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浅谈摩利HMW82双速电动机绕组大修注意事项

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：魏占宽

[导读] 摘要：HMW82（700/350KW）摩利双绕组双速感应电动机在煤矿中主要作为刮板输送机的电机，在井下的输送过程中，经常有煤块集中堆积的现象，这就要求电机有很大的转矩才得以保证煤块的输送，双速电机的低速区间下是在这种情况下使用的。

        (神东煤炭集团维修中心内蒙古鄂尔多斯 017000)
        摘要：HMW82（700/350KW）摩利双绕组双速感应电动机在煤矿中主要作为刮板输送机的电机，在井下的输送过程中，经常有煤块集中堆积的现象，这就要求电机有很大的转矩才得以保证煤块的输送，双速电机的低速区间下是在这种情况下使用的。它的功率与结构应适应这种情况。另外，水冷电机比风冷有更好的冷却效果，在同等电流密度下，比风冷电机的温升低10℃-20℃。
        关键词：双绕组；双速；转矩
        引言
        煤炭行业快速发展和采掘运输设备能力大幅度提高，促使装机设备朝着长距离、大容量、大功率、高倾角、高速度的方向发展。这就造成矿下的煤炭在输送过程中，经常发生煤块堆积，因此要求电动机有较大的起动转矩和最大转矩。同时，亦对电动机提出了其它更高的要求，双绕组双速感应电动机可随负载性质的要求而有极地变化转速，从而使功率合理匹配并简化变速系统，堪称机械系统节约能耗的理想动力。
        一.HMW82（700/350KW）摩利双绕组双速感应电动机简介
        煤炭行业快速发展和采掘运输设备能力大幅度提高，促使装机设备朝着长距离、大容量、大功率、高倾角、高速度的方向发展。这就造成矿下的煤炭在输送过程中，经常发生煤块堆积，因此要求电动机有较大的起动转矩和最大转矩。同时，亦对电动机提出了其它更高的要求，如：大容量、高效节能、安全可靠等。煤矿专用电机的使用工况比较恶劣，有易燃易爆气体、煤尘、积水、碰撞等，且受煤矿井下作业场所空间的限制，对电机的结构性能要求较高。普通防爆三相感应电动机，定子侧只有一套绕组，极数不可变，无变频设备时，其同步转速固定，转速的调节十分困难，需要加装变频设备或改变变频电动机。而引入变频设备或变频电机都将增加相当大的成本投入高。转子侧为单笼槽形，起动转矩相对较小。在煤炭运输中，煤块堆积使输送机经常重载起动，电动机起动转矩过小会造成电动机堵转甚至损伤皮带输送机。普通防爆三相感应电动机由于其本身结构的不足，不能很好地适应煤矿输送机，煤矿迫切需要满足起动转矩大、转速有极变化、节能高效要求的电动机。为适应以上要求，单绕组双速双笼感应电动机被用于煤矿皮带传送机上，由于电动机普通采用4/8极双速运行，而4极和8极极距相差一倍，单绕组选择节距时，无法保证4极和8极都有较高的绕组节距系数和分布系数，且8极时起动不利。而且其引出线多、控制线路复杂，增加了控制难度以及控制成本。由上可见，这两种电动机都不能理想地满足煤矿行业重载起动的要求。
        双绕组双速感应电动机可随负载性质的要求而有极地变化转速，从而使功率合理匹配并简化变速系统，堪称机械系统节约能耗的理想动力。
        HMW82（700/350KW）摩利双绕组双速感应电动机通过定子槽中安置两套不同极对数的绕组来改变电机的极对数，以得到不同的转速、转矩特性。该电机具有低速启动、高速运行的特点，可以减少起动电流和降低起动压降。同时，双笼转子结构能更好地适应重载起动，有效地解决了重载难起动问题。目前，国内外大功率的刮板输送机用防爆变极双速电动机大都采用双绕组变极绕组，以简化控制系统和降低开关设备费用。同时，由于定子有两套绕组，使得电机的整体结构偏大，这也是矿用双绕组双速双笼电机的缺点之一。
        二.双绕组双速电机的功率与转矩
        双速电机的功率有倍功率、等功率及即不是倍功率也不是等功率等三种情况。
        1.等功率双速电机
        如YBSD90/90-4/8电机为等功率双速电机，功率都是90KW，只是极数差了一倍，考虑到要求电机起动转矩倍数最低值为2.2，因此，8极的起动转矩至少是4极额定转矩的4.4倍。也就是说，如电机在4极运行时，这时的转矩为4极运行时的4.4倍。而单速电机只有2.2倍，故双速等功率电机的能力强。双速电机的高速对应的是正常运行，低速对应的是过载下运行。电机正常运行的时间长，因此，设计双速电机时，两者的效率基本相等。而功率因数往往不能同时兼顾，只有保证正常运行的功率因数，即4极的功率因数比8极电机的高（如4极电机是0.87，8极电机是0.68）。而8极电机的起动电流比4极电机的大，对电网的冲击也大，这是等功率双速电机的一个特点。
        2.倍功率双速电机
        本文论述的HMW82（700/350KW），4极为700KW，8极为350KW，功率差1倍，速度也差1倍，而额定转矩T=P/ n，两者的额定转矩是相等的，起动转矩也可以相等。这种电机的过载能力与普通单速电机的相同，但优点是在相同的起动转矩情况下，起动电流小，对电网的冲击也小。
        双速电机的应用选择
        从以上情况看，等功率双速电机的过载能力强，倍功率双速电机对电网的冲击小。如即要过载能力好又对电网的冲击小，可以选择不同的功率配置，如HMW82（700/350KW）。
        三.HMW82（700/350KW）摩利双绕组双速感应电动机结构
        1.水道
        采用的是轴向平行水道，钢条水平地焊接在机壳外。
        2.线圈
        双速电机的线圈的安排是：槽底为高速线圈，槽口为低速线圈。嵌线时必须考虑两种线圈在空间不受干扰，尤其是扁线线圈。下图为线圈端部的三种情况。

