張誌芬 1 故障現象 山西鋁廠氧化鋁二分廠三車間有3個油隔泵站,每個泵站3台喂料油隔泵,分別擔負著2taishuliaojiaodegongliaorenwu,shishengchanliuchengzhongdeyigeguanjianhuanjie。yougebengweihengzhuanjufuzai,dianjicaiyongbianpinkongzhi,genjushengchanxuyao,tiaojiedianjizhuansuyigaibianshuliaojiaodexialiaoliang。yinbengdeliuliangbutong,yibengzhandianjigongzuopinlvwei25Hz左右,二、三泵站電機均為30Hz以上。9台電機從1991年陸續投用以來運行穩定,基本上滿足了生產要求。但從1995年7月份起,電機普遍發熱嚴重,一泵站電機尤為明顯,3台電機先後發生了匝間短路故障。原電機為10極、115kW,因無同型號備用電機,用別處改造換下的8極、130kW電機替代。可使用後發現,與原115kW電(dian)機(ji)相(xiang)比(bi),電(dian)機(ji)過(guo)熱(re)現(xian)象(xiang)更(geng)為(wei)嚴(yan)重(zhong),雖(sui)然(ran)加(jia)了(le)軸(zhou)流(liu)風(feng)機(ji)冷(leng)卻(que),但(dan)運(yun)行(xing)不(bu)到(dao)一(yi)周(zhou)就(jiu)發(fa)生(sheng)繞(rao)組(zu)燒(shao)損(sun)故(gu)障(zhang)。起(qi)初(chu)以(yi)為(wei)電(dian)機(ji)質(zhi)量(liang)有(you)問(wen)題(ti),便(bian)又(you)換(huan)了(le)1台130kW電機,運行時間不長,再次發生繞組過熱燒損。 2 原因分析 變頻器及油隔泵電機型號如下。變頻器型號:富士FRN160P5 5台、FRN160P7 4台。電機型號:JR127-10型,380V、115kW、238A,B級絕緣,1590kg,將轉子端接作籠型電機使用。代用電機型號:JS127-8型,380V、130kW、249A,B級絕緣,1300kg。 (1)變頻控製電機發熱的原因分析 1 高次諧波引起電機的效率和功率因數變差,電機損耗增加 變頻裝置用交-直-交控製,變頻器輸出的電壓、電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)均(jun)有(you)高(gao)次(ci)諧(xie)波(bo)。由(you)於(yu)普(pu)遍(bian)電(dian)機(ji)是(shi)按(an)正(zheng)弦(xian)波(bo)電(dian)源(yuan)製(zhi)造(zao)的(de),當(dang)有(you)高(gao)次(ci)諧(xie)波(bo)流(liu)過(guo)電(dian)動(dong)機(ji)繞(rao)組(zu)時(shi),銅(tong)損(sun)增(zeng)大(da),並(bing)引(yin)起(qi)附(fu)加(jia)損(sun)耗(hao),從(cong)而(er)引(yin)起(qi)繞(rao)組(zu)發(fa)熱(re)。有(you)資(zi)料(liao)表(biao)明(ming),變(bian)頻(pin)器(qi)傳(chuan)動(dong)與(yu)工(gong)頻(pin)電(dian)源(yuan)傳(chuan)動(dong)相(xiang)比(bi),電(dian)流(liu)約(yue)增(zeng)加(jia)10%,溫升約增加20%。 2 電機低速運轉,散熱能力變差 使shi用yong變bian頻pin調tiao速su後hou電dian機ji往wang往wang處chu於yu低di於yu額e定ding轉zhuan速su的de運yun行xing狀zhuang態tai,標biao準zhun電dian機ji的de冷leng卻que風feng扇shan裝zhuang在zai轉zhuan子zi軸zhou上shang,所suo以yi在zai低di頻pin下xia運yun轉zhuan的de電dian機ji,因yin電dian機ji轉zhuan速su降jiang低di而er使shi冷leng卻que效xiao果guo大da幅fu度du下xia降jiang。 3 電壓變化率du/dt增高,電機故障率增加 目前市場上的變頻器大部分是交-直-交變頻器,其逆變部分是將直流電壓轉換為三相交流電壓,通過控製六個橋臂的開關元件導通、關斷來實現三相交流電壓的輸出。如常見的改變變頻器輸出電壓的PWM方式,它雖與正弦波電壓幅值等效,但實際上是由一係列矩形波組成,由於電機繞組匝間電壓變化率du/dt很hen高gao,電dian機ji繞rao組zu的de電dian壓ya分fen布bu變bian得de很hen不bu均jun勻yun,使shi繞rao組zu匝za間jian短duan路lu的de故gu障zhang增zeng加jia。