刮板輸送機(jī)用隔爆型變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)分析

李林海

（山西義棠煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 介休 032000）

引言

刮板輸送機(jī)用隔爆型變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)非常重要，設(shè)計(jì)前要清楚其性能指標(biāo)，然后確定變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)調(diào)速方案，確定變頻裝置調(diào)速方案等，各項(xiàng)都要符合標(biāo)準(zhǔn)。為了方便分析，下面就以實(shí)際案例為例，分析設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)、要點(diǎn)和難點(diǎn)，提高電動(dòng)機(jī)性能，保證其各項(xiàng)指標(biāo)都合格。

1 隔爆型電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)和調(diào)速方案

1.1 隔爆型變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)

這種電動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)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(dòng)機(jī)使用的海拔不能超過1 000 m，溫度不能超過40℃。該電動(dòng)機(jī)使用了H級絕緣，其定子繞組溫度升值控制在125 K以內(nèi)。電動(dòng)機(jī)負(fù)載、起動(dòng)、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(shè)備的要求，例如其殼體外表溫度控制150℃以內(nèi)[1]。

表1 電動(dòng)機(jī)主要電氣性能指標(biāo)的對比分析

1.2 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方案

三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)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(shù)，s代表轉(zhuǎn)差率，f1表示定子供電頻率，ns表示同步轉(zhuǎn)速，n表示轉(zhuǎn)速。當(dāng)改變定子工作頻率時(shí)，其頻率會(huì)出現(xiàn)較大變化，對電源頻率進(jìn)行平滑的調(diào)節(jié)，就可以做到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)平滑的調(diào)節(jié)，進(jìn)行變頻調(diào)速過程中，主磁通是不發(fā)生變化的，主磁通比正常運(yùn)行時(shí)大，還會(huì)導(dǎo)致磁路飽和，導(dǎo)致激勵(lì)電流增加，因此其功率因素開始下降。在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，使用恒壓頻比進(jìn)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(diào)速方案

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

2 電動(dòng)機(jī)型式試驗(yàn)結(jié)果

完成設(shè)計(jì)之后，對其進(jìn)行了實(shí)際測試（見下頁表2），發(fā)現(xiàn)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(dòng)機(jī)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(jì)劃進(jìn)行定子槽設(shè)計(jì)中，將其設(shè)計(jì)成又深又窄，選用線圈時(shí)，使用了常規(guī)線圈，但是擺放方式進(jìn)行了調(diào)整，使用了扁平的平放方式，設(shè)計(jì)中使用電動(dòng)機(jī)時(shí)，技術(shù)人員特別使用了低頻啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，這些設(shè)計(jì)方面的調(diào)整，有效提高了整體性能。這樣所設(shè)計(jì)出的刮板輸送機(jī)用隔爆型變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)具有啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的特點(diǎn)，當(dāng)增加轉(zhuǎn)子槽的面積后，提高其工作效率。設(shè)計(jì)中引入了變頻器技術(shù)，該技術(shù)可以準(zhǔn)確進(jìn)行電動(dòng)機(jī)速度、電壓的調(diào)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(shù)之后，這一電動(dòng)機(jī)可以進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。從當(dāng)前的情況分析，所有的變頻器就會(huì)含有很高的諧波，當(dāng)不能控制諧波后，對正常的供電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生很大影響，不利于其長期的運(yùn)行，這一問題在當(dāng)前的技術(shù)條件下無法改變。

表2 電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載溫升試驗(yàn)

3 刮板輸送機(jī)用隔爆型變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案

3.1 防爆結(jié)構(gòu)和冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

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

3.2 軸電流問題和具體的解決方式

當(dāng)電動(dòng)機(jī)磁路不對稱時(shí)，會(huì)出現(xiàn)典型的軸電壓，進(jìn)而形成低頻軸電流，這一現(xiàn)象在大容量電動(dòng)機(jī)中經(jīng)常出現(xiàn)，例如其容量是400 kW就會(huì)出現(xiàn)這一問題，當(dāng)磁路不對稱時(shí)，在其中容易形成交通磁通，在軸承、端蓋中會(huì)產(chǎn)生交流感應(yīng)電壓，如果這一感應(yīng)電壓將軸承潤滑劑的絕緣能力破壞之后，電流將會(huì)流入回路中。三相正弦電源電壓不平衡會(huì)導(dǎo)致配網(wǎng)中出現(xiàn)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(shí)際操作中必然會(huì)出現(xiàn)高次諧波。為了有效避免這一問題，引入了整流設(shè)備，通過這一設(shè)備就可以有效控制上述問題，確保整體運(yùn)行的安全性，達(dá)到理想的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 軸電流的危害和預(yù)防措施

當(dāng)電流流入軸承中后出現(xiàn)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(dǎo)電，對軸承潤滑劑油膜產(chǎn)生一定的破壞。除此之外，當(dāng)磁路不對稱時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一定的電感應(yīng)電壓，如果軸承電流密度大于1.5 A/mm后，軸承的性能會(huì)發(fā)生惡化，軸承的外套、滾動(dòng)體等將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕。

通過工作總結(jié)，當(dāng)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(guān)轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)。

3）在電動(dòng)機(jī)機(jī)座和轉(zhuǎn)軸之間，可以使用電刷接觸。

4）當(dāng)負(fù)載被軸承電流損壞，可以選用不導(dǎo)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(jìn)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(jié)語

變頻器和電動(dòng)機(jī)屬于一體的，必須對變頻器進(jìn)行整體調(diào)試。進(jìn)行整機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)，要求對噪聲、軸承溫度、定子繞組溫升等進(jìn)行檢測，各項(xiàng)指標(biāo)都要滿足國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，完成監(jiān)測之后，調(diào)試后的變頻器就可以在刮板輸送機(jī)用隔爆型變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)中使用。

參考文獻(xiàn)

[1]何惠明，楊曉洲，肖紅，等.刮板輸送機(jī)用隔爆型變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)[J].中國工程科學(xué)，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(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)[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(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的開發(fā)與應(yīng)用[J].電氣防爆，2010（1）：21-25.