前言

某公司2500t/d新型干法熟料生產(chǎn)線2004年投產(chǎn)，設(shè)備運(yùn)行一直較為穩(wěn)定。但在2014年7月，生料磨選粉機(jī)減速機(jī)出現(xiàn)機(jī)械損壞，更換新的減速機(jī)后，連續(xù)多次出現(xiàn)了選粉機(jī)電動(dòng)機(jī)燒壞事故。在重新對(duì)選粉機(jī)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行選型后，方達(dá)到安全使用效果。

一、出現(xiàn)的問(wèn)題

該生料磨選粉機(jī)電動(dòng)機(jī)功率為110kW、額定轉(zhuǎn)速為1450r/min、額定電流為198A，選粉機(jī)主軸轉(zhuǎn)速為48～190r/min。配套減速機(jī)牌號(hào)為FLENDER，型號(hào)為B2SV7，速比為7.88。2014年7月，減速機(jī)機(jī)殼破裂損壞，進(jìn)行更換。但由于FLENDER減速機(jī)為國(guó)外進(jìn)口，供貨周期長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)又無(wú)現(xiàn)貨，為減少生產(chǎn)損失，決定用國(guó)產(chǎn)減速機(jī)進(jìn)行替代，更換的國(guó)產(chǎn)減速機(jī)除速比降低外，外形尺寸和輸入輸出傳動(dòng)軸位置與原減速機(jī)完全相同。更換使用后，由于速比降低，為達(dá)到同樣的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，保持原工況下選粉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速128r/min不變，選粉機(jī)變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速?gòu)臏p速機(jī)更換前的34.8Hz調(diào)整到27.9Hz。此時(shí)選粉機(jī)電流高達(dá)160A左右，雖然沒(méi)有超過(guò)電動(dòng)機(jī)的額定電流，但電機(jī)卻出現(xiàn)了發(fā)熱現(xiàn)象，運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)了拖動(dòng)電機(jī)燒損事故。即使更換了更大功率的電動(dòng)機(jī)，依然出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱燒毀現(xiàn)象，不到2個(gè)月連續(xù)燒毀了5臺(tái)選粉機(jī)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

2.1 選粉機(jī)電機(jī)降頻運(yùn)行分析

選粉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=n₀/i(式中：n₀-拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，i-減速機(jī)速比)，選粉機(jī)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)為交流變頻電動(dòng)機(jī)，在不考慮轉(zhuǎn)差率的情況下，n₀=60f/p(式中：f-電動(dòng)機(jī)工作頻率，p-磁極對(duì)數(shù))，p是一個(gè)常值，因此電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速僅僅和電動(dòng)機(jī)工作頻率相關(guān)，頻率降低，輸出轉(zhuǎn)速降低。

選粉機(jī)更換減速機(jī)后，速比為6.32，比原減速機(jī)速比降低，而要獲得同樣的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，必然要求選粉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不變，也就是減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)速不變。在輸入端采用變頻電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)下，就必須采取降低變頻電動(dòng)機(jī)的頻率以獲得符合要求的較低的輸入端傳動(dòng)軸速度。

2.2 選粉機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱燒毀分析

(1)選粉機(jī)功率確定。選粉機(jī)在穩(wěn)定狀態(tài)下的運(yùn)作功率包括三部分：一是撤料盤將喂入選粉機(jī)的物料撒出去所需要的功；二是轉(zhuǎn)子葉片克服含塵氣體做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所消耗的功；三是轉(zhuǎn)子克服機(jī)械摩擦阻力。轉(zhuǎn)子撒料盤撒物料的所做的功：P₁=A·V_t²/7200，轉(zhuǎn)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(jī)喂料量；V_t-轉(zhuǎn)子速度；S-轉(zhuǎn)子葉片總面積；C_a-選粉機(jī)喂料濃度；ρ-氣體密度。忽略摩擦阻力因素，選粉機(jī)運(yùn)行功率P=P₁+P₂。更換減速機(jī)后，喂料量A及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速V₁都沒(méi)有改變，因而選粉機(jī)電動(dòng)機(jī)是恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)，所需功率并沒(méi)有隨著電動(dòng)機(jī)頻率的降低而降低。但是，根據(jù)電動(dòng)機(jī)輸出扭矩關(guān)系式T=9550P/n₀，在P不變的情況下，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速n₀減小，則電動(dòng)機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)矩必然增大。

(2)變頻電動(dòng)機(jī)的工作特性。任何形式的變頻器，在運(yùn)行中均會(huì)產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，高次時(shí)間諧波及與之相應(yīng)的漏磁通的出現(xiàn)，使漏磁通的磁路飽和程度增加，因而勵(lì)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(zhuǎn)子交流電阻增大。轉(zhuǎn)子電阻遠(yuǎn)大于直流電阻，因高次時(shí)間諧波的存在造成電動(dòng)機(jī)及定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅耗、鐵耗及集膚效應(yīng)所產(chǎn)生附加損耗的增加，這些損耗會(huì)使電動(dòng)機(jī)額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小。由于異步電動(dòng)機(jī)的阻抗不盡理想，當(dāng)電源頻率較低時(shí)，電源中高次時(shí)間諧波所引起的損耗更大，很可能造成電動(dòng)機(jī)異常發(fā)熱甚至燒毀。

