刮板輸送機(jī)防爆變頻電機(jī)設(shè)計(jì)

1、刮板輸送機(jī)防爆變頻電機(jī)設(shè)計(jì)摘 要：目前，國(guó)內(nèi)在鐵路機(jī)車(chē)的牽引電機(jī)和鋼鐵行業(yè)上軋機(jī)電機(jī)，幾乎全部選用了變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。而在礦用防爆電機(jī)方面僅有采煤機(jī)牽引電機(jī)、皮帶輸送機(jī)電機(jī)以及風(fēng)機(jī)、水泵電機(jī)等有一部分為變頻電機(jī)，在刮板輸送機(jī)上還幾乎為空白。本文通過(guò)對(duì)一臺(tái)400kW刮板輸送機(jī)防爆變頻電機(jī)的設(shè)計(jì)，分析了變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，與大家分享。關(guān)健詞：防爆三相感應(yīng)電機(jī)；變頻調(diào)速；設(shè)計(jì)中圖分類(lèi)號(hào)：TM302 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A Abstract: At present, the primary driving motors of main rolling machines, curling

2、machines and decoilers in steel & iron industries are mostly variable-frequency adjustable-speed motors. Correspondingly the qualifications of these motors are much stricter. In this paper, we analyzed the electromagnetic and structure design characteristics of a 400kW low-voltage variable-frequ

3、ency motor，share with everyone.Key words: flame-proof three-phase induction motors，variable-frequency adjustable-speed，design近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)以及一些新型快速電子元件的出現(xiàn)，使交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)將按用戶(hù)要求設(shè)計(jì)的400KW刮板輸送機(jī)防爆變頻電機(jī)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行闡述。該電機(jī)具有防爆、無(wú)級(jí)調(diào)速、方便節(jié)能等特點(diǎn)，在刨煤機(jī)、水泵、絞車(chē)等需要調(diào)速驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合都將有廣泛用途。1 電機(jī)參數(shù)1.1技術(shù)參數(shù)礦用隔爆變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的規(guī)格如下。型號(hào) Y

4、BVF-400額定功率 400 KW額定電壓 1140 V額定電流 244 A接線(xiàn)方式 Y額定轉(zhuǎn)速 1483r/min調(diào)頻范圍 075Hz額定頻率 50Hz防護(hù)等級(jí) IP55絕緣等級(jí) H冷卻方式 水冷1.2 適用范圍本防爆變頻電動(dòng)機(jī)，適于煤礦井下工作面刮板輸送機(jī)或負(fù)荷相類(lèi)似的機(jī)械。1.3電機(jī)的起動(dòng)與運(yùn)行特性與傳統(tǒng)供電方式的異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)或降壓起動(dòng)方式不同，變頻調(diào)速電機(jī)可以采用控制轉(zhuǎn)子電流不變的恒轉(zhuǎn)矩方式起動(dòng)，因?yàn)殡姍C(jī)是在低頻低壓下起動(dòng)，故電抗較小，無(wú)功電流較小，而磁通和電流的有功分量增加，電機(jī)可獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，甚至可在最大轉(zhuǎn)矩下起動(dòng)。對(duì)于變頻調(diào)速異步牽引電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩過(guò)載系數(shù)應(yīng)為1.

5、151.20，即起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定儲(chǔ)備為15%20%。在額定電壓和額定頻率下的過(guò)載系數(shù)應(yīng)為1.62.0，而最高轉(zhuǎn)速時(shí)的過(guò)載系數(shù)應(yīng)不小于1.25。對(duì)于其他類(lèi)型的負(fù)載，則需根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)與特點(diǎn)確定電機(jī)的過(guò)載能力。2 電磁設(shè)計(jì)2.1電機(jī)極數(shù)的確定由于該項(xiàng)目是對(duì)煤礦井下刮板輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造和創(chuàng)新的項(xiàng)目，具有一定的特殊性。原來(lái)的方式是電機(jī)為4極400kW、通過(guò)調(diào)速型液力偶合器調(diào)速。所以在確定本電機(jī)的極數(shù)時(shí)也定為4極。這里另外還有一個(gè)要考慮因素，就是備用方案的問(wèn)題。由于本項(xiàng)目是我公司第一次開(kāi)發(fā)的將變頻器與電機(jī)結(jié)合在一起的產(chǎn)品，在煤礦井下這種易爆、高濕、高粉塵條件下，變頻器能否經(jīng)受住考驗(yàn)還是未知數(shù)。所以

