矿用隔爆型三相异步电动机提高效能分析研究

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[摘 要]随着电力工业的快速发展，电动机的应用领域也日益扩大，本文针对目前矿用隔爆型三相异步电动机效能普遍不高的现状，从矿用隔爆型三相异步电动机的分类出发，分析讨论了提高矿用隔爆型三相异步电动机效能的一些措施及结构上的改进方法，为矿用隔爆型三相异步电动机的设计提供参考。

[关键词]矿用隔爆型 三相异步电动机 效能

中图分类号：TM343 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0085-01

1 概述

电动机的节能与高效是2l世纪电机行业产品发展的必然趋势，目前包括我国在内的许多国家，对电动机的节能均给予高度重视，美国、加拿大、澳大利亚等国家以及欧洲都制定了有关电动机的能效标准。欧盟要从今年起将高效率电机作为强制性最低标准。新的IEC60034--30标准将电动机的效率分为IEl、IE2、IE3、1E4共4级，基本上是在损耗降低15%-20%的基础上形成高一等级的效率指标？。目前节能降耗已经成为我国政府的重点工作。按照计划，。十一五”期间，单位GDP的能耗要降低20%，污染物排放量降低10%。显然，提高电机能效是节能工程非常重要的―个方面。电机系统节能工程已经成为“十一五”期间的十大重点节能工程之一。资料显示，我国80%以上的电机产品效率比国外先进水平低2-3个百分点，我国目前广泛应用的Y系列电动机效率平均值为87.3%；而美国高效电动机的平均值为90.3%，其近几年推出的超高效电动机的效率高达91.7%。我国电动机系统的能源节约存在着巨大的提升潜力。我国的高效率电机标准已经颁布并正进行着实施，2006年12月，我国颁布了《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》。虽然矿用电机在节能技术方面，新材料、新技术、新工艺研究也一直没有停止，但来自煤炭科学研究总院上海分院检测中心试验数据的统计表明，目前，矿用电机效率不达标，或吃容差的比例相当高。我公司在提高矿用电机能效方面不断进行设计研究与改进，2007年12月又与国家煤科院上海矿用设备上海检测检验中心进行合作，对矿用电机YB2-315L1-4进行了能效方面的实验研究。

2 矿用隔爆型三相异步电动机的种类

2.1 采煤机用隔爆型三相异步电动机

采煤机用电动机与普通场合用隔爆电动机在结构上有很明显的不同，采煤机用电动机本身大多和电控箱一起构成整个壳体，一侧为三相异步电动机，另一侧包括接线箱体和电控箱体。由于采煤机工作环境的特殊性（受到煤层采高的限制），所以采煤机用电动机最大的特点就是高度较低，长度尺寸大，同时壳体必须具有足够的机械强度。

2.2 刮板输送机用隔爆型三相异步电动机

刮板输送机用隔爆型三相异步电动机需随刮板输送机沿着回采的方向移动，所以该种电动机必须具有能够适应和满足所需的强度要求。电动机功率较低（160KW及以下）时，一般采用外风冷的结构，而当电动机功率较高（160KW以上）时，电动机结构采用机壳水冷式。其中较大功率的刮板输送通常用机壳与出线腔焊接为一体的电动机。

2.3 掘进机用隔爆型三相异步电动机

掘进机用隔爆型三相异步电动机除主切割电动机外，还包括装载、旋转、行走等一些辅助电动机。由于掘进机结构的不同，采用机械传动方式时，所有动作分别由单独的电动机驱动完成，以液压方式传动时，除了主泵以电动机驱动外，其他的所有辅助动作都由液压结构来控制实现。

2.4 其他矿用隔爆型三相异步电动机

除了以上几种主要的矿用隔爆型三相异步电动机外，还有一些其他的矿用隔爆型三相异步电动机，包括矿井装载机械用隔爆型三相异步电动机、矿井工作面小型绞车用隔爆型三相异步电动机、泵站用隔爆型三相异步电动机以及煤电钻和岩石电钻等。

3 提高效率的措施

（1）降低定子绕组的铜损耗

定子绕组的铜损耗为：p=mIR，它在电机损耗中占有相当大的比例，对提高电动机的效率非常关键。由公式可知，降低定子铜耗主要是减小定子电阻尺。。因定子电阻R=pL/S，故可以通过缩短线圈长度L、加大每圈导线截面积S和降低导线电阻率P来实现。