(3)變頻器頻率與電壓及輸出轉(zhuǎn)矩的影響。對(duì)變頻調(diào)速來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)速降低，頻率降低，若電壓不變，磁通X將增加，這就會(huì)使磁路產(chǎn)生飽和，勵(lì)磁電流上升，從而使鐵損急劇增加，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過(guò)熱損壞。因此要求在調(diào)頻的同時(shí)，改變定子電壓，以維持磁通接近不變。對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T=K·I·X(式中，K-系數(shù)；I-電動(dòng)機(jī)電流；X-磁通)，磁通X為常數(shù)，變頻器輸出電流，取決于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，I的大小與速度無(wú)關(guān)。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定，依據(jù)T=9550P/n公式，此時(shí)電機(jī)的輸出功率會(huì)降低，變頻器輸入電流隨頻率下降而減少；對(duì)選粉機(jī)來(lái)說(shuō)，在粉磨條件未改變的情況下，選粉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不變，需要電動(dòng)機(jī)做功是不變的，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，為維持輸出功率不變，所要求的負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，就會(huì)導(dǎo)致選粉機(jī)電動(dòng)機(jī)電流增大。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低越多，電動(dòng)機(jī)電流就會(huì)越大。而且在低頻情況下，高次諧波的影響會(huì)使漏磁增大；電流增大也會(huì)使諧波電流增大，電流無(wú)功分量增加，勵(lì)磁電流增大，使磁路產(chǎn)生飽和，造成電動(dòng)機(jī)過(guò)熱燒毀。

(4)變頻電動(dòng)機(jī)的冷卻。選粉機(jī)電動(dòng)機(jī)采取自帶風(fēng)扇的冷卻方式，在轉(zhuǎn)速降低時(shí)，冷卻風(fēng)量不足以滿足電動(dòng)機(jī)溫升所帶來(lái)的影響，雖額外增加2臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，但由于選粉機(jī)低速工況下負(fù)載變化及低頻高次時(shí)間諧波的影響，電動(dòng)機(jī)異常發(fā)熱造成的溫升難以有效降低，從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)熱燒損。

由于變頻器產(chǎn)生的高頻諧波在較低頻率下產(chǎn)生的影響及負(fù)載特性因素，致使選粉機(jī)減速機(jī)更換后電動(dòng)機(jī)電流升高，耗損增加，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，冷卻不足使電動(dòng)機(jī)燒損，采取了以下相應(yīng)措施。

(1)考慮對(duì)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(guò)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(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。但這種方法并不能改變因?yàn)樨?fù)載特性的影響造成的電流升高導(dǎo)致的電動(dòng)機(jī)發(fā)熱現(xiàn)象。

(2)充分利用變頻器自身功能。結(jié)合變頻電動(dòng)機(jī)的特性曲線變化，對(duì)變頻器的工作參數(shù)進(jìn)行修改，提高V/f控制值，優(yōu)化電動(dòng)機(jī)電流分配，提高產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)電流分量和減少其他電流分量的數(shù)值，在不增加電流的情況下，提高電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，對(duì)改善電動(dòng)機(jī)低速時(shí)溫升有一定效果，但仍然不理想。

(3)改善電動(dòng)機(jī)特性曲線和負(fù)載特性曲線。結(jié)合平衡點(diǎn)，提高電動(dòng)機(jī)工作頻率，降低低頻時(shí)高頻時(shí)間諧波及電動(dòng)機(jī)負(fù)載能力下降的影響，提高電動(dòng)機(jī)的有效輸出功率，降低電動(dòng)機(jī)工作電流，可更換減速機(jī)以提高速比或者選擇合適的選粉機(jī)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

綜合考慮各種調(diào)節(jié)方法及更換減速機(jī)采購(gòu)成本等因素，認(rèn)為采取更換額定轉(zhuǎn)速較低的電動(dòng)機(jī)更具有可操作性，結(jié)合未更換前選粉機(jī)電動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速及現(xiàn)有減速機(jī)速比，對(duì)電動(dòng)機(jī)輸出軸扭矩進(jìn)行校核，更換了一臺(tái)功率132kW、轉(zhuǎn)速為1150r/min、額定電流為215A的電動(dòng)機(jī)。更換后電動(dòng)機(jī)電流降低到100A以下，變頻器工作在34.8Hz附近，再未出現(xiàn)選粉機(jī)電動(dòng)機(jī)燒壞事故。

作者：孟祥慧，陳猛，杜淵博

來(lái)源：《邯鄲金隅太行水泥有限責(zé)任公司》

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