矿用隔爆型三相异步电动机提高效能的设计分析

刘树楠

[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]隔爆；三相异步电动机；提高效能

[中图分类号]O442 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0193-02

电动机被广泛应用于社会各个领域，包括工业、公用设施以及家用电器等等。一般来说，在工业大国或者较大的发展中国家，电动机用电量在国家总用电量中占了一大半。随着我国经济的高速发展，电力工业也有了长足的发展，这就带动了电力用煤量的大力增长，从而使得矿用隔爆型三相异步电动机的需求量也在持续增长。然而，在能源危机的大背景下，电动机的高效与节能是电机设计时必须考虑到的问题，各国政府对于电动机的节能降耗都给予了高度的重视。

1 矿用隔爆型三相异步电动机的种类

1.1 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。具体结构如（图1）所示。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。

1.2 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。

1.3 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。

1.4 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。

2 提高矿用隔爆型三相异步电动机效能所采取的措施1-定子；2-转子；3-轴承内盖；4-轴承32318；5-橡胶油封；6-内端盖；7-后端盖；8-外端盖；9-接地螺栓；10-控制线压紧螺母；11-主接线柱；12-接线室盖板；13-控制接线座；14-控制室小盖；15-螺旋水道；16-控制盖大盖板；17-前端盖；18-轴承220；19-油封PD90×

120×12；20-与底托架连接孔；21-固定螺钉

2.1 降低定子绕组的铜损耗

电动机的定子绕组中有着相当一部分的铜损耗，在电动机的总能耗中是不可忽略的，铜损耗的公式可以表示成：PCu1-m1I1R1×10-3。从公式中我们不难看出，要想降低铜损耗的值，就要降低定子绕组的电阻值R1及电流值11，又因为电阻R1=pL/S，那么要降低R1的值就要通过降低导线的电阻率，或者缩短绕组线圈的长度，或者增大线圈截面积来实现。以上是从理论上来分析降低铜损耗的措施，下面分析在电动机实际设计中的具体实施。

首先，可以适当增大绕线的截面直径来降低绕组电阻；其次，要提高绕线、嵌线以及冲片叠压的工艺要求，从而尽可能使得端部的长度尺寸变短；还可以通过适当变薄绝缘层的措施来提高槽的利用率，也就是相当于增大线圈截面积。

2.2 降低铁损耗

铁心是电动机中的核心部件，铁心材料性能的好坏对电动机的各项性能都有直接的影响，并且铁性材料价格相对较高，在电机成本中占相当一部分比重，所以要慎重选择铁性材料才能设计出高效能高质量的电动机。

通常在小功率电机中是通过采用导磁率比较高的电工钢片来降低铁损耗的，然而在功率相对较大的电动机中，由于电机的空载电流比较小，所以通过提高铁胜的磁导率来降低铁损的效果并不理想。考虑到铁心材料在生产厂中进行冲剪叠压的生产过程中，受到了很大的压力，使得铁心的单位铁损值有所增加，并且齿槽中存在的气隙谐波磁场也会导致铁心的表面出现空载高频损耗，这同样会使得电机的铁损值大大增加。所以要使尽可能的降低定子的铁损值，仅仅选择单位铁损值较低的铁心材料是不够的，还要提高制作工艺水平来控制叠压的压力以及采取其他的一些必要措施来从各方面综合降低铁损。

如果选用高磁导率（尤其是在中高磁场下还能具备高磁导率以及低的比损耗性能）的优质冷轧硅钢片，则可以为增大气隙间的磁通密度、调整线负荷值以及线电流值提供条件，这是提高电机效能的另一种新的可实施方法。在选用高磁导率和低比损耗的优质冷轧硅钢片前提下再对电机其他结构进行整体的优化改进，同时结合其他相关技术可明显降低定子的铁损，从而提高电机的效率。

2.3 降低转子绕组的损耗

降低转子绕组的损耗通常是通过采用截面积较大的转子导条和转子端环来实现的。截面积较大的转子导条和转子端环有着较好的导电率，因此可以降低转子绕组的损耗。

2.4 减少电机的通风损耗

电机的通风损耗在电机的主要机械损耗，在所有的机械损耗中占很大一部分，所以要提高电机效能，则电机的通风损耗是不可忽略的。要降低电机的通风损耗，首先要保证电机的风路通畅，使风路的风阻尽可能小；同时还可以通过采用轴流式或者后倾式的风扇设计来降低风摩损失，从而提高风扇的效率；合理设计通风风路的结构，选择合适的风罩，并保证风罩在不变形的情况下良好工作，这些措施也可以降低通风损耗提高电机效能。

2.5 降低其他机械损耗

其他机械损耗主要包括有密封圈摩擦损耗、轴承摩擦损耗、空气摩擦损耗以及机械偏心引起的损耗组成等。

减少电机的其他机械损耗，通常要采用优质的低摩擦轴承，选择合适的轴承密封材料和密封方法，轴承间隙大小对电机的效能也会产生影响，所以要合理选择轴承紧固方法。

结束语

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

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[2]陈伟华，李秀英等，中国中小型电机产业现状及发展趋势[J]电机与控制应用，2008，2

[3]张忠锋，姚桂颖，浅谈提高电机效率的方法[J]防爆电机，2005，3