滚柱式传送带用变频异步电动机_9

2019-06-13 14:11

1 概述

  在冶金工业中,惯例是由专用的电动机,用于滚柱式传送装置的滚柱驱动。此类电动机与通用异步电动机(A 廿)的不同,是由其在非调节电力传动中的运行特点所决定的。

  滚柱式传送带的电动机,可运行于频繁起动、制动、逆转等工况,必须能经受住长时间的短路状态工作,能承受大的热辐射和经常性的强力的机械冲击与振动。因此,滚柱传送带电动机与通用电动机比较,具有电磁负荷减小;气隙增大;转子绕组的有效电阻大;加固的外壳部件(机座和轴承护板)能耐受机械的冲击与振动;自然的冷却(无外边吹风的通风机)等一系列特点。

  对于滚柱式传送带电动机的定子绕组,采用有机硅漆浸渍的玻璃纤维丝绝缘导线。这与采用涂瓷漆(上釉)的绕制导线绝缘不同,尽管降低了电动机的动力指标,但它提高了定子绕组抗机械应力的坚固性。

  因其运行特点,对滚柱传送带电动机所提出的要求,导致的结果是:在相同的功率下,按照大的规格尺寸和技术经济指标,不可调滚柱传送带电动机远不及通用的异步电动机。

  鉴于变频驱动的广泛应用(包括在冶金工业部门),对由通用A廿取代滚柱传动电动机这一意见的合理性,提出了质疑。

  滚柱式传送带电动机在运行中所受到的不利因素(轧制产品的热辐射、振动、冲击的负载转矩、灰尘和潮湿),在变频运行过程中均存在。因此,在设计滚柱传动电动机的结构时,提高了壳体部件及铁芯的机械强度,采用了滚柱轴承,加强了定子绕组的绝缘。在相同的运行条件下,较之一般工业用电动机具有无可争辩的优越性。
要研制对所有情况都通用又适宜的变频电动机是不可能的,只有针对每一种控制规则和能力、调频范围、负荷特性等实施具体组合,对电机进行优化[1],优化后的电动机应该是适用于变频驱动的[2]。

2 滚柱传送带电动机变频性能的评估及计算结果

  在调频情况下有可能实现电动机的平稳起动和制动,避免了在滑差(转差率)大于临界值下运行。这就可以使滚柱传送带电动机在变频运行工况下,其定子和转子绕组有尽可能小的阻抗和感抗。

  在不改换冲模的情况下,为了减小APM 系列滚柱传送带电动机定子、转子绕组的电阻,存在两种可能性:一是在浇铸转子的短路条时,利用温度是20益时电导率为33 S/滋m(西门/微米)的铝取代电导率为15 S/滋m 的铝合金;二是对定子绕组,利用经上釉瓷漆绝缘的导线取代玻璃纤维绝缘导线。这样可将APM 系列电动机转子绕组的有效电阻减小6/11;定子绕组的电阻则减小20豫耀25%。

  作为例子,表1 列出了APM43-6 和APM43-6(*)电动机的计算结果。两种电动机在50Hz的频率下,设计的额定电压为220 V。与APM43-6 系列电动机不同的是,在APM43-6(*)电动机中,转子绕组的浇铸是用电导率33 S/滋m的铝;而定子绕组则采用上釉的瓷漆绝缘导线。这就可将频率的下限从15 Hz降到10 Hz,当额定电压从1.2 kV 到1.3 kV时,提高了有效功率P2和电动机的效率浊。

  从表1 知减小电动机绕组的有效电阻,不仅降低了调节频率的下限,而且在低频时补偿电动机电阻性绕组上的电压降吟Ux也减小了。

  为评估电动机的过载能力,表1 列出了MM(最大转矩);IM(相应于转矩MM 的相电流);KM(转矩倍数),M=MM/M2。在表1 中,上一行的MM、IM、KM值对应于临界值转差率;下一行的MM、IM、KM则对应于电动机轴端最大机械功率值。

  在低频区,临界值转差率力求为1 或可能大于1,特点是电动机的工况接近短路(K3)或电磁制动。在接近K3状态下,电动机进入变频运行是不合理的。因为不仅电流过载,而且电动机的机械特性也可能崩落。电动机轴端最大机械功率时的转差率低于临界转差率。故在低频时,应由KM来合理评定电动机的过载能力。

  虽然,APM 系列电动机用电导率33 S/滋m 的铝浇铸转子,定子绕组的导线采用瓷漆绝缘的导线,但是并没有理想解决滚柱传送带变频电动机的研制问题。对于变频驱动,必须有对电动机本身经过专门设计改进的滚柱传送带电动机[3]。

