刮板輸送機用隔爆型變頻調速三相異步電動機設計分析

李林海

（山西義棠煤業(yè)有限責任公司， 山西 介休 032000）

引言

刮板輸送機用隔爆型變頻調速三相異步電動機設計非常重要，設計前要清楚其性能指標，然后確定變頻調速電動機調速方案，確定變頻裝置調速方案等，各項都要符合標準。為了方便分析，下面就以實際案例為例，分析設計中的注意事項、要點和難點，提高電動機性能，保證其各項指標都合格。

1 隔爆型電動機的特點和調速方案

1.1 隔爆型變頻調速三相異步電動機的特點

這種電動機對性能有明確的要求（見表1），其額定功率是400 kW，額定的工作電壓是1 140 V，額定的輸出電流是244 A，額定的工作頻率是50 Hz，額定的工作轉速是1 485 r/min，采取的冷卻方式是IC3W7，冷卻使用的水量是2.1 m3/h，電動機使用的海拔不能超過1 000 m，溫度不能超過40℃。該電動機使用了H級絕緣，其定子繞組溫度升值控制在125 K以內。電動機負載、起動、換向過程中，繞組的控制裝置、溫升等都要符合煤礦井下電氣設備的要求，例如其殼體外表溫度控制150℃以內[1]。

表1 電動機主要電氣性能指標的對比分析

1.2 恒轉矩調速方案

三相感應電動機轉速計算公式為n=ns（1-s）=60（f1/p）（1-s）。在這一公式中，p 表示極對數，s代表轉差率，f1表示定子供電頻率，ns表示同步轉速，n表示轉速。當改變定子工作頻率時，其頻率會出現較大變化，對電源頻率進行平滑的調節(jié)，就可以做到感應電動機平滑的調節(jié)，進行變頻調速過程中，主磁通是不發(fā)生變化的，主磁通比正常運行時大，還會導致磁路飽和，導致激勵電流增加，因此其功率因素開始下降。在額定轉速范圍內，使用恒壓頻比進行控制，可以有效保證主磁通不發(fā)生變化[2]。

1.3 分析恒功率調速方案

其輸出功率表達式是T=P/n，在這一公式中，n表示轉速，P表示輸出功率，T表示輸出轉矩。那么就，在這一公式中，T1表示電動機輸出轉矩，Te表示電動機輸出的額定轉矩。功率輸出恒定不發(fā)生變化時，溫升、鐵損是恒功率調速的主要障礙，因此如果在額定轉速以上時，可以降低輸出轉矩，提高頻率，使用恒功率輸出模式。

2 電動機型式試驗結果

完成設計之后，對其進行了實際測試（見下頁表2），發(fā)現定子銅存在較大的損耗問題，為了避免這一問題的發(fā)生，提高電動機的工作效率，必須有效降低定子的電阻，保證定子漏電抗的效果。更改了原有計劃進行定子槽設計中，將其設計成又深又窄，選用線圈時，使用了常規(guī)線圈，但是擺放方式進行了調整，使用了扁平的平放方式，設計中使用電動機時，技術人員特別使用了低頻啟動電動機，這些設計方面的調整，有效提高了整體性能。這樣所設計出的刮板輸送機用隔爆型變頻調速三相異步電動機具有啟動電流小，啟動轉矩大的特點，當增加轉子槽的面積后，提高其工作效率。設計中引入了變頻器技術，該技術可以準確進行電動機速度、電壓的調整，提高操作的靈活性，保證工作的靈敏性。除此之外，引入變頻器技術之后，這一電動機可以進行恒轉矩運行。從當前的情況分析，所有的變頻器就會含有很高的諧波，當不能控制諧波后，對正常的供電網絡產生很大影響，不利于其長期的運行，這一問題在當前的技術條件下無法改變。

表2 電動機額定負載溫升試驗

3 刮板輸送機用隔爆型變頻調速三相異步電動機設計方案

3.1 防爆結構和冷卻結構的設計

安裝電動機主要有平鍵軸伸方式和IMB5法蘭聯接方式，在電動機的后部和上部是電控箱，主要作用是進行變頻控制系統(tǒng)的安裝。在其左右機殼和電控箱對稱位置有兩個凹槽，安裝了隔爆型電纜插銷，避免使用電動機過程中磕碰，進而造成損壞。對于使用的隔爆零件，都要經過壓力是1 MPa的水壓試驗。在隔爆箱體內所有帶電零器件之間的間隙、距離都要滿足相關規(guī)定。安裝變頻器和電動機機座時，可以使用水冷方式。使用Q235A鋼板進行焊接[3]。

3.2 軸電流問題和具體的解決方式

當電動機磁路不對稱時，會出現典型的軸電壓，進而形成低頻軸電流，這一現象在大容量電動機中經常出現，例如其容量是400 kW就會出現這一問題，當磁路不對稱時，在其中容易形成交通磁通，在軸承、端蓋中會產生交流感應電壓，如果這一感應電壓將軸承潤滑劑的絕緣能力破壞之后，電流將會流入回路中。三相正弦電源電壓不平衡會導致配網中出現高頻軸電流，雖然其分量是平衡而且是對稱的，但是其并不是同步的，在實際操作中必然會出現高次諧波。為了有效避免這一問題，引入了整流設備，通過這一設備就可以有效控制上述問題，確保整體運行的安全性，達到理想的設計標準。

3.3 軸電流的危害和預防措施

當電流流入軸承中后出現很大變化，軸承工藝在一定程度上決定了其變化速率。潤滑劑完全浸沒軸承滾珠后，自身開始導電，對軸承潤滑劑油膜產生一定的破壞。除此之外，當磁路不對稱時，就會產生一定的電感應電壓，如果軸承電流密度大于1.5 A/mm后，軸承的性能會發(fā)生惡化，軸承的外套、滾動體等將會出現嚴重的腐蝕。

通過工作總結，當前有效解決軸電流問題主要有以下幾種方法。

1）要求變頻器滿足噪聲和溫度的要求，可以在開關轉換頻率下工作。

2）在條件允許的情況下，可以使用低壓變頻器和低壓電動機。

3）在電動機機座和轉軸之間，可以使用電刷接觸。

4）當負載被軸承電流損壞，可以選用不導電連軸器。

5）使用濾波器可以有效減小共模電壓和電壓變化比。

6）選用絕緣軸承。

7）減弱高頻共模電壓。

8）對軸承電流回路進行修改。

9）確保電纜接線的正確性，保證接地系統(tǒng)的正確性。

4 結語

變頻器和電動機屬于一體的，必須對變頻器進行整體調試。進行整機運行試驗，要求對噪聲、軸承溫度、定子繞組溫升等進行檢測，各項指標都要滿足國家規(guī)定標準，完成監(jiān)測之后，調試后的變頻器就可以在刮板輸送機用隔爆型變頻調速三相異步電動機中使用。

參考文獻

[1]何惠明，楊曉洲，肖紅，等.刮板輸送機用隔爆型變頻調速三相異步電動機設計[J].中國工程科學，2012，14（2）：59-68.

[2]張新春，郭雪飛，馬帥波.YBBP系列（H80～355）隔爆型變頻調速三相異步電動機開發(fā)設計[J].電氣防爆，2011（3）：1-5.

[3]肖立民，劉發(fā)梅，李靜婭.低壓低速大容量絞車用隔爆型變頻調速三相異步電動機的開發(fā)與應用[J].電氣防爆，2010（1）：21-25.