        图1表示两个线圈在空间有干扰。
        图2表示两个线圈伸出铁心不一样长，两个线圈在空间最小的距离为5mm。这种结构省铜线，但下层线圈接线时，在线圈之间要垫石棉材料，以免损坏上层线圈。
        图3表示两个线圈伸出铁心一样长，两线圈在空间最小的距离也为5mm。这种结构多用铜线，但下层线圈接线方便。
        四.HMW82（700/350KW）摩利双绕组双速感应电动机工作原理
        双速电动的工作原理和单速类似，通过外部端子接线实现不同的连接方式来改变定子绕组的磁极对数来实现不同转速的。双速电机内部有两套绕组。可以通过改变不同的工作绕组实现调速。不同的绕组的极对数是不同的。
        双速电机是变极调速电机的一种。双速电机通过改变定子绕组的连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数，进而成倍数的改变旋转磁场的旋转速度，实现调速目的。
        异步电机的同步转速n=60f/p。
        从公式看出，改变异步电机的转速，有两种基本方式：1、改变供电电源的频率f，变频调速就是利用这个原理。2、改变电机的极对数p，这种调速方式称为变极调速。
        电机极对数越多，同步转速越低。当供电频率固定时，其同步转速也是固定的，如：50Hz供电时，2极电机同步转速是3000r/min，4极电机同步转速是1500r/min，6极电机同步转速是1000r/min，8极电机同步转速是750r/min。
        改变定子绕组的连接方式，可以改变电机极对数，然而，根据电机学原理，只有当定、转子的极对数相同时两者磁势才能相互作用产生恒定电磁转矩。因此，要求变极时定、转子的极对数必须同时改变。
        绕线式转子实现变极难度大，而鼠笼式异步电机的转子为对称分布的闭合回路，没有固定的极对数，所以，通常只有鼠笼式异步电机才能采用变极调速方式。
        因此，双速电机大多为鼠笼式异步电机。
        低速时电机是1路星接，高速时是2路星接。我们可以通过3个接触器实现高低速切换。
        五.HMW82（700/350KW）摩利双绕组双速感应电动机特点
        1.双速电机在两种速度下都可输出额定转矩或额定功率，都可获得较高的效率。
        2.双速电机的调速为整倍数调节，只能应用在不要求平滑调节转速的场合。
        3.双速电机在变极调速的情况下仍可采用变频调速，大幅度提高了宽速度范围内的电机运行效率。
        六.HMW82（700/350KW）摩利双绕组双速感应电动机绕组大修注意事项
        1.铁芯修复时的注意事项
        HMW82（700/350KW）摩利双绕组双速感应电动机拆除铁芯上的线圈后，出现的错位槽片、涨片，齿部变形现象，禁止使用锉刀、砂轮等工具整修槽面及槽口，要用专用工具整错位片。涨片是拔出线圈时，线圈的受力方向倾斜造成的，片与片之间有残留的绝缘材料，整理涨片时，先将片间的绝缘材料取出后再整理。
        不可用手锤在槽口敲击，避免造成槽口损伤，也不可用锉刀锉削槽口的齿部，要保持原槽形的完整性，确保磁场产生的磁路均匀。
        铁芯扫膛引起的倒槽，范围小的可用撬槽刀沿着铁芯长度方向将槽形片一片一片地扶回原位，再用什锦锉修平毛刺即可，不可用“一”字改锥撬槽口或用锉刀锉开槽口，以免槽形缺齿部，改变电机的电气性能。
        2.HMW82（700/350KW）摩利双绕组双速感应电动机数据

