礦用隔爆型三相異步電動機提高效能分析研究

[摘 要]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]礦用隔爆型；三相異步電動機；效能

中圖分類號：TM343+.2 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）17-0031-01

1 概述

電動機的節能與高效是2l世紀電機行業產品發展的必然趨勢，目前包括我國在內的許多國家，對電動機的節能均給予高度重視，美國、加拿大、澳大利亞等國家以及歐洲都制定了有關電動機的能效標準。歐盟要從今年起將高效率電機作為強制性最低標準。新的IEC60034--30標準將電動機的效率分為IEl、IE2、IE3、1E4共4級，基本上是在損耗降低15%-20%的基礎上形成高一等級的效率指標。

目前節能降耗已經成為我國政府的重點工作。按照計劃，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，提高電機能效是節能工程非常重要的—個方面。電機系統節能工程已經成為“十一五”期間的十大重點節能工程之一。資料顯示，我國80%以上的電機產品效率比國外先進水平低2-3個百分點，我國目前廣泛應用的Y系列電動機效率平均值為87.3%；而美國高效電動機的平均值為90.3%，其近幾年推出的超高效電動機的效率高達91.7%。我國電動機系統的能源節約存在著巨大的提升潛力。我國的高效率電機標準已經頒布并正進行著實施，2006年12月，我國頒布了《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》。雖然礦用電機在節能技術方面，新材料、新技術、新工藝研究也一直沒有停止，但來自煤炭科學研究總院上海分院檢測中心試驗數據的統計表明，目前，礦用電機效率不達標，或吃容差的比例相當高。神東煤炭公司在礦用隔爆型三相異步電動機方面也做了大量的研究工作，進行不斷的創新和改進，并與多家科研單位和院所合作，對提高礦用電機能效方面不懈努力。

2 礦用隔爆型三相異步電動機的種類

2.1 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。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。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 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。

3 提高效率的措施

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）降低定子繞組的銅損耗

定子繞組的銅損耗為：p=mIR，它在電機損耗中占有相當大的比例，對提高電動機的效率非常關鍵。

1）適當縮短定子端部長度。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，又要對沖片的疊壓質量也有較高的要求，同時齒部彈開度要盡可能低，還要嚴格保證槽型尺寸，定子沖片的毛刺要小，保證疊片整齊提高疊片質量與定、轉子復式模質量。

2）槽絕緣減薄。目前國外已將槽絕緣減薄到0.2mm，我國0.2mm的槽絕緣耐壓水平現已能滿足要求，關鍵是從工藝生產與安裝上，要求定子槽型必須整齊、無毛刺。

3）盡量提高槽滿率。這主要是在設計中適當增大線徑，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。鐵損耗約占總損耗的25%，主要包括定子鐵損耗和轉子鐵損耗，由交變的主磁通在定子或轉子鐵芯中產生的磁滯損耗和渦流損耗組成。在正常運轉時，轉子磁通變化率很低，轉子鐵芯損耗可以忽略不計。應采取如下措施：

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的熱軋硅鋼片，如DR420、DIL360等。

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

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

（3）降低轉子鋁耗

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

（4）降低機械摩擦損耗

機械損耗包括風扇及通風系統的損耗、空氣摩擦損耗、軸承摩擦損耗、密封圈摩擦損耗及機械偏心引起的損耗等，主要措施為：

1）降低風磨耗。這主要是改進風扇設計，即在保證風壓與風速的情況下，減小風扇的外徑。在不要求雙向轉速時，可以采用軸流式風扇，研究表明，在同樣情況下軸流式風扇的損耗要比離心式風扇的損耗低20%。

2）選用大游隙高效深溝球軸承。研究文獻表明，可以適當減小軸承使用規格，把一個軸承從6205改為6204，其摩擦轉矩將根據不同密封方式減小4%～7%；依照負載的情況，對一臺電機中普通軸承6303的游隙進行優化，可以使摩擦轉矩的差異達到20%；在一定的電機速度、負荷條件下，合適的油脂選擇也可以將6205-2Z的摩擦轉矩最大減小18%；深溝球軸承在相應的電機工況下，當其偏心0.25時，摩擦轉矩將受到很大的影響。

（5）雜散損耗

1）改進槽配合。增加定、轉子槽數和采用相帶諧波較小的正弦繞組，從設計上可降低雜散損耗。

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大大減小（大約可以下降30%-10%不等），減少鐵耗和脈振損耗，不僅提高了效率，還有利于補償繞組的散熱等。

3）提高加工質量。主要是提高電機零部件的同心度和裝配質量。

4）減小定子槽口尺寸。轉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。

4 結語

（1）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，闡述了礦用隔爆型三相異步電動機的發展前景。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，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。

（2）電動機是煤礦生產環節中最主要的動力設備，只有熟練掌握判斷電動機產生故障的原因，從而準確及時排除故障，才能為煤礦生產增加有效時間。同時，根據事故現象總結故障發生的原因及需要采取的防范措施，加強電動機日常維護，嚴把檢修質量關，減少電動機事故，可有效地提高礦井生產效率。

參考文獻：

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

作者簡介：

秦為惠，畢業于黑龍江煤炭職業技術學院，助理工程師，研究方向：三相異步電動機。