前言

某公司2500t/d新型干法熟料生產線2004年投產，設備運行一直較為穩定。但在2014年7月，生料磨選粉機減速機出現機械損壞，更換新的減速機后，連續多次出現了選粉機電動機燒壞事故。在重新對選粉機電動機進行選型后，方達到安全使用效果。

一、出現的問題

該生料磨選粉機電動機功率為110kW、額定轉速為1450r/min、額定電流為198A，選粉機主軸轉速為48～190r/min。配套減速機牌號為FLENDER，型號為B2SV7，速比為7.88。2014年7月，減速機機殼破裂損壞，進行更換。但由于FLENDER減速機為國外進口，供貨周期長，國內又無現貨，為減少生產損失，決定用國產減速機進行替代，更換的國產減速機除速比降低外，外形尺寸和輸入輸出傳動軸位置與原減速機完全相同。更換使用后，由于速比降低，為達到同樣的產品質量指標，保持原工況下選粉機轉子轉速128r/min不變，選粉機變頻調速電動機工作轉速從減速機更換前的34.8Hz調整到27.9Hz。此時選粉機電流高達160A左右，雖然沒有超過電動機的額定電流，但電機卻出現了發熱現象，運行一段時間后出現了拖動電機燒損事故。即使更換了更大功率的電動機，依然出現電動機發熱燒毀現象，不到2個月連續燒毀了5臺選粉機拖動電動機。

2.1 選粉機電機降頻運行分析

選粉機轉子轉速n=n₀/i(式中：n₀-拖動電動機轉速，i-減速機速比)，選粉機拖動電動機為交流變頻電動機，在不考慮轉差率的情況下，n₀=60f/p(式中：f-電動機工作頻率，p-磁極對數)，p是一個常值，因此電動機輸出轉速僅僅和電動機工作頻率相關，頻率降低，輸出轉速降低。

選粉機更換減速機后，速比為6.32，比原減速機速比降低，而要獲得同樣的產品質量指標，必然要求選粉機轉子轉速不變，也就是減速機輸出轉速不變。在輸入端采用變頻電動機拖動下，就必須采取降低變頻電動機的頻率以獲得符合要求的較低的輸入端傳動軸速度。

2.2 選粉機電動機發熱燒毀分析

(1)選粉機功率確定。選粉機在穩定狀態下的運作功率包括三部分：一是撤料盤將喂入選粉機的物料撒出去所需要的功；二是轉子葉片克服含塵氣體做回轉運動所消耗的功；三是轉子克服機械摩擦阻力。轉子撒料盤撒物料的所做的功：P₁=A·V_t²/7200，轉子葉片切割含塵氣體所消耗的功：P₂=0.18(C_a+ρ)S·V_t³/2000式中，A-選粉機喂料量；V_t-轉子速度；S-轉子葉片總面積；C_a-選粉機喂料濃度；ρ-氣體密度。忽略摩擦阻力因素，選粉機運行功率P=P₁+P₂。更換減速機后，喂料量A及轉子轉速V₁都沒有改變，因而選粉機電動機是恒功率運轉，所需功率并沒有隨著電動機頻率的降低而降低。但是，根據電動機輸出扭矩關系式T=9550P/n₀，在P不變的情況下，電動機輸出轉速n₀減小，則電動機輸出軸的轉矩必然增大。

(2)變頻電動機的工作特性。任何形式的變頻器，在運行中均會產生不同程度的諧波電壓和電流，高次時間諧波及與之相應的漏磁通的出現，使漏磁通的磁路飽和程度增加，因而勵磁電流增大，從而使電流的基波成分加大，定子繞組電流增大，轉子交流電阻增大。轉子電阻遠大于直流電阻，因高次時間諧波的存在造成電動機及定子銅耗、轉子銅耗、鐵耗及集膚效應所產生附加損耗的增加，這些損耗會使電動機額外發熱，效率降低，輸出功率減小。由于異步電動機的阻抗不盡理想，當電源頻率較低時，電源中高次時間諧波所引起的損耗更大，很可能造成電動機異常發熱甚至燒毀。

(3)變頻器頻率與電壓及輸出轉矩的影響。對變頻調速來說，轉速降低，頻率降低，若電壓不變，磁通X將增加，這就會使磁路產生飽和，勵磁電流上升，從而使鐵損急劇增加，導致電動機過熱損壞。因此要求在調頻的同時，改變定子電壓，以維持磁通接近不變。對于異步電動機來說，電動機輸出轉矩T=K·I·X(式中，K-系數；I-電動機電流；X-磁通)，磁通X為常數，變頻器輸出電流，取決于負載轉矩，I的大小與速度無關。當負載轉矩恒定，依據T=9550P/n公式，此時電機的輸出功率會降低，變頻器輸入電流隨頻率下降而減少；對選粉機來說，在粉磨條件未改變的情況下，選粉機轉子轉速不變，需要電動機做功是不變的，在電動機轉速降低時，為維持輸出功率不變，所要求的負載轉矩增大，就會導致選粉機電動機電流增大。電動機轉速降低越多，電動機電流就會越大。而且在低頻情況下，高次諧波的影響會使漏磁增大；電流增大也會使諧波電流增大，電流無功分量增加，勵磁電流增大，使磁路產生飽和，造成電動機過熱燒毀。

(4)變頻電動機的冷卻。選粉機電動機采取自帶風扇的冷卻方式，在轉速降低時，冷卻風量不足以滿足電動機溫升所帶來的影響，雖額外增加2臺軸流風機進行強制冷卻，但由于選粉機低速工況下負載變化及低頻高次時間諧波的影響，電動機異常發熱造成的溫升難以有效降低，從而導致電動機長時間運行過熱燒損。

由于變頻器產生的高頻諧波在較低頻率下產生的影響及負載特性因素，致使選粉機減速機更換后電動機電流升高，耗損增加，電動機發熱，冷卻不足使電動機燒損，采取了以下相應措施。

(1)考慮對諧波的抑制。通常采用電抗器、濾波器或者多相脈沖整流器，通過合理布線、屏蔽等措施減少或消弱諧波影響，降低線路干擾，保證變頻電動機運行穩定。但這種方法并不能改變因為負載特性的影響造成的電流升高導致的電動機發熱現象。

(2)充分利用變頻器自身功能。結合變頻電動機的特性曲線變化，對變頻器的工作參數進行修改，提高V/f控制值，優化電動機電流分配，提高產生轉矩的電動機電流分量和減少其他電流分量的數值，在不增加電流的情況下，提高電動機輸出轉矩，對改善電動機低速時溫升有一定效果，但仍然不理想。

(3)改善電動機特性曲線和負載特性曲線。結合平衡點，提高電動機工作頻率，降低低頻時高頻時間諧波及電動機負載能力下降的影響，提高電動機的有效輸出功率，降低電動機工作電流，可更換減速機以提高速比或者選擇合適的選粉機拖動電動機。

綜合考慮各種調節方法及更換減速機采購成本等因素，認為采取更換額定轉速較低的電動機更具有可操作性，結合未更換前選粉機電動機的工作轉速及現有減速機速比，對電動機輸出軸扭矩進行校核，更換了一臺功率132kW、轉速為1150r/min、額定電流為215A的電動機。更換后電動機電流降低到100A以下，變頻器工作在34.8Hz附近，再未出現選粉機電動機燒壞事故。

作者：孟祥慧，陳猛，杜淵博

來源：《邯鄲金隅太行水泥有限責任公司》

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