        3.嵌线过程中的注意事项
        1）电机定子铁芯修复后，仔细检查清理铁芯。
        确保铁芯表面和槽内平整、无杂物，达到嵌线要求。
        2）准备好所需工具和材料。
        常用材料有槽绝缘、端部相间绝缘、层间绝缘、绝缘套管、槽楔等。
        3）铺放绝缘材料
        了解所嵌电动机的极数、绕组节距、引线方向、并联支路数、端伸尺寸。
        要注意的是槽绝缘纸的长度是否合乎标准。3300V电机的槽绝缘长度：铁芯长度mm+60mm（即铁芯两端槽绝缘的伸出长度各30mm）小于这个伸出长度，线圈嵌入槽内后，会出现绕组对地放电的现象，另外相间绝缘、层间绝缘在嵌线过程都必须放置到位。
        4.嵌线
        1）嵌线时，主操作人员将线圈置于槽口绝缘材料中，确认未卡纸后匀速向前推，副操作人员顺着推力轻轻拉，利用惯性将线圈嵌入槽内。
        一般在两人配合得当的情况下，线圈在一推一拉之间就会进入槽内，如果线圈没有被拉入槽内，需用压枪轻轻的将线圈压入，需要注意的是，压枪的压板横截面需平整、光滑，宽度略小于槽口1mm。
        嵌放过程中，需对嵌入的线圈利用橡胶锤进行整形，整形时需在整形部位绕组与外壳之间垫入6-8mm后的绝缘板，以防整形时敲打的太用力使绕组端部外侧与定子外壳接触，造成绕组接地现象。
        2）放置层间绝缘
        在嵌下层边后，将层间绝缘插入槽内，盖住下层边。层间绝缘须用压枪压实，也可用小橡胶锤敲压线板压实。
        3）封槽口
        槽内高低速线圈嵌放进去以后，先将电磁线压实，然后将槽盖绝缘插入，或将槽口的槽绝缘对折包住电磁线，折复槽绝缘必须重叠2mm以上。最后用压枪压实绝缘，从一端打入槽楔，槽楔进槽后松紧要适当，注意不得损伤电磁线绝缘和槽绝缘。
        5.端部的整理
        嵌线完成后，端部整形是值得留意的一个环节，端部有长度要求的留足长度，两端部绕组要用整形棒敲出延槽长方向15°角的喇叭口，用于改善在绕组的散热条件。线圈伸出槽口方向的长度要统一，不能出现高点。
        6.路数与接线
        由于定子为双绕组，一般高速绕组嵌于定子槽下部，低速绕组嵌于定子槽上部，高、低速绕组引出线分别接于独立的接线端子上，经过分设的出线装置与供电电缆相连接。高、低速绕组端部分别埋设温度保护元件，进行绕组的温度保护，由于低速纸组在定子槽上部，又临近发热的转子导体，绕组散热条件差，因此，在电动机结构方面要充分考虑转子导体与低速绕组的发热与散热问题。
        电动机采用双绕组，当一个绕组工作时，其产生的旋转磁场在另一个绕组中将产生感应电动势。如果这个不工作的绕组中有自成闭路的部分时，则有可能在闭路中合成电动势不为零，形成环流，影响正常运行。因此，对HMW82（700/350KW）摩利双绕组双速感应电动机高速绕组进行两路并联时，要采用正确的支路连接方法，以保证双绕组可以正常运行。
        电机的路数及接法非常重要，如果路数错误或接法错误，都将使电机无法正常工作。
        接线时，绕组线圈的一次连接线（俗称过桥线），通常接在绕组端部内侧，排列整齐，二次连接线接在绕组端部的外缘，要求分相清晰无错位，均匀分布。引出线要按引出机壳位置接出，引出线的长度留足，引出线的截面积要符合电机额定载流量。绑扎端部时，用橡皮锤轻轻敲端部线圈，使端部绑扎更紧实、更整齐。
        7.接头焊接
        HMW82（700/350KW）摩利双绕组双速感应电动机接头焊接采用氧气乙炔焊。焊接前需将施焊接头与周围绕组做好隔离措施，以防火焰将绕组绝缘烧毁。
        接头焊好后要进行冷却处理，以防烫伤作业人员，焊好的接头先用云母1/2叠包4层，再用聚酯酰胺薄膜1/2叠包1层，最后用套管一般用玻璃丝漆套管。
        在电动机绕组中，各种焊接头必须具有良好的导电性能、力学性能、抗腐蚀性能、抗老化和冷热交变性能等，以保证焊接接头能长期可靠的工作，特别是接头的电阻不能过大，以防止运行时产生局部高温造成开焊。
        8.浸漆
        HMW82（700/350KW）摩利双绕组双速感应电动机电动机采用的水冷方式，浸漆前须将水道封堵严密，隔爆面及螺栓孔口刷一层硅脂，防止绝缘漆粘到关键部位难以清理，给电机维修质量造成隐患。
        电动机浸漆质量的好坏，直接影响到电机的温升和使用寿命，要求浸漆与烘干严格按照绝缘处理工艺进行，以保证绝缘漆的渗透性好、漆膜表面光滑和机械强度高，使定子绕组粘结成为一个结实的整体，从而提高电机的使用寿命。
        结束语
        HMW82（700/350KW）摩利双绕组双速感应电动机，相当于一个电机，可作为两种电机（两种功率、两种速度）使用，切换方便。电机绕组中埋有热敏电阻或温度继电器，如过载过热保护动作。能自动切换到低速大转矩运行。
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