礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)提高效能的設(shè)計(jì)分析

劉樹楠

[摘要]隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展，電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也日益擴(kuò)大，本文針對(duì)目前礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)效能普遍不高的現(xiàn)狀，從礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)的分類出發(fā)，分析討論了提高礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)效能的一些措施及結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)方法，為礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)提供參考。

[關(guān)鍵詞]隔爆；三相異步電動(dòng)機(jī)；提高效能

[中圖分類號(hào)]O442 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0193-02

電動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用于社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，包括工業(yè)、公用設(shè)施以及家用電器等等。一般來說，在工業(yè)大國或者較大的發(fā)展中國家，電動(dòng)機(jī)用電量在國家總用電量中占了一大半。隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電力工業(yè)也有了長足的發(fā)展，這就帶動(dòng)了電力用煤量的大力增長，從而使得礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)的需求量也在持續(xù)增長。然而，在能源危機(jī)的大背景下，電動(dòng)機(jī)的高效與節(jié)能是電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到的問題，各國政府對(duì)于電動(dòng)機(jī)的節(jié)能降耗都給予了高度的重視。

1 礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)的種類

1.1 采煤機(jī)用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)

采煤機(jī)用電動(dòng)機(jī)與普通場合用隔爆電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上有很明顯的不同，采煤機(jī)用電動(dòng)機(jī)本身大多和電控箱一起構(gòu)成整個(gè)殼體，一側(cè)為三相異步電動(dòng)機(jī)，另一側(cè)包括接線箱體和電控箱體。具體結(jié)構(gòu)如（圖1）所示。由于采煤機(jī)工作環(huán)境的特殊性（受到煤層采高的限制），所以采煤機(jī)用電動(dòng)機(jī)最大的特點(diǎn)就是高度較低，長度尺寸大，同時(shí)殼體必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。

1.2 刮板輸送機(jī)用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)

刮板輸送機(jī)用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)需隨刮板輸送機(jī)沿著回采的方向移動(dòng)，所以該種電動(dòng)機(jī)必須具有能夠適應(yīng)和滿足所需的強(qiáng)度要求。電動(dòng)機(jī)功率較低（160KW及以下）時(shí)，一般采用外風(fēng)冷的結(jié)構(gòu)，而當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率較高（160KW以上）時(shí)，電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)采用機(jī)殼水冷式。其中較大功率的刮板輸送通常用機(jī)殼與出線腔焊接為一體的電動(dòng)機(jī)。

1.3 掘進(jìn)機(jī)用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)

掘進(jìn)機(jī)用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)除主切割電動(dòng)機(jī)外，還包括裝載、旋轉(zhuǎn)、行走等一些輔助電動(dòng)機(jī)。由于掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)的不同，采用機(jī)械傳動(dòng)方式時(shí)，所有動(dòng)作分別由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)完成，以液壓方式傳動(dòng)時(shí)，除了主泵以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)外，其他的所有輔助動(dòng)作都由液壓結(jié)構(gòu)來控制實(shí)現(xiàn)。

1.4 其他礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)

除了以上幾種主要的礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)外，還有一些其他的礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)，包括礦井裝載機(jī)械用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)、礦井工作面小型絞車用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)、泵站用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)以及煤電鉆和巖石電鉆等。

2 提高礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)效能所采取的措施1-定子；2-轉(zhuǎn)子；3-軸承內(nèi)蓋；4-軸承32318；5-橡膠油封；6-內(nèi)端蓋；7-后端蓋；8-外端蓋；9-接地螺栓；10-控制線壓緊螺母；11-主接線柱；12-接線室蓋板；13-控制接線座；14-控制室小蓋；15-螺旋水道；16-控制蓋大蓋板；17-前端蓋；18-軸承220；19-油封PD90×

120×12；20-與底托架連接孔；21-固定螺釘

2.1 降低定子繞組的銅損耗

電動(dòng)機(jī)的定子繞組中有著相當(dāng)一部分的銅損耗，在電動(dòng)機(jī)的總能耗中是不可忽略的，銅損耗的公式可以表示成：PCu1-m1I1R1×10-3。從公式中我們不難看出，要想降低銅損耗的值，就要降低定子繞組的電阻值R1及電流值11，又因?yàn)殡娮鑂1=pL/S，那么要降低R1的值就要通過降低導(dǎo)線的電阻率，或者縮短繞組線圈的長度，或者增大線圈截面積來實(shí)現(xiàn)。以上是從理論上來分析降低銅損耗的措施，下面分析在電動(dòng)機(jī)實(shí)際設(shè)計(jì)中的具體實(shí)施。

首先，可以適當(dāng)增大繞線的截面直徑來降低繞組電阻；其次，要提高繞線、嵌線以及沖片疊壓的工藝要求，從而盡可能使得端部的長度尺寸變短；還可以通過適當(dāng)變薄絕緣層的措施來提高槽的利用率，也就是相當(dāng)于增大線圈截面積。

