一種三相異步電動(dòng)機(jī)的冷卻裝置

柴廣文

摘要：三相異步電動(dòng)機(jī)存在頻率下降后冷卻風(fēng)量減少，風(fēng)壓下降，溫升快，溫度高的問(wèn)題，過(guò)高的電機(jī)溫度造成軸承的溫度高，潤(rùn)滑油脂變稀甩出，縮短維修保養(yǎng)周期，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成軸承抱死故障。我們研制的“一種三相異步電動(dòng)機(jī)的冷卻裝置”很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：三相異步電動(dòng)機(jī)；頻率；軸承；溫度高；冷卻

1問(wèn)題的提出

隨著變頻技術(shù)在油田生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，其節(jié)能效果和自動(dòng)化控制能力得到人們的認(rèn)可，然而變頻設(shè)備的高成本等諸多問(wèn)題，造成了目前的變頻器控制三相異步電動(dòng)機(jī)的組合方式仍是生產(chǎn)運(yùn)行的一種主流方式。這種組合方式存在以下兩個(gè)問(wèn)題：（1）電機(jī)運(yùn)行時(shí)溫升快、溫度高對(duì)絕緣損害大；（2）電機(jī)軸承的冷卻效果變差，潤(rùn)滑油變質(zhì)，造成軸承燒死。

2問(wèn)題調(diào)查

（1）電機(jī)溫升快、溫度高的原因。通過(guò)對(duì)變頻器和三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理分析，總結(jié)出電機(jī)溫升快、溫度高的主要原因有兩個(gè)。原因一：高次諧波引起電機(jī)的效率和功率因數(shù)變差，電機(jī)溫升增加。變頻裝置用交直交控制，變頻器輸出的電壓、電流波形均有高次諧波。由于三相異步電動(dòng)機(jī)是按正弦波電源制造的，當(dāng)有高次諧波流過(guò)電動(dòng)機(jī)繞組時(shí)，銅損增大，并引起附加損耗，從而引起繞組發(fā)熱。有資料表明，變頻器傳動(dòng)與工頻電源傳動(dòng)相比，電流約增加10%，溫升約增加20%。原因二：電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，散熱能力變差，溫度升高。電機(jī)的冷卻風(fēng)扇裝在轉(zhuǎn)子軸上，工頻狀態(tài)下風(fēng)量風(fēng)壓完全能滿足電機(jī)冷卻的需要，使用變頻調(diào)速后電機(jī)往處于低頻狀態(tài)運(yùn)行，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，由于風(fēng)扇的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速比成正比，風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速比的平方成正比的線性關(guān)系，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和風(fēng)量下降大，電機(jī)冷卻效果差，因此電機(jī)溫度升高。

（2）潤(rùn)滑油變質(zhì)的原因?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)：電機(jī)的冷卻風(fēng)量和風(fēng)壓小，冷卻風(fēng)吹不到前端的軸承盒，同時(shí)電機(jī)溫度高，軸承熱量傳遞不出去，造成軸承溫度高。軸承熱量的集中使?jié)櫥椭诟邷叵伦兿』蜃冑|(zhì)。

（3）現(xiàn)場(chǎng)處理措施。目前，現(xiàn)場(chǎng)采取倒泵方法讓電機(jī)停運(yùn)后自然降溫。這種措施存在一定的局限性，12月至2月環(huán)境溫度低，這措施還能施行，在其它的月份氣溫高，泵房?jī)?nèi)設(shè)備多、介質(zhì)溫度高，電機(jī)自然冷卻的速度慢，倒泵的周期越來(lái)越短，增大了員工的工作量。

鑒于以上問(wèn)題，我們決定研制一種三相異步電動(dòng)機(jī)的冷卻裝置，來(lái)解決電機(jī)低頻高溫的問(wèn)題，減少員工的工作量。

3新措施的提出

（1）確定措施方向。a.變頻技術(shù)和設(shè)備的問(wèn)題是我們現(xiàn)場(chǎng)不能解決的我們暫時(shí)不予以考慮。b.風(fēng)量和風(fēng)壓變小問(wèn)題，我們可以用提高風(fēng)量及風(fēng)壓的措施來(lái)解決，有一定的可實(shí)施性。作為我們的措施主要方向。

