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影响矿下防爆电机温升的主要因素

发布日期:2021年04月19日 信息来源:/ 点击数:

 矿井隔爆电机随着采煤机械化程度的提高,不仅对电动机的性能提出高要求,而且对电动机的质量和可靠性又提出了更高的要求,而电机温升过快是制约隔爆电机发展的一个重要的因素,因此控制隔爆电机温升成为一个迫切解决的问题。

影响电机过热的多方面的原因,但总的来说主要有两个大的方面:电机的周围外在因素和电机的内部设计原因。

电机的周围外在因素

1.1  工作环境的恶劣

煤矿井下环境十分恶劣,空气中含有瓦斯、一氧化碳等易燃、易爆气体和煤尘。近年来,为了保证矿井及矿工的人身安全,防止煤矿爆炸等重大事故的发生,国家不断加大对煤矿安全生产的管理力度,矿井 井下开采区电器设备大都采用矿用隔爆型及增安型电器设备,电器设备防爆改造已成为煤矿的重中之重。长时间的环境湿度会使电机内部进入水汽,从而使定子绕组绝缘得到破坏,电机的温升会急剧增加,导致定子绕组的烧毁。而大量的粉尘、烟雾会使电机通风不畅,是电机的热量得不到很快的散发使电机 温升过高。

1.2  电机的频繁启动和过载运行

电机在设计过程中会有一个额定负载,只有在额定负载范围内,电机才能安全平稳的运行。但由于设备符合的不均匀,电机负载情况也不同。例如,在采煤机工作过程中往往会遇到硬煤层,而为了保证煤炭的产量,人们往往会过载运行,这样会使电机的负载转矩增加,而电机的电磁转矩也要增大与之平衡,这就要导致电机定转子电流增大,造成电机过热,电机温升升高。另外采煤设备在采煤时,常常会遇到阻碍物,大的硬块,这样就导致采煤设备常常停机清理,这样就形成了电机的频繁启动,电动机在接通电源时,启动电流一般为额定电流的5~7倍,根据 Q额=I2额x R x t公式的,启动瞬间产生的热量约为额定的30多倍。如果这时没有好的散热措施,定子温升很快就升到或超过额定值,从而使电机温升急剧升高。

电机的内部设计原因

(1)电机在运行中要产生损耗,这些损耗以热能的形式表现在电机内部,从而使电机温升升高。所以降低电机这些损耗成为降低电机温升,提高电机效率的有效措施。电机的损耗主要有定子和转子的基本铁耗、附加损耗、电气损耗和机械损耗等。

电磁设计在电机设计中起到决定性作用,而电磁负荷又成为控制电机温升的主要因素,因此电机设计中应尽可能的降低电磁负荷值,以减小电机损耗。电机的主要参数之间的关系

 影响矿下防爆电机温升的主要因素

式中:PN为效率;η为功率因素;COS(Φ)由电机设计技术要求规定,而电势KE、转速n、计算极弧系数α/ P、定子绕组系数KdpKnm,一般在较小的范围变化。所以电机的主要尺寸D2t1Lef与电磁负荷A、Bδ成反 比,所以在保证电机外部尺寸和机械强度的条件下, 尽可能的利于内部空间,从而使电磁负荷下降,从而降低电机的温升。

(2)矿下隔爆电机一般为感应电机,所以气隙δ大小的确定是非常重要的,它对电机的性能影响很大。由定、转子谐波漏抗公式

 影响矿下防爆电机温升的主要因素

可知谐波漏抗与有效气隙大小成反比。要想降低温升,就要降低附加损耗,即降低谐波,所以要有效的增大气隙,这也是为什么有些一些已生成的电机温升过高时,可以车小转子外径的方法在降低电机温升。但气隙过大会使空载电流增大,电机功率因素下降,起动电流加大。所以要合理的选择气隙是控制温升的一个有效措施。

(3)在改进已生成完的电机的温升时,处理上述 车小转子外径,还可以将定子槽楔改换成磁性槽楔或磁性槽泥。采用磁性槽楔或磁性槽泥可降低气隙磁导谐波的脉振幅值,减小磁导谐波引起的附加损耗,减少有效气隙,降低空载电流和满载电流,改善功率因数,减少铜耗,从而降低绕组温升约3~8K。但要注意的是采用磁性槽楔或磁性槽泥时,会使启动转矩和最大转矩降低6%~15%。所以采用此方案时, 要有效考虑启动转矩和最大转矩的影响。

(4)从多年从事电机大修工作的经验中,很多返修的电机都是定子绕组绝缘的破坏,所以绝缘材料的选择也是控制电机温升很重要的一个因素。我国采用的绝缘等级有A、E、B、F、H五级。当环境温度不超过40℃,海拔不超过1000m时,电机各部的最大允许温度和最大允许温升见表1:

影响矿下防爆电机温升的主要因素
 

由表1可以看出,从A级到H级的材料越来越好,从控制温升的角度来说,当然是选择好的材料, 但他们的价格从A到H也是越来越高,选择好的材料,就意味着提高生产成本。所以在选择材料时,在控制生产成本的基础上,尽量选择好的绝缘材料。

(5)以上主要是从定子绕组,转子上分析原因, 不管定子,转了产生的热量都要通过机座散发出去, 所以机座的散热条件的好坏会直接影响电机的温升。目前我国的电机冷却方式主要有风冷和水冷两种方式。

在风冷设计中,为了保证热量的尽快散热出去, 在转子,定子冲片空间允许的情况下,可以加上通风孔如图1:

影响矿下防爆电机温升的主要因素
 

在转子的两端加有风扇,可以保证通风的畅通, 可以及时的保证把转子的热量散热出去,以免温度过高损坏定子绕组。机座的外圆应有散热筋,散热筋应尽可能的均匀的分布在机座的外圆。这种结构主要用于结构简单,成本较低,通风情况良好的条件中。

随着电机的不断发展,电机后来的发展主要采 用液体冷却方式,常用的冷却方式为油和水,由于油 的比热容和导热系数较小,粘滞系数较大,工作加热 到一定程度后,不利于系统效率的利用,而且造价也较高,相比较而然,水的比热容和导热系数较大,而且矿下水源方便,造价低,所以现在的电机一般采用水冷法。为了更好的散发热量,在机座内部采用水道的形式,从而形成一个良好的循环。现在的水道循环方式主要有周向水路(如图2)和轴向水路(如图3) 两种方式。

 影响矿下防爆电机温升的主要因素

这两种电机设计的优缺点如表2所示:

影响矿下防爆电机温升的主要因素

 

在井下用隔爆电机往往需要将进出口放在一端, 而水压又不成问题,所以一般采用轴向水路。为了降低生产成本,制造工艺简单,一般采用折弯式水道循环,以YBCS-610为例,采用的水道展开图如图4

4折弯式水道展开图

影响矿下防爆电机温升的主要因素
 

这种结构简单,生产成本低,加工方便,散热效果好。为了更好的保证电机的运行,还可在端盖上加入水道,保证轴承温升不要太高而损坏轴承。

(6)除了上述因素会影响电机温升过高外,机械加工精度,装配过程的精度,油封的选择都是对电机温升造成影响,如,轴与端盖的不同心,轴承与端盖的配合过松或过紧,油封太紧,润滑脂过多或过少等都会使电机运行不通畅,从而使温升过高。

本文研究了防爆电机在煤矿井下感应电动机的温升问题,分析了由于电动机的损耗和散热问题所引起的电动机温升增大的原因,并提出了减少损耗和改善散热方面的具体措施,为解决电动机温升问题提供了参考。

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