滚柱式传送带用变频异步电动机

1 概述

在冶金工业中，惯例是由专用的电动机，用于滚柱式传送装置的滚柱驱动。此类电动机与通用异步电动机(A 廿)的不同，是由其在非调节电力传动中的运行特点所决定的。

滚柱式传送带的电动机，可运行于频繁起动、制动、逆转等工况，必须能经受住长时间的短路状态工作，能承受大的热辐射和经常性的强力的机械冲击与振动。因此，滚柱传送带电动机与通用电动机比较，具有电磁负荷减小;气隙增大;转子绕组的有效电阻大;加固的外壳部件(机座和轴承护板)能耐受机械的冲击与振动;自然的冷却(无外边吹风的通风机)等一系列特点。

对于滚柱式传送带电动机的定子绕组，采用有机硅漆浸渍的玻璃纤维丝绝缘导线。这与采用涂瓷漆(上釉)的绕制导线绝缘不同，尽管降低了电动机的动力指标，但它提高了定子绕组抗机械应力的坚固性。

因其运行特点，对滚柱传送带电动机所提出的要求，导致的结果是：在相同的功率下，按照大的规格尺寸和技术经济指标，不可调滚柱传送带电动机远不及通用的异步电动机。

鉴于变频驱动的广泛应用(包括在冶金工业部门)，对由通用A廿取代滚柱传动电动机这一意见的合理性，提出了质疑。

滚柱式传送带电动机在运行中所受到的不利因素(轧制产品的热辐射、振动、冲击的负载转矩、灰尘和潮湿)，在变频运行过程中均存在。因此，在设计滚柱传动电动机的结构时，提高了壳体部件及铁芯的机械强度，采用了滚柱轴承，加强了定子绕组的绝缘。在相同的运行条件下，较之一般工业用电动机具有无可争辩的优越性。

要研制对所有情况都通用又适宜的变频电动机是不可能的，只有针对每一种控制规则和能力、调频范围、负荷特性等实施具体组合，对电机进行优化[1]，优化后的电动机应该是适用于变频驱动的[2]。

2 滚柱传送带电动机变频性能的评估及计算结果

在调频情况下有可能实现电动机的平稳起动和制动，避免了在滑差(转差率)大于临界值下运行。这就可以使滚柱传送带电动机在变频运行工况下，其定子和转子绕组有尽可能小的阻抗和感抗。

在不改换冲模的情况下，为了减小APM 系列滚柱传送带电动机定子、转子绕组的电阻，存在两种可能性：一是在浇铸转子的短路条时，利用温度是20益时电导率为33 S/滋m(西门/微米)的铝取代电导率为15 S/滋m 的铝合金;二是对定子绕组，利用经上釉瓷漆绝缘的导线取代玻璃纤维绝缘导线。这样可将APM 系列电动机转子绕组的有效电阻减小6/11;定子绕组的电阻则减小20豫耀25%。

作为例子，表1 列出了APM43-6 和APM43-6(*)电动机的计算结果。两种电动机在50Hz的频率下，设计的额定电压为220 V。与APM43-6 系列电动机不同的是，在APM43-6(*)电动机中，转子绕组的浇铸是用电导率33 S/滋m的铝;而定子绕组则采用上釉的瓷漆绝缘导线。这就可将频率的下限从15 Hz降到10 Hz，当额定电压从1.2 kV 到1.3 kV时，提高了有效功率P2和电动机的效率浊。

从表1 知减小电动机绕组的有效电阻，不仅降低了调节频率的下限，而且在低频时补偿电动机电阻性绕组上的电压降吟Ux也减小了。

为评估电动机的过载能力，表1 列出了MM(最大转矩);IM(相应于转矩MM 的相电流);KM(转矩倍数)，M=MM/M2。在表1 中，上一行的MM、IM、KM值对应于临界值转差率;下一行的MM、IM、KM则对应于电动机轴端最大机械功率值。

在低频区，临界值转差率力求为1 或可能大于1，特点是电动机的工况接近短路(K3)或电磁制动。在接近K3状态下，电动机进入变频运行是不合理的。因为不仅电流过载，而且电动机的机械特性也可能崩落。电动机轴端最大机械功率时的转差率低于临界转差率。故在低频时，应由KM来合理评定电动机的过载能力。

虽然，APM 系列电动机用电导率33 S/滋m 的铝浇铸转子，定子绕组的导线采用瓷漆绝缘的导线，但是并没有理想解决滚柱传送带变频电动机的研制问题。对于变频驱动，必须有对电动机本身经过专门设计改进的滚柱传送带电动机[3]。