（2）提出措施方案。方案一，用鼓風(fēng)機(jī)從各個(gè)方向向電機(jī)吹風(fēng)進(jìn)行冷卻，能在停機(jī)后加速冷卻。方案二，在原風(fēng)扇后增加一個(gè)大的風(fēng)機(jī)增加冷卻風(fēng)量提高風(fēng)壓，能在停機(jī)后加速冷卻。

（3）確定實(shí)施方案。方案一從各個(gè)方向給電機(jī)吹風(fēng)冷卻，由于場(chǎng)地和安裝方式，固定角度的局限性，很難保證電機(jī)均勻的冷卻，安裝難度高效果差，被否定。方案二在原風(fēng)扇后增加一個(gè)風(fēng)機(jī)的措施，由于安裝位置明確，制作安裝簡(jiǎn)單，實(shí)施起來(lái)較容易，成為了我們的電機(jī)冷卻裝置的最佳實(shí)施方案。

4實(shí)施方案

4.1風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)與選擇

電機(jī)專機(jī)風(fēng)扇風(fēng)量的計(jì)算，后傾離心風(fēng)扇風(fēng)量在采用F級(jí)絕緣時(shí)每1KW損耗1.844m3/min的風(fēng)量用下式來(lái)計(jì)算Q=PC*60（以185KW電機(jī)為例）。

Q—風(fēng)扇風(fēng)量；P—電機(jī)功率；C—常量

185KW電機(jī)風(fēng)扇的風(fēng)量Q=185*1.844*60=20468（m3/h）

市場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)YWF2E600風(fēng)筒風(fēng)機(jī)，風(fēng)量是21000（m3/h）能滿足這個(gè)風(fēng)量。

4.2制作與安裝

（1）風(fēng)機(jī)增加裝置機(jī)械部分的制作。將風(fēng)機(jī)罩的進(jìn)風(fēng)孔尺寸由原來(lái)是的φ450mm加大到φ600mm，同心安裝上YWF2E600外轉(zhuǎn)子軸流風(fēng)機(jī)，電機(jī)風(fēng)機(jī)與軸流風(fēng)機(jī)串聯(lián)，來(lái)增壓。（2）停機(jī)后冷卻的電路設(shè)計(jì)和制作。利用時(shí)間繼電器、中間繼電器、交流接觸器來(lái)控制軸流風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)和延時(shí)停止。電路控制圖如下圖：SB1為啟動(dòng)按鈕，按下SB1后，交流接觸器KM1線圈得電自保，系統(tǒng)運(yùn)行。SB2為停止按鈕，當(dāng)按下SB2后，中間繼電器KA1線圈得電自保，同時(shí)延時(shí)時(shí)間繼電器KT1線圈得電并計(jì)時(shí)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，KT11動(dòng)作，其常閉觸點(diǎn)打開(kāi)，從而使整個(gè)電路失電，達(dá)到延時(shí)斷電的目的。

5現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

2017年7月在聯(lián)合站3臺(tái)注水泵電機(jī)上安裝了該裝置，由安裝前后電機(jī)及軸承溫度對(duì)比表（如下表），可以看出該裝置對(duì)注水泵電機(jī)起到了很好的冷卻效果。電機(jī)在不同頻率上，長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)溫度一直保持在70℃90℃，與工頻狀態(tài)接近，保證了電機(jī)在合理的工作參數(shù)范圍內(nèi)工作。風(fēng)機(jī)的延時(shí)停機(jī)裝置，使電機(jī)溫度由停運(yùn)后上升改為迅速下降，冷卻效果好。

（1）通過(guò)加裝風(fēng)機(jī)增加風(fēng)量和風(fēng)壓力，提高冷卻效果。（2）風(fēng)機(jī)延時(shí)停機(jī)控制，使電機(jī)快速冷卻。（3）注意風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與電機(jī)的轉(zhuǎn)向一致。

7結(jié)論

這個(gè)電機(jī)的冷卻裝置很好的解決了電機(jī)在低頻狀態(tài)下電機(jī)及軸承的散熱問(wèn)題，起到了保護(hù)電機(jī)的作用，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果好，有很高的實(shí)用價(jià)值。

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