6、我們的備用方案是如果變頻器出現(xiàn)問(wèn)題，可以將變頻器甩掉使電機(jī)仍為400kW、4極電機(jī)，以保證煤礦的正常生產(chǎn)。2.2 電、磁負(fù)荷與氣隙該電機(jī)定子沖片的外徑650mm、內(nèi)徑420mm為我公司現(xiàn)有的沖片規(guī)格，鐵芯長(zhǎng)度為470 mm。氣隙設(shè)計(jì)為1.6 mm，與同功率非變頻電機(jī)相同，由于本電機(jī)轉(zhuǎn)子沖片內(nèi)徑較大達(dá)到190 mm，電機(jī)軸剛性較高，不會(huì)因轉(zhuǎn)矩沖擊和脈振引起掃膛，故未有意加大。本電機(jī)電負(fù)荷的計(jì)算結(jié)果為1694Acm，而一般非變頻機(jī)座水冷的刮板輸送機(jī)的電機(jī)的電負(fù)荷通常為1800-2000Acm，考慮到變頻電機(jī)的溫升要比正常電機(jī)稍高，所以電負(fù)荷要設(shè)計(jì)得比正常電機(jī)低一些。2.3 繞組與槽形設(shè)計(jì)由于為本電

7、機(jī)供電的是電壓型逆變器，為了增加漏電抗，所以將定子槽形設(shè)計(jì)成窄且深形式，線(xiàn)圈采用的是2.5X9規(guī)格的扁平導(dǎo)體平放布置方式，如圖1所示。根據(jù)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT478-1996YBS系列刮板輸送機(jī)用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的要求，電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要達(dá)到2.3倍，雖然本電機(jī)為變頻電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩起動(dòng)，不必刻意提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。但考慮到本電機(jī)的實(shí)際使用環(huán)境及前面所述的備用方案，我們還是將轉(zhuǎn)子槽形設(shè)計(jì)成雙籠型式（如圖2所示），以利用集膚效應(yīng)提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。YBVF-400電機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)與MT478-1996標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)值見(jiàn)表1, YBVF-400電機(jī)性能曲線(xiàn)如圖3所示。圖1 YBVF-400型變頻電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)Fi

8、g 1 The type change insulate of Pin electrical engineering structure of YBVF-400圖2 YBVF-400電機(jī)轉(zhuǎn)子槽形Fig 2 Rotor slot dimensions of YBVF-400表1 YBVF-400電機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)與MT478-1996標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)對(duì)照表項(xiàng) 目YBVF-400設(shè)計(jì)值MT478-1996標(biāo)準(zhǔn)值功率因數(shù)0.870.84效 率%9594起動(dòng)轉(zhuǎn)矩2.542.3起動(dòng)電流5.666.0最大轉(zhuǎn)矩2.22.2圖3 YBVF-400電機(jī)特性曲線(xiàn) Fig 3 Specific curve of YBVF-400

9、3 變頻電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本電機(jī)的外觀(guān)如圖4所示，其特點(diǎn)是電機(jī)與變頻器合為一個(gè)整體，極大地方便了用戶(hù)的安裝與使用。電機(jī)安裝方式IMB5法蘭聯(lián)接方式、平鍵軸伸，電機(jī)上部及后部為電控箱，用于安裝變頻控制系統(tǒng)。在左右兩側(cè)電機(jī)殼體與電控箱之間對(duì)稱(chēng)有兩個(gè)凹槽，進(jìn)線(xiàn)用的隔爆型電纜插銷(xiāo)裝于此處，以防使用及運(yùn)輸過(guò)程中由于磕碰造成的損壞。電機(jī)殼體所有零部件間的接合面均按GB3836.1爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備 通用要求和GB3836.2爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備 隔爆型電氣設(shè)備“d”設(shè)計(jì)，隔爆零件均經(jīng)過(guò)壓力為1MPa的水壓試驗(yàn)。隔爆箱體內(nèi)所有帶電零器件之間的電氣間隙和爬電距離均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。為防止煤塵等有害粉塵對(duì)電

10、機(jī)的影響，電機(jī)各配合面中均采取了防塵措施。電機(jī)機(jī)座與變頻器安裝底板均為水冷方式，采用Q235-A鋼板焊接而成。電機(jī)筒體由內(nèi)外兩層水套組成，中間夾層間設(shè)有冷卻水道。在內(nèi)水套上均勻交錯(cuò)地分布有水路折流筋，使冷卻水均勻流經(jīng)電機(jī)全部殼體，以利于定子散熱。圖4 電機(jī)外觀(guān)圖4 電機(jī)外觀(guān)Fig 4 motor appearance電機(jī)軸承為雙軸承結(jié)構(gòu)，軸伸端為自由端。軸承型號(hào)為NU328，可提供較大的負(fù)載能力；非軸伸端為定位端軸承型號(hào)為6326，可為速度傳感器提供準(zhǔn)確的安裝精度。軸承均采用的是瑞典SKF C3游隙的電機(jī)專(zhuān)用軸承，軸承規(guī)格的選配均與我公司的定型產(chǎn)品相同。4 結(jié)語(yǔ)電力電子技術(shù)及交流電機(jī)的控制技術(shù)的發(fā)展為變頻電機(jī)的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)，另外三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速傳動(dòng)與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)相比有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）單機(jī)容量不受限制；（2）體積小、重量輕、占地面積小；（3）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量??；（4）動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；（5）維護(hù)簡(jiǎn)單；（6）節(jié)約能源。而在本項(xiàng)目中只能參考其它行業(yè)所使用的變頻電機(jī)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，再結(jié)合礦用