1）适当缩短定子端部长度。这就是既要求在线圈的绕制、嵌线有较高的工艺手段作保证，又要对冲片的叠压质量也有较高的要求，同时齿部弹开度要尽可能低，还要严格保证槽型尺寸，定子冲片的毛刺要小，保证叠片整齐提高叠片质量与定、转子复式模质量。

2）槽绝缘减薄。目前国外已将槽绝缘减薄到0.2mm，我国0.2mm的槽绝缘耐压水平现已能满足要求，关键是从工艺生产与安装上，要求定子槽型必须整齐、无毛刺。

3）尽量提高槽满率。这主要是在设计中适当增大线径，以减小绕组电阻，降低损耗。

（2）降低铁损耗铁

损耗约占总损耗的25%，主要包括定子铁损耗和转子铁损耗，由交变的主磁通在定子或转子铁芯中产生的磁滞损耗和涡流损耗组成。在正常运转时，转子磁通变化率很低，转子铁芯损耗可以忽略不计。应采取如下措施：

1）采用低损耗的硅钢片。采用冷轧硅钢片，尽量选用低损耗牌号的热轧硅钢片，如DR420、DIL360等。

2）调整槽型。是指使定子轭部与齿部的磁密不要饱和，或加长铁芯，降低磁密，使铁耗稳定在较低范围内。

3）冲片进行氧化处理。主要使涡流损耗稳定在一个合理范围内，比如硅钢片的退火处理，使电机铁耗可降低10%左右。

（3）降低转子铝耗

在转子各部分磁密分布合理的情况下，采用大截面积的转子槽型和加大端环截面，或加大铝的纯度，以降低转子电阻。

（4）降低机械摩擦损耗

机械损耗包括风扇及通风系统的损耗、空气摩擦损耗、轴承摩擦损耗、密封圈摩擦损耗及机械偏心引起的损耗等，主要措施为：

1）降低风磨耗。这主要是改进风扇设计，即在保证风压与风速的情况下，减小风扇的外径。在不要求双向转速时，可以采用轴流式风扇，研究表明，在同样情况下轴流式风扇的损耗要比离心式风扇的损耗低20%。

2）选用大游隙高效深沟球轴承。研究文献表明，可以适当减小轴承使用规格，把一个轴承从6205改为6204，其摩擦转矩将根据不同密封方式减小4%～7%；依照负载的情况，对一台电机中普通轴承6303的游隙进行优化，可以使摩擦转矩的差异达到20%；在一定的电机速度、负荷条件下，合适的油脂选择也可以将6205-2Z的摩擦转矩最大减小18%；深沟球轴承（例如6306-2Z）在相应的电机工况下，当其偏心0.250时，摩擦转矩将受到很大的影响。

（5）杂散损耗

1）改进槽配合。增加定、转子槽数和采用相带谐波较小的正弦绕组，从设计上可降低杂散损耗。

2）采用磁性槽楔。与普通槽楔比较，磁性槽楔可以使卡氏系数大大减小（大约可以下降30%-10%不等），减少铁耗和脉振损耗，不仅提高了效率，还有利于补偿绕组的散热等。

3）提高加工质量。主要是提高电机零部件的同心度和装配质量。

4）减小定子槽口尺寸。转子槽口减小或改成闭口槽，可以降低脉振损耗。

4 结语

防爆电动机主要在一些具有爆炸性气体的危险场合中作为传动装置来使用，比如煤炭、化工、石油化工等行业中，是主要防爆电气设备之一。矿用隔爆型三相异步电动机作为防爆电动机中的一个系列，它的研究和发展得到了国内外很多公司的重视，尤其是在全球处于能源危机的大环境下，节能高效电动机的研究更是重中之重。目前市场上的矿用隔爆型三相异步电动机的效能都还有很大提高的空间，根据本文的分析，从电动机结构的优化以及各种材料的合理选择出发可以明显的提高电动机的效能。

参考文献：

[1] 张忠锋，姚桂颖.浅谈提高电机效率的方法[J].防爆电机，2005（5）

[2] 李宁，冉祥东.同步电动机的热过载保护算法[J].煤矿机电。2008（3）

作者简介：

秦为惠，1984年12月生，女，汉族，陕西榆林人，助理工程师， 2008年毕业于黑龙江煤炭职业技术学院，现就职于神华神东煤炭集团公司，研究方向为三相异步电动机