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技术 | 变频电动机频繁烧毁的原因分析及解决措施

来源:《邯郸金隅太行水泥有限责任公司》 发布日期:2021/1/12 编辑:张翀
核心提示:变频电动机频繁烧毁的原因分析及解决措施

前言


某公司2500t/d新型干法熟料生产线2004年投产,设备运行一直较为稳定。但在2014年7月,生料磨选粉机减速机出现机械损坏,更换新的减速机后,连续多次出现了选粉机电动机烧坏事故。在重新对选粉机电动机进行选型后,方达到安全使用效果。


一、出现的问题


该生料磨选粉机电动机功率为110kW、额定转速为1450r/min、额定电流为198A,选粉机主轴转速为48~190r/min。配套减速机牌号为FLENDER,型号为B2SV7,速比为7.88。2014年7月,减速机机壳破裂损坏,进行更换。但由于FLENDER减速机为国外进口,供货周期长,国内又无现货,为减少生产损失,决定用国产减速机进行替代,更换的国产减速机除速比降低外,外形尺寸和输入输出传动轴位置与原减速机完全相同。更换使用后,由于速比降低,为达到同样的产品质量指标,保持原工况下选粉机转子转速128r/min不变,选粉机变频调速电动机工作转速从减速机更换前的34.8Hz调整到27.9Hz。此时选粉机电流高达160A左右,虽然没有超过电动机的额定电流,但电机却出现了发热现象,运行一段时间后出现了拖动电机烧损事故。即使更换了更大功率的电动机,依然出现电动机发热烧毁现象,不到2个月连续烧毁了5台选粉机拖动电动机。


二、问题分析


2.1 选粉机电机降频运行分析


选粉机转子转速n=n₀/i(式中:n₀-拖动电动机转速,i-减速机速比),选粉机拖动电动机为交流变频电动机,在不考虑转差率的情况下,n₀=60f/p(式中:f-电动机工作频率,p-磁极对数),p是一个常值,因此电动机输出转速仅仅和电动机工作频率相关,频率降低,输出转速降低。


选粉机更换减速机后,速比为6.32,比原减速机速比降低,而要获得同样的产品质量指标,必然要求选粉机转子转速不变,也就是减速机输出转速不变。在输入端采用变频电动机拖动下,就必须采取降低变频电动机的频率以获得符合要求的较低的输入端传动轴速度。


2.2 选粉机电动机发热烧毁分析


(1)选粉机功率确定。选粉机在稳定状态下的运作功率包括三部分:一是撤料盘将喂入选粉机的物料撒出去所需要的功;二是转子叶片克服含尘气体做回转运动所消耗的功;三是转子克服机械摩擦阻力。转子撒料盘撒物料的所做的功:P₁=A·Vt2/7200,转子叶片切割含尘气体所消耗的功:P₂=0.18(Ca+ρ)S·Vt3/2000式中,A-选粉机喂料量;Vt-转子速度;S-转子叶片总面积;Ca-选粉机喂料浓度;ρ-气体密度。忽略摩擦阻力因素,选粉机运行功率P=P₁+P₂。更换减速机后,喂料量A及转子转速V₁都没有改变,因而选粉机电动机是恒功率运转,所需功率并没有随着电动机频率的降低而降低。但是,根据电动机输出扭矩关系式T=9550P/n₀,在P不变的情况下,电动机输出转速n₀减小,则电动机输出轴的转矩必然增大。


(2)变频电动机的工作特性。任何形式的变频器,在运行中均会产生不同程度的谐波电压和电流,高次时间谐波及与之相应的漏磁通的出现,使漏磁通的磁路饱和程度增加,因而励磁电流增大,从而使电流的基波成分加大,定子绕组电流增大,转子交流电阻增大。转子电阻远大于直流电阻,因高次时间谐波的存在造成电动机及定子铜耗、转子铜耗、铁耗及集肤效应所产生附加损耗的增加,这些损耗会使电动机额外发热,效率降低,输出功率减小。由于异步电动机的阻抗不尽理想,当电源频率较低时,电源中高次时间谐波所引起的损耗更大,很可能造成电动机异常发热甚至烧毁。


(3)变频器频率与电压及输出转矩的影响。对变频调速来说,转速降低,频率降低,若电压不变,磁通X将增加,这就会使磁路产生饱和,励磁电流上升,从而使铁损急剧增加,导致电动机过热损坏。因此要求在调频的同时,改变定子电压,以维持磁通接近不变。对于异步电动机来说,电动机输出转矩T=K·I·X(式中,K-系数;I-电动机电流;X-磁通),磁通X为常数,变频器输出电流,取决于负载转矩,I的大小与速度无关。当负载转矩恒定,依据T=9550P/n公式,此时电机的输出功率会降低,变频器输入电流随频率下降而减少;对选粉机来说,在粉磨条件未改变的情况下,选粉机转子转速不变,需要电动机做功是不变的,在电动机转速降低时,为维持输出功率不变,所要求的负载转矩增大,就会导致选粉机电动机电流增大。电动机转速降低越多,电动机电流就会越大。而且在低频情况下,高次谐波的影响会使漏磁增大;电流增大也会使谐波电流增大,电流无功分量增加,励磁电流增大,使磁路产生饱和,造成电动机过热烧毁。


(4)变频电动机的冷却。选粉机电动机采取自带风扇的冷却方式,在转速降低时,冷却风量不足以满足电动机温升所带来的影响,虽额外增加2台轴流风机进行强制冷却,但由于选粉机低速工况下负载变化及低频高次时间谐波的影响,电动机异常发热造成的温升难以有效降低,从而导致电动机长时间运行过热烧损。


三、解决措施


由于变频器产生的高频谐波在较低频率下产生的影响及负载特性因素,致使选粉机减速机更换后电动机电流升高,耗损增加,电动机发热,冷却不足使电动机烧损,采取了以下相应措施。


(1)考虑对谐波的抑制。通常采用电抗器、滤波器或者多相脉冲整流器,通过合理布线、屏蔽等措施减少或消弱谐波影响,降低线路干扰,保证变频电动机运行稳定。但这种方法并不能改变因为负载特性的影响造成的电流升高导致的电动机发热现象。


(2)充分利用变频器自身功能。结合变频电动机的特性曲线变化,对变频器的工作参数进行修改,提高V/f控制值,优化电动机电流分配,提高产生转矩的电动机电流分量和减少其他电流分量的数值,在不增加电流的情况下,提高电动机输出转矩,对改善电动机低速时温升有一定效果,但仍然不理想。


(3)改善电动机特性曲线和负载特性曲线。结合平衡点,提高电动机工作频率,降低低频时高频时间谐波及电动机负载能力下降的影响,提高电动机的有效输出功率,降低电动机工作电流,可更换减速机以提高速比或者选择合适的选粉机拖动电动机。


综合考虑各种调节方法及更换减速机采购成本等因素,认为采取更换额定转速较低的电动机更具有可操作性,结合未更换前选粉机电动机的工作转速及现有减速机速比,对电动机输出轴扭矩进行校核,更换了一台功率132kW、转速为1150r/min、额定电流为215A的电动机。更换后电动机电流降低到100A以下,变频器工作在34.8Hz附近,再未出现选粉机电动机烧坏事故。



作者:孟祥慧,陈猛,杜渊博

来源:《邯郸金隅太行水泥有限责任公司》

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