礦井隔爆電機(jī)隨著采煤機(jī)械化程度的提高，不僅對(duì)電動(dòng)機(jī)的性能提出高要求，而且對(duì)電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量和可靠性又提出了更高的要求，而電機(jī)溫升過快是制約隔爆電機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要的因素，因此控制隔爆電機(jī)溫升成為一個(gè)迫切解決的問題。

影響電機(jī)過熱的多方面的原因，但總的來說主要有兩個(gè)大的方面：電機(jī)的周圍外在因素和電機(jī)的內(nèi)部設(shè)計(jì)原因。

電機(jī)的周圍外在因素

1.1  工作環(huán)境的惡劣

煤礦井下環(huán)境十分惡劣，空氣中含有瓦斯、一氧化碳等易燃、易爆氣體和煤塵。近年來,為了保證礦井及礦工的人身安全，防止煤礦爆炸等重大事故的發(fā)生,國(guó)家不斷加大對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的管理力度，礦井 井下開采區(qū)電器設(shè)備大都采用礦用隔爆型及增安型電器設(shè)備，電器設(shè)備防爆改造已成為煤礦的重中之重。長(zhǎng)時(shí)間的環(huán)境濕度會(huì)使電機(jī)內(nèi)部進(jìn)入水汽，從而使定子繞組絕緣得到破壞，電機(jī)的溫升會(huì)急劇增加，導(dǎo)致定子繞組的燒毀。而大量的粉塵、煙霧會(huì)使電機(jī)通風(fēng)不暢，是電機(jī)的熱量得不到很快的散發(fā)使電機(jī) 溫升過高。

1.2  電機(jī)的頻繁啟動(dòng)和過載運(yùn)行

電機(jī)在設(shè)計(jì)過程中會(huì)有一個(gè)額定負(fù)載，只有在額定負(fù)載范圍內(nèi)，電機(jī)才能安全平穩(wěn)的運(yùn)行。但由于設(shè)備符合的不均勻，電機(jī)負(fù)載情況也不同。例如，在采煤機(jī)工作過程中往往會(huì)遇到硬煤層，而為了保證煤炭的產(chǎn)量,人們往往會(huì)過載運(yùn)行,這樣會(huì)使電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加，而電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也要增大與之平衡，這就要導(dǎo)致電機(jī)定轉(zhuǎn)子電流增大，造成電機(jī)過熱，電機(jī)溫升升高。另外采煤設(shè)備在采煤時(shí),常常會(huì)遇到阻礙物,大的硬塊,這樣就導(dǎo)致采煤設(shè)備常常停機(jī)清理，這樣就形成了電機(jī)的頻繁啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)在接通電源時(shí),啟動(dòng)電流一般為額定電流的5~7倍，根據(jù) Q額=I2額x R x t公式的，啟動(dòng)瞬間產(chǎn)生的熱量約為額定的30多倍。如果這時(shí)沒有好的散熱措施，定子溫升很快就升到或超過額定值，從而使電機(jī)溫升急劇升高。

電機(jī)的內(nèi)部設(shè)計(jì)原因

(1)電機(jī)在運(yùn)行中要產(chǎn)生損耗，這些損耗以熱能的形式表現(xiàn)在電機(jī)內(nèi)部，從而使電機(jī)溫升升高。所以降低電機(jī)這些損耗成為降低電機(jī)溫升，提高電機(jī)效率的有效措施。電機(jī)的損耗主要有定子和轉(zhuǎn)子的基本鐵耗、附加損耗、電氣損耗和機(jī)械損耗等。

電磁設(shè)計(jì)在電機(jī)設(shè)計(jì)中起到?jīng)Q定性作用，而電磁負(fù)荷又成為控制電機(jī)溫升的主要因素，因此電機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能的降低電磁負(fù)荷值，以減小電機(jī)損耗。電機(jī)的主要參數(shù)之間的關(guān)系

 

式中：P_N為效率；η為功率因素；COS(Φ)由電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)要求規(guī)定，而電勢(shì)K_E、轉(zhuǎn)速n、計(jì)算極弧系數(shù)α/ P、定子繞組系數(shù)K_dp, K_nm,一般在較小的范圍變化。所以電機(jī)的主要尺寸D²_t1L_ef與電磁負(fù)荷A、Bδ成反 比，所以在保證電機(jī)外部尺寸和機(jī)械強(qiáng)度的條件下, 盡可能的利于內(nèi)部空間,從而使電磁負(fù)荷下降，從而降低電機(jī)的溫升。

(2)礦下隔爆電機(jī)一般為感應(yīng)電機(jī)，所以氣隙δ大小的確定是非常重要的，它對(duì)電機(jī)的性能影響很大。由定、轉(zhuǎn)子諧波漏抗公式

 

可知諧波漏抗與有效氣隙大小成反比。要想降低溫升，就要降低附加損耗，即降低諧波，所以要有效的增大氣隙，這也是為什么有些一些已生成的電機(jī)溫升過高時(shí)，可以車小轉(zhuǎn)子外徑的方法在降低電機(jī)溫升。但氣隙過大會(huì)使空載電流增大，電機(jī)功率因素下降，起動(dòng)電流加大。所以要合理的選擇氣隙是控制溫升的一個(gè)有效措施。