2.2 降低鐵損耗

鐵心是電動(dòng)機(jī)中的核心部件，鐵心材料性能的好壞對(duì)電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能都有直接的影響，并且鐵性材料價(jià)格相對(duì)較高，在電機(jī)成本中占相當(dāng)一部分比重，所以要慎重選擇鐵性材料才能設(shè)計(jì)出高效能高質(zhì)量的電動(dòng)機(jī)。

通常在小功率電機(jī)中是通過采用導(dǎo)磁率比較高的電工鋼片來降低鐵損耗的，然而在功率相對(duì)較大的電動(dòng)機(jī)中，由于電機(jī)的空載電流比較小，所以通過提高鐵勝的磁導(dǎo)率來降低鐵損的效果并不理想?？紤]到鐵心材料在生產(chǎn)廠中進(jìn)行沖剪疊壓的生產(chǎn)過程中，受到了很大的壓力，使得鐵心的單位鐵損值有所增加，并且齒槽中存在的氣隙諧波磁場也會(huì)導(dǎo)致鐵心的表面出現(xiàn)空載高頻損耗，這同樣會(huì)使得電機(jī)的鐵損值大大增加。所以要使盡可能的降低定子的鐵損值，僅僅選擇單位鐵損值較低的鐵心材料是不夠的，還要提高制作工藝水平來控制疊壓的壓力以及采取其他的一些必要措施來從各方面綜合降低鐵損。

如果選用高磁導(dǎo)率（尤其是在中高磁場下還能具備高磁導(dǎo)率以及低的比損耗性能）的優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片，則可以為增大氣隙間的磁通密度、調(diào)整線負(fù)荷值以及線電流值提供條件，這是提高電機(jī)效能的另一種新的可實(shí)施方法。在選用高磁導(dǎo)率和低比損耗的優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片前提下再對(duì)電機(jī)其他結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體的優(yōu)化改進(jìn)，同時(shí)結(jié)合其他相關(guān)技術(shù)可明顯降低定子的鐵損，從而提高電機(jī)的效率。

2.3 降低轉(zhuǎn)子繞組的損耗

降低轉(zhuǎn)子繞組的損耗通常是通過采用截面積較大的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和轉(zhuǎn)子端環(huán)來實(shí)現(xiàn)的。截面積較大的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和轉(zhuǎn)子端環(huán)有著較好的導(dǎo)電率，因此可以降低轉(zhuǎn)子繞組的損耗。

2.4 減少電機(jī)的通風(fēng)損耗

電機(jī)的通風(fēng)損耗在電機(jī)的主要機(jī)械損耗，在所有的機(jī)械損耗中占很大一部分，所以要提高電機(jī)效能，則電機(jī)的通風(fēng)損耗是不可忽略的。要降低電機(jī)的通風(fēng)損耗，首先要保證電機(jī)的風(fēng)路通暢，使風(fēng)路的風(fēng)阻盡可能?。煌瑫r(shí)還可以通過采用軸流式或者后傾式的風(fēng)扇設(shè)計(jì)來降低風(fēng)摩損失，從而提高風(fēng)扇的效率；合理設(shè)計(jì)通風(fēng)風(fēng)路的結(jié)構(gòu)，選擇合適的風(fēng)罩，并保證風(fēng)罩在不變形的情況下良好工作，這些措施也可以降低通風(fēng)損耗提高電機(jī)效能。

2.5 降低其他機(jī)械損耗

其他機(jī)械損耗主要包括有密封圈摩擦損耗、軸承摩擦損耗、空氣摩擦損耗以及機(jī)械偏心引起的損耗組成等。

減少電機(jī)的其他機(jī)械損耗，通常要采用優(yōu)質(zhì)的低摩擦軸承，選擇合適的軸承密封材料和密封方法，軸承間隙大小對(duì)電機(jī)的效能也會(huì)產(chǎn)生影響，所以要合理選擇軸承緊固方法。

結(jié)束語

防爆電動(dòng)機(jī)主要在一些具有爆炸性氣體的危險(xiǎn)場合中作為傳動(dòng)裝置來使用，比如煤炭、化工、石油化工等行業(yè)中，是主要防爆電氣設(shè)備之一。礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)作為防爆電動(dòng)機(jī)中的一個(gè)系列，它的研究和發(fā)展得到了國內(nèi)外很多公司的重視，尤其是在全球處于能源危機(jī)的大環(huán)境下，節(jié)能高效電動(dòng)機(jī)的研究更是重中之重。目前市場上的礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)的效能都還有很大提高的空間，根據(jù)本文的分析，從電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及各種材料的合理選擇出發(fā)可以明顯的提高電動(dòng)機(jī)的效能。

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