礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)提高效能分析研究

[摘 要]從礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)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]礦用隔爆型；三相異步電動(dòng)機(jī)；效能

中圖分類(lèi)號(hào)：TM343+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）17-0031-01

1 概述

電動(dòng)機(jī)的節(jié)能與高效是2l世紀(jì)電機(jī)行業(yè)產(chǎn)品發(fā)展的必然趨勢(shì)，目前包括我國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家，對(duì)電動(dòng)機(jī)的節(jié)能均給予高度重視，美國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)家以及歐洲都制定了有關(guān)電動(dòng)機(jī)的能效標(biāo)準(zhǔn)。歐盟要從今年起將高效率電機(jī)作為強(qiáng)制性最低標(biāo)準(zhǔn)。新的IEC60034--30標(biāo)準(zhǔn)將電動(dòng)機(jī)的效率分為IEl、IE2、IE3、1E4共4級(jí)，基本上是在損耗降低15%-20%的基礎(chǔ)上形成高一等級(jí)的效率指標(biāo)。

目前節(jié)能降耗已經(jīng)成為我國(guó)政府的重點(diǎn)工作。按照計(jì)劃，十一五”期間，單位GDP的能耗要降低20%，污染物排放量降低10%。顯然，提高電機(jī)能效是節(jié)能工程非常重要的—個(gè)方面。電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程已經(jīng)成為“十一五”期間的十大重點(diǎn)節(jié)能工程之一。資料顯示，我國(guó)80%以上的電機(jī)產(chǎn)品效率比國(guó)外先進(jìn)水平低2-3個(gè)百分點(diǎn)，我國(guó)目前廣泛應(yīng)用的Y系列電動(dòng)機(jī)效率平均值為87.3%；而美國(guó)高效電動(dòng)機(jī)的平均值為90.3%，其近幾年推出的超高效電動(dòng)機(jī)的效率高達(dá)91.7%。我國(guó)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的能源節(jié)約存在著巨大的提升潛力。我國(guó)的高效率電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)頒布并正進(jìn)行著實(shí)施，2006年12月，我國(guó)頒布了《中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》。雖然礦用電機(jī)在節(jié)能技術(shù)方面，新材料、新技術(shù)、新工藝研究也一直沒(méi)有停止，但來(lái)自煤炭科學(xué)研究總院上海分院檢測(cè)中心試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)表明，目前，礦用電機(jī)效率不達(dá)標(biāo)，或吃容差的比例相當(dāng)高。神東煤炭公司在礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)方面也做了大量的研究工作，進(jìn)行不斷的創(chuàng)新和改進(jìn)，并與多家科研單位和院所合作，對(duì)提高礦用電機(jī)能效方面不懈努力。

2 礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)

2.1 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(chǎng)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。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(zhǎng)度尺寸大，同時(shí)殼體必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。

2.2 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)。

2.3 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(lái)控制實(shí)現(xiàn)。

2.4 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(chē)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。

3 提高效率的措施

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電力工業(yè)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，這就帶動(dòng)了電力用煤量的大力增長(zhǎng)，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(zhǎng)。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(wèn)題，各國(guó)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）降低定子繞組的銅損耗

定子繞組的銅損耗為：p=mIR，它在電機(jī)損耗中占有相當(dāng)大的比例，對(duì)提高電動(dòng)機(jī)的效率非常關(guān)鍵。

1）適當(dāng)縮短定子端部長(zhǎng)度。這就是既要求在線圈的繞制、嵌線有較高的工藝手段作保證，又要對(duì)沖片的疊壓質(zhì)量也有較高的要求，同時(shí)齒部彈開(kāi)度要盡可能低，還要嚴(yán)格保證槽型尺寸，定子沖片的毛刺要小，保證疊片整齊提高疊片質(zhì)量與定、轉(zhuǎn)子復(fù)式模質(zhì)量。

2）槽絕緣減薄。目前國(guó)外已將槽絕緣減薄到0.2mm，我國(guó)0.2mm的槽絕緣耐壓水平現(xiàn)已能滿足要求，關(guān)鍵是從工藝生產(chǎn)與安裝上，要求定子槽型必須整齊、無(wú)毛刺。

3）盡量提高槽滿率。這主要是在設(shè)計(jì)中適當(dāng)增大線徑，以減小繞組電阻，降低損耗。

（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)。鐵損耗約占總損耗的25%，主要包括定子鐵損耗和轉(zhuǎn)子鐵損耗，由交變的主磁通在定子或轉(zhuǎn)子鐵芯中產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗組成。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子磁通變化率很低，轉(zhuǎn)子鐵芯損耗可以忽略不計(jì)。應(yīng)采取如下措施：