（3）在改進(jìn)已生成完的電機(jī)的溫升時(shí)，處理上述 車小轉(zhuǎn)子外徑，還可以將定子槽楔改換成磁性槽楔或磁性槽泥。采用磁性槽楔或磁性槽泥可降低氣隙磁導(dǎo)諧波的脈振幅值，減小磁導(dǎo)諧波引起的附加損耗,減少有效氣隙，降低空載電流和滿載電流，改善功率因數(shù)，減少銅耗,從而降低繞組溫升約3~8K。但要注意的是采用磁性槽楔或磁性槽泥時(shí)，會(huì)使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩降低6%~15%。所以采用此方案時(shí), 要有效考慮啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩的影響。

（4）從多年從事電機(jī)大修工作的經(jīng)驗(yàn)中，很多返修的電機(jī)都是定子繞組絕緣的破壞，所以絕緣材料的選擇也是控制電機(jī)溫升很重要的一個(gè)因素。我國(guó)采用的絕緣等級(jí)有A、E、B、F、H五級(jí)。當(dāng)環(huán)境溫度不超過40℃，海拔不超過1000m時(shí)，電機(jī)各部的最大允許溫度和最大允許溫升見表1：

 

由表1可以看出，從A級(jí)到H級(jí)的材料越來越好，從控制溫升的角度來說，當(dāng)然是選擇好的材料, 但他們的價(jià)格從A到H也是越來越高，選擇好的材料，就意味著提高生產(chǎn)成本。所以在選擇材料時(shí)，在控制生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上，盡量選擇好的絕緣材料。

（5）以上主要是從定子繞組，轉(zhuǎn)子上分析原因， 不管定子，轉(zhuǎn)了產(chǎn)生的熱量都要通過機(jī)座散發(fā)出去, 所以機(jī)座的散熱條件的好壞會(huì)直接影響電機(jī)的溫升。目前我國(guó)的電機(jī)冷卻方式主要有風(fēng)冷和水冷兩種方式。

在風(fēng)冷設(shè)計(jì)中，為了保證熱量的盡快散熱出去， 在轉(zhuǎn)子，定子沖片空間允許的情況下,可以加上通風(fēng)孔如圖1：

 

在轉(zhuǎn)子的兩端加有風(fēng)扇，可以保證通風(fēng)的暢通, 可以及時(shí)的保證把轉(zhuǎn)子的熱量散熱出去,以免溫度過高損壞定子繞組。機(jī)座的外圓應(yīng)有散熱筋，散熱筋應(yīng)盡可能的均勻的分布在機(jī)座的外圓。這種結(jié)構(gòu)主要用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本較低,通風(fēng)情況良好的條件中。

隨著電機(jī)的不斷發(fā)展，電機(jī)后來的發(fā)展主要采 用液體冷卻方式，常用的冷卻方式為油和水，由于油 的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)較小,粘滯系數(shù)較大，工作加熱 到一定程度后,不利于系統(tǒng)效率的利用,而且造價(jià)也較高，相比較而然，水的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)較大，而且礦下水源方便,造價(jià)低，所以現(xiàn)在的電機(jī)一般采用水冷法。為了更好的散發(fā)熱量，在機(jī)座內(nèi)部采用水道的形式，從而形成一個(gè)良好的循環(huán)。現(xiàn)在的水道循環(huán)方式主要有周向水路（如圖2）和軸向水路（如圖3） 兩種方式。

 

這兩種電機(jī)設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)如表2所示：

 

在井下用隔爆電機(jī)往往需要將進(jìn)出口放在一端, 而水壓又不成問題，所以一般采用軸向水路。為了降低生產(chǎn)成本,制造工藝簡(jiǎn)單，一般采用折彎式水道循環(huán)，以YBCS-610為例，采用的水道展開圖如圖4

圖4折彎式水道展開圖

 

這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，加工方便，散熱效果好。為了更好的保證電機(jī)的運(yùn)行，還可在端蓋上加入水道，保證軸承溫升不要太高而損壞軸承。

（6)除了上述因素會(huì)影響電機(jī)溫升過高外，機(jī)械加工精度，裝配過程的精度，油封的選擇都是對(duì)電機(jī)溫升造成影響，如，軸與端蓋的不同心，軸承與端蓋的配合過松或過緊，油封太緊，潤(rùn)滑脂過多或過少等都會(huì)使電機(jī)運(yùn)行不通暢，從而使溫升過高。

本文研究了防爆電機(jī)在煤礦井下感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的溫升問題，分析了由于電動(dòng)機(jī)的損耗和散熱問題所引起的電動(dòng)機(jī)溫升增大的原因，并提出了減少損耗和改善散熱方面的具體措施，為解決電動(dòng)機(jī)溫升問題提供了參考。

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