電機發熱不均衡,負荷大時會發生過流故障,保護器頻繁動作。要先檢查電動機側三相電壓是否平衡,再檢查變頻器輸出端的三相電壓是否平衡。如不平衡,則有可能是變頻器內部故障。如果測得變頻器輸出端的三相電壓平衡,那從變頻器到電動機之間的線路上有可能出問題。應檢查相關線路接線等。經過仔細檢查后,確定可以排除三相電壓不平衡情況。

(2)再檢查變頻器的電子熱保護功能預設值是否合理。若電機發熱,但是溫升不高,則有可能是電子熱保護功能的預置值偏保守。如果電子熱保護功能預設值已經設置到最大值,則說明變頻器容量選擇過小,必須更換大容量變頻器。如變頻器容量夠大,則可以放大電子熱保護功能的預設值。經過分析,這個也可以排除。

(3)電機滿載運行時過負荷,電機軸上負荷偏大,表現為電機的溫升過大,發熱嚴重,工作電流大于額定值,過載繼電保護未動作,這與實際運行情況基本相符。對于皮帶輸送機這種恒轉矩類的負載,可能原因是變頻器輸出頻率過低,電機轉矩不足,拖不動負荷,而且電機低頻運行時風扇運行慢,熱量散不出去導致電機溫升異常。這個可以采用以下三種措施來解決。

①更換大容量電機以提高低速轉矩。

電機轉速公式:n＝60f/P

(n為轉速,f為電源頻率,P為磁極對數)

電機功率:P=1.732×U×I×cosφ

(電機是三相對稱負載,U、I分別為線電壓、線電流,cosφ是功率因數)

電機轉矩公式:T=9550·P/n

(T為轉矩,單位N·m,P為輸出功率,單位kW,n是電機轉速,單位r/min)

大容量電機轉矩大,低轉速時機械特性曲線好。

②是增大V/f參數設定,設定“轉矩提升”手動補償參數,在低頻段對電源電壓進行適當補償以提升轉矩。這是因為在下圖中f1是基頻,設置成電動機的額定頻率50Hz。在基頻以下調速屬于恒轉矩調速,此時,電機的機械特性基本上是平行下移的,在頻率較低時最大轉矩將減少,滿載啟動運行時候會過負荷,電機發熱。

③通過加大傳動比的方式來提高變頻器輸出頻率,增加轉矩,以減輕電動機軸上的負荷(如圖1)。

通常把電動機輸出軸的轉速與負載輸入軸的轉速之比稱為傳動比。假設負載轉矩的傳動比為TL,原來的傳動比為λ,改變后的傳動比是λ'',那么在原傳動比的情況下,折算到電動機軸上的負載轉矩折算值,如下。

T''L1=TL/λ

傳動比改變后,折算到電動機軸上的負載轉矩折算值,如下。

T''L2=TL/λ''

當λ''>λ時,T''L2

綜上所述,老設備改造升級時,要全盤細致考慮系統各部分匹配情況,不能簡單地把新老設備生堆硬砌接到一起,否則就可能會出問題。

參考文獻

[1] 曹菁．三菱PLC、觸摸屏和變頻器應用技術[M]．機械工業出版社.

[2] 丁斗章．變頻調速技術與系統應用[M]．機械工業出版社.