3 改进型滚柱传送带电动机APM2П为实现变频驱动的运行

俄罗斯的西伯利亚电动机公司研制并生产了特殊改进型的滚柱传送带用电动机APM2乇。

  APM2乇电动机的外部结构部件与APM 系列电动机无明显差别,机座、轴承护板、引线盒等部件保持不变。电动机的冷却方式,经过带散热片的机座表面及轴承护板,基本上仍为自然的空气冷却,但因采用单独的通风系统将降低可靠性。

  在变频的滚柱传送带电动机中,利用上釉瓷漆的绝缘导线有可能减小定子绕组的有效电阻,但变频运行时,定子绕组处于变频的输出电压高速增长(du/dt逸1 000 V/ms)及输出电压峰值不低于1 500 V的情况下,这些因素对绕制导线绝缘的影响,以及对其可靠性和耐用度(寿命)的影响,研究甚少。调节频率尽管可实现电动机的平稳起动和制动,但不能排除冲击性负载转矩的出现。因而,应提高作用在定子绕组上的机械应力。

  采用玻璃纤维绝缘的导线,对比瓷漆绝缘绕制的导线,其绝缘厚度比瓷漆绝缘的厚度约增加1耀2 倍,以确保大幅度提高绕组及整个电动机的可靠性和耐用度。由于这一原因,在滚柱传送带变频电动机APM2乇中采用以玻璃纤维丝绝缘的绕制导线,虽对电动机的动力指标有所下降,但却是合理的。

  另外,对有效部分定子和转子的铁芯与绕组进行了本质上的改进。与APM系列滚柱传动电动机比较,在变频运行的APM2乇电动机中,转子的槽数和截面均已增加,短路绕组条的浇铸用电导率33 S/um的铝,定子和转子的绕组数据均已改变。

  滚柱传送带的改进型变频电动机APM2乇的研制课题为:

  1)确定频率的范围,在此频率范围内电动机以恒转矩运行,或以恒定的电动机轴端功率运行;

  2)确定频率的下限,以及与其相应的定子绕组相电压,并要考虑到电动机绕组上电压降补偿的可能性。

  所做的计算和研究表明,西伯利亚电动机公司研制的改进型APM2乇滚柱传动变频电动机,设计的额定频率50 Hz,相电压为220 V。在频率10耀100 Hz范围内,可确保调节性能和足够的过载能力。APM2乇改进型电动机,在其定子绕组上可补偿电压降,频率低于10 Hz时(见表2),同样可以运行。

  变频电动机与电网的标准频率和电压无关。

  当电动机设计在恒转矩工作时,该转矩可作为额定值(已知的)。在给定的频率调节范围内,把最大的频率值当作额定频率。作为额定值的频率越低额定转矩下的电动机功率则越小。为保证最大的过载能力,在采用的额定频率下减小相电流,选择最大允许的相电压,同样可将此作为额定电压。

  表3 列出了变频的滚柱传送带电动机APM2乇C64-8 的数据资料,该电动机是按在额定相电压220 V和电动机轴端额定转矩M2=94 Nm的情况下,要求额定频率f1x=15.7 Hz而设计和制造的。

  APM2乇C 电机适用的频率范围为3耀15.7 Hz,电动机在恒定的轴端转矩下工作,在频率范围15.7耀31 Hz 时,能以恒定的电动机轴端功率运行在弱化磁场的工况下。

  例如,对恒定轴端转矩以94 Nm运行的电动机,将调频范围扩大到3耀31 Hz,在电动机额定频率为31 Hz和相电压是220 V时,电动机功率将增加到4.5 kW,此时,额定电流为12.8 A。

  在同一电动机轴端转矩下,增大极限频率,就增大了调频范围,这将导致电动机和变频器功率的增加。在对恒转矩工作的变频滚柱传送带电动机专门订货时,应预先说明由必须加工工艺决定的额定转矩、调频上限以及最高的定子绕组相电压。这样,就可按照功率和动力指标,设计出最佳的变频式滚柱传送带电动机。

4 结语

  1)因为滚柱传送带电动机在运行中所经受的不利因素(轧制产品的热辐射、振动、冲击性负载转矩,灰尘和潮湿),以通用电动机更换变频驱动的滚柱传送带电动机,其合理性很少有说服力。

  2)变频驱动中利用APM系列的滚柱传送带电动机,因为其动力指标低和调频性能不佳,因而不是很理想。

  3)APM系列滚柱传送带电动机,用电导率是33 S/滋m的铝进行浇铸转子,尽管勿需制造新的模具,但不能大幅度改善滚柱传动电动机的动力指标和调频特性。

  4)为了运行于变频驱动系统,西伯利亚电动机公司研制并生产了专门的改进型滚柱传送带电动机APM2乇,在频率10耀100 Hz 范围内,它能确保必需的调节特性和足够的过载能力。对个别类型的电动机,还可扩大调频范围,将频率降低至5 Hz及以下。

  5)在相电压220 V和频率50 Hz 下,相同规格尺寸的APM2乇电动机与APM 电动机对比,APM2乇的额定功率提高了20%到60%。

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