從cong我wo廠chang變bian頻pin控kong製zhi電dian機ji的de故gu障zhang情qing況kuang來lai看kan,幾ji乎hu全quan是shi由you匝za間jian短duan路lu引yin起qi,由you此ci可ke見jian,變bian頻pin控kong製zhi對dui電dian機ji的de絕jue緣yuan等deng級ji的de要yao求qiu更geng高gao。 (2)115kW電機發熱原因分析 115kW電(dian)機(ji)發(fa)熱(re)除(chu)上(shang)述(shu)原(yuan)因(yin)外(wai),還(hai)由(you)於(yu)該(gai)電(dian)機(ji)長(chang)期(qi)運(yun)行(xing)在(zai)粉(fen)塵(chen)含(han)量(liang)較(jiao)高(gao)的(de)環(huan)境(jing)中(zhong),未(wei)定(ding)期(qi)清(qing)掃(sao),造(zao)成(cheng)定(ding)轉(zhuan)子(zi)風(feng)道(dao)堵(du)塞(sai),致(zhi)使(shi)氣(qi)流(liu)不(bu)暢(chang),散(san)熱(re)效(xiao)果(guo)降(jiang)低(di),尤(you)其(qi)是(shi)夏(xia)季(ji),環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)高(gao),電(dian)機(ji)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)大(da)大(da)增(zeng)加(jia),導(dao)致(zhi)電(dian)機(ji)過(guo)熱(re)燒(shao)毀(hui)。 (3)代用電機過熱原因分析 除因高次諧波引起損耗增加,造成過熱外,主要原因還是電機工作頻率太低。 代用電機工作頻率僅為25Hz,電機的工作轉速為額定轉速的50%,這對於單靠自扇風冷的電機來說,散熱條件惡化。另外,從電機參數看,代換電機的重量,約為原電機重量的81.7%。熱流量與電機重量成正比,吸收相同的熱量,重量輕的130kW電機的溫升比115kW電機溫升要高,而兩個電機的外表麵積基本相同,即散熱係數相同,對於電機發出相同的熱量,代用電機的穩定溫升要高出原電機。 3 對策 (1)合理選用變頻控製電機,原電機如果工作頻率達不到30Hz,在zai峰feng值zhi電dian流liu不bu致zhi引yin起qi過guo電dian流liu保bao護hu動dong作zuo的de情qing況kuang下xia,可ke以yi極ji數shu更geng高gao的de電dian機ji替ti代dai,尤you其qi對dui於yu恒heng轉zhuan矩ju負fu載zai要yao適shi當dang加jia大da電dian機ji的de功gong率lv等deng級ji與yu電dian機ji極ji數shu,以yi提ti高gao其qi帶dai載zai能neng力li;有條件的地方,應采用變頻專用電機。 (2)加(jia)強(qiang)電(dian)機(ji)的(de)計(ji)劃(hua)檢(jian)修(xiu),尤(you)其(qi)在(zai)夏(xia)季(ji)來(lai)臨(lin)前(qian),要(yao)對(dui)定(ding)轉(zhuan)子(zi)風(feng)道(dao)進(jin)行(xing)清(qing)掃(sao),改(gai)善(shan)電(dian)機(ji)的(de)散(san)熱(re)條(tiao)件(jian)。在(zai)夏(xia)季(ji)時(shi)應(ying)采(cai)用(yong)外(wai)加(jia)風(feng)機(ji)對(dui)電(dian)機(ji)強(qiang)迫(po)風(feng)冷(leng)。 (3)將電子過熱保護器的整定值調小,配外加熱過載繼電器,最好在電機繞組內配PTC熱保護。 (4)提高電機的絕緣材料等級,如在電機檢修時,將B級絕緣提高為F級絕緣,以提高匝間絕緣性能及繞組的耐熱能力,這樣可從根本上解決變頻控製電機使用壽命短的問題。 (5)盡可能提高電機的運行頻率。針對一泵站電機運行頻率低的問題,將原傳動皮帶輪改為小皮帶輪,通過計算其運行頻率可達到30Hz以上,使用證明電機工作頻率30Hz以上時,基本可以解決變頻電機的散熱問題。 在對油隔泵電機采取加強計劃筆錄,夏季強迫風冷及提高運行頻率等手段以後,基本上保證油隔泵電機的平穩運行,滿足了生產需要。
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