1）采用低損耗的硅鋼片。采用冷軋硅鋼片，盡量選用低損耗牌號(hào)的熱軋硅鋼片，如DR420、DIL360等。

2）調(diào)整槽型。是指使定子軛部與齒部的磁密不要飽和，或加長(zhǎng)鐵芯，降低磁密，使鐵耗穩(wěn)定在較低范圍內(nèi)。

3）沖片進(jìn)行氧化處理。主要使渦流損耗穩(wěn)定在一個(gè)合理范圍內(nèi)，比如硅鋼片的退火處理，使電機(jī)鐵耗可降低10%左右。

（3）降低轉(zhuǎn)子鋁耗

在轉(zhuǎn)子各部分磁密分布合理的情況下，采用大截面積的轉(zhuǎn)子槽型和加大端環(huán)截面，或加大鋁的純度，以降低轉(zhuǎn)子電阻。

（4）降低機(jī)械摩擦損耗

機(jī)械損耗包括風(fēng)扇及通風(fēng)系統(tǒng)的損耗、空氣摩擦損耗、軸承摩擦損耗、密封圈摩擦損耗及機(jī)械偏心引起的損耗等，主要措施為：

1）降低風(fēng)磨耗。這主要是改進(jìn)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，即在保證風(fēng)壓與風(fēng)速的情況下，減小風(fēng)扇的外徑。在不要求雙向轉(zhuǎn)速時(shí)，可以采用軸流式風(fēng)扇，研究表明，在同樣情況下軸流式風(fēng)扇的損耗要比離心式風(fēng)扇的損耗低20%。

2）選用大游隙高效深溝球軸承。研究文獻(xiàn)表明，可以適當(dāng)減小軸承使用規(guī)格，把一個(gè)軸承從6205改為6204，其摩擦轉(zhuǎn)矩將根據(jù)不同密封方式減小4%～7%；依照負(fù)載的情況，對(duì)一臺(tái)電機(jī)中普通軸承6303的游隙進(jìn)行優(yōu)化，可以使摩擦轉(zhuǎn)矩的差異達(dá)到20%；在一定的電機(jī)速度、負(fù)荷條件下，合適的油脂選擇也可以將6205-2Z的摩擦轉(zhuǎn)矩最大減小18%；深溝球軸承在相應(yīng)的電機(jī)工況下，當(dāng)其偏心0.25時(shí)，摩擦轉(zhuǎn)矩將受到很大的影響。

（5）雜散損耗

1）改進(jìn)槽配合。增加定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)和采用相帶諧波較小的正弦繞組，從設(shè)計(jì)上可降低雜散損耗。

2）采用磁性槽楔。與普通槽楔比較，磁性槽楔可以使卡氏系數(shù)大大減?。ù蠹s可以下降30%-10%不等），減少鐵耗和脈振損耗，不僅提高了效率，還有利于補(bǔ)償繞組的散熱等。

3）提高加工質(zhì)量。主要是提高電機(jī)零部件的同心度和裝配質(zhì)量。

4）減小定子槽口尺寸。轉(zhuǎn)子槽口減小或改成閉口槽，可以降低脈振損耗。

（6）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。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）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，闡述了礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展前景。防爆電動(dòng)機(jī)主要在一些具有爆炸性氣體的危險(xiǎn)場(chǎng)合中作為傳動(dòng)裝置來(lái)使用，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(guó)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。

（2）電動(dòng)機(jī)是煤礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)中最主要的動(dòng)力設(shè)備，只有熟練掌握判斷電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生故障的原因，從而準(zhǔn)確及時(shí)排除故障，才能為煤礦生產(chǎn)增加有效時(shí)間。同時(shí)，根據(jù)事故現(xiàn)象總結(jié)故障發(fā)生的原因及需要采取的防范措施，加強(qiáng)電動(dòng)機(jī)日常維護(hù)，嚴(yán)把檢修質(zhì)量關(guān)，減少電動(dòng)機(jī)事故，可有效地提高礦井生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王建華等.電氣工程師手冊(cè)（第3版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

作者簡(jiǎn)介：

秦為惠，畢業(yè)于黑龍江煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，助理工程師，研究方向：三相異步電動(dòng)機(jī)。