礦用隔爆型三相異步電動機提高效能的設計分析

劉樹楠

[摘要]隨著電力工業的快速發展，電動機的應用領域也日益擴大，本文針對目前礦用隔爆型三相異步電動機效能普遍不高的現狀，從礦用隔爆型三相異步電動機的分類出發，分析討論了提高礦用隔爆型三相異步電動機效能的一些措施及結構上的改進方法，為礦用隔爆型三相異步電動機的設計提供參考。

[關鍵詞]隔爆；三相異步電動機；提高效能

[中圖分類號]O442 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0193-02

電動機被廣泛應用于社會各個領域，包括工業、公用設施以及家用電器等等。一般來說，在工業大國或者較大的發展中國家，電動機用電量在國家總用電量中占了一大半。隨著我國經濟的高速發展，電力工業也有了長足的發展，這就帶動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機的需求量也在持續增長。然而，在能源危機的大背景下，電動機的高效與節能是電機設計時必須考慮到的問題，各國政府對于電動機的節能降耗都給予了高度的重視。

1 礦用隔爆型三相異步電動機的種類

1.1 采煤機用隔爆型三相異步電動機

采煤機用電動機與普通場合用隔爆電動機在結構上有很明顯的不同，采煤機用電動機本身大多和電控箱一起構成整個殼體，一側為三相異步電動機，另一側包括接線箱體和電控箱體。具體結構如（圖1）所示。由于采煤機工作環境的特殊性（受到煤層采高的限制），所以采煤機用電動機最大的特點就是高度較低，長度尺寸大，同時殼體必須具有足夠的機械強度。

1.2 刮板輸送機用隔爆型三相異步電動機

刮板輸送機用隔爆型三相異步電動機需隨刮板輸送機沿著回采的方向移動，所以該種電動機必須具有能夠適應和滿足所需的強度要求。電動機功率較低（160KW及以下）時，一般采用外風冷的結構，而當電動機功率較高（160KW以上）時，電動機結構采用機殼水冷式。其中較大功率的刮板輸送通常用機殼與出線腔焊接為一體的電動機。

1.3 掘進機用隔爆型三相異步電動機

掘進機用隔爆型三相異步電動機除主切割電動機外，還包括裝載、旋轉、行走等一些輔助電動機。由于掘進機結構的不同，采用機械傳動方式時，所有動作分別由單獨的電動機驅動完成，以液壓方式傳動時，除了主泵以電動機驅動外，其他的所有輔助動作都由液壓結構來控制實現。

1.4 其他礦用隔爆型三相異步電動機

除了以上幾種主要的礦用隔爆型三相異步電動機外，還有一些其他的礦用隔爆型三相異步電動機，包括礦井裝載機械用隔爆型三相異步電動機、礦井工作面小型絞車用隔爆型三相異步電動機、泵站用隔爆型三相異步電動機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機效能所采取的措施1-定子；2-轉子；3-軸承內蓋；4-軸承32318；5-橡膠油封；6-內端蓋；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

電動機的定子繞組中有著相當一部分的銅損耗，在電動機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，又因為電阻R1=pL/S，那么要降低R1的值就要通過降低導線的電阻率，或者縮短繞組線圈的長度，或者增大線圈截面積來實現。以上是從理論上來分析降低銅損耗的措施，下面分析在電動機實際設計中的具體實施。

首先，可以適當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；還可以通過適當變薄絕緣層的措施來提高槽的利用率，也就是相當于增大線圈截面積。

2.2 降低鐵損耗

鐵心是電動機中的核心部件，鐵心材料性能的好壞對電動機的各項性能都有直接的影響，并且鐵性材料價格相對較高，在電機成本中占相當一部分比重，所以要慎重選擇鐵性材料才能設計出高效能高質量的電動機。

通常在小功率電機中是通過采用導磁率比較高的電工鋼片來降低鐵損耗的，然而在功率相對較大的電動機中，由于電機的空載電流比較小，所以通過提高鐵勝的磁導率來降低鐵損的效果并不理想。考慮到鐵心材料在生產廠中進行沖剪疊壓的生產過程中，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導致鐵心的表面出現空載高頻損耗，這同樣會使得電機的鐵損值大大增加。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。

如果選用高磁導率（尤其是在中高磁場下還能具備高磁導率以及低的比損耗性能）的優質冷軋硅鋼片，則可以為增大氣隙間的磁通密度、調整線負荷值以及線電流值提供條件，這是提高電機效能的另一種新的可實施方法。在選用高磁導率和低比損耗的優質冷軋硅鋼片前提下再對電機其他結構進行整體的優化改進，同時結合其他相關技術可明顯降低定子的鐵損，從而提高電機的效率。

2.3 降低轉子繞組的損耗

降低轉子繞組的損耗通常是通過采用截面積較大的轉子導條和轉子端環來實現的。截面積較大的轉子導條和轉子端環有著較好的導電率，因此可以降低轉子繞組的損耗。

2.4 減少電機的通風損耗

電機的通風損耗在電機的主要機械損耗，在所有的機械損耗中占很大一部分，所以要提高電機效能，則電機的通風損耗是不可忽略的。要降低電機的通風損耗，首先要保證電機的風路通暢，使風路的風阻盡可能小；同時還可以通過采用軸流式或者后傾式的風扇設計來降低風摩損失，從而提高風扇的效率；合理設計通風風路的結構，選擇合適的風罩，并保證風罩在不變形的情況下良好工作，這些措施也可以降低通風損耗提高電機效能。

2.5 降低其他機械損耗

其他機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械偏心引起的損耗組成等。

減少電機的其他機械損耗，通常要采用優質的低摩擦軸承，選擇合適的軸承密封材料和密封方法，軸承間隙大小對電機的效能也會產生影響，所以要合理選擇軸承緊固方法。

結束語

防爆電動機主要在一些具有爆炸性氣體的危險場合中作為傳動裝置來使用，比如煤炭、化工、石油化工等行業中，是主要防爆電氣設備之一。礦用隔爆型三相異步電動機作為防爆電動機中的一個系列，它的研究和發展得到了國內外很多公司的重視，尤其是在全球處于能源危機的大環境下，節能高效電動機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機的效能都還有很大提高的空間，根據本文的分析，從電動機結構的優化以及各種材料的合理選擇出發可以明顯的提高電動機的效能。

參考文獻

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