3 改进型滚柱传送带电动机APM2П为实现变频驱动的运行，俄罗斯的“西伯利亚电动机”公司研制并生产了特殊改进型的滚柱传送带用电动机APM2乇。

APM2乇电动机的外部结构部件与APM 系列电动机无明显差别，机座、轴承护板、引线盒等部件保持不变。电动机的冷却方式，经过带散热片的机座表面及轴承护板，基本上仍为自然的空气冷却，但因采用单独的通风系统将降低可靠性。

在变频的滚柱传送带电动机中，利用上釉瓷漆的绝缘导线有可能减小定子绕组的有效电阻，但变频运行时，定子绕组处于变频的输出电压高速增长(du/dt逸1 000 V/ms)及输出电压峰值不低于1 500 V的情况下，这些因素对绕制导线绝缘的影响，以及对其可靠性和耐用度(寿命)的影响，研究甚少。调节频率尽管可实现电动机的平稳起动和制动，但不能排除冲击性负载转矩的出现。因而，应提高作用在定子绕组上的机械应力。

采用玻璃纤维绝缘的导线，对比瓷漆绝缘绕制的导线，其绝缘厚度比瓷漆绝缘的厚度约增加1耀2 倍，以确保大幅度提高绕组及整个电动机的可靠性和耐用度。由于这一原因，在滚柱传送带变频电动机APM2乇中采用以玻璃纤维丝绝缘的绕制导线，虽对电动机的动力指标有所下降，但却是合理的。

另外，对有效部分———定子和转子的铁芯与绕组进行了本质上的改进。与APM系列滚柱传动电动机比较，在变频运行的APM2乇电动机中，转子的槽数和截面均已增加，短路绕组条的浇铸用电导率33 S/um的铝，定子和转子的绕组数据均已改变。

滚柱传送带的改进型变频电动机APM2乇的研制课题为：

1)确定频率的范围，在此频率范围内电动机以恒转矩运行，或以恒定的电动机轴端功率运行;

2)确定频率的下限，以及与其相应的定子绕组相电压，并要考虑到电动机绕组上电压降补偿的可能性。

所做的计算和研究表明，“西伯利亚电动机”公司研制的改进型APM2乇滚柱传动变频电动机，设计的额定频率50 Hz，相电压为220 V。在频率10耀100 Hz范围内，可确保调节性能和足够的过载能力。APM2乇改进型电动机，在其定子绕组上可补偿电压降，频率低于10 Hz时(见表2)，同样可以运行。

变频电动机与电网的标准频率和电压无关。

当电动机设计在恒转矩工作时，该转矩可作为额定值(已知的)。在给定的频率调节范围内，把最大的频率值当作额定频率。作为额定值的频率越低额定转矩下的电动机功率则越小。为保证最大的过载能力，在采用的额定频率下减小相电流，选择最大允许的相电压，同样可将此作为额定电压。

表3 列出了变频的滚柱传送带电动机APM2乇C64-8 的数据资料，该电动机是按在额定相电压220 V和电动机轴端额定转矩M2=94 N·m的情况下，要求额定频率f1x=15.7 Hz而设计和制造的。

APM2乇C 电机适用的频率范围为3耀15.7 Hz，电动机在恒定的轴端转矩下工作，在频率范围15.7耀31 Hz 时，能以恒定的电动机轴端功率运行在弱化磁场的工况下。

例如，对恒定轴端转矩以94 N·m运行的电动机，将调频范围扩大到3耀31 Hz，在电动机额定频率为31 Hz和相电压是220 V时，电动机功率将增加到4.5 kW，此时，额定电流为12.8 A。

在同一电动机轴端转矩下，增大极限频率，就增大了调频范围，这将导致电动机和变频器功率的增加。在对恒转矩工作的变频滚柱传送带电动机专门订货时，应预先说明由必须加工工艺决定的额定转矩、调频上限以及最高的定子绕组相电压。这样，就可按照功率和动力指标，设计出最佳的变频式滚柱传送带电动机。

4 结语

1)因为滚柱传送带电动机在运行中所经受的不利因素(轧制产品的热辐射、振动、冲击性负载转矩，灰尘和潮湿)，以通用电动机更换变频驱动的滚柱传送带电动机，其合理性很少有说服力。

2)变频驱动中利用APM系列的滚柱传送带电动机，因为其动力指标低和调频性能不佳，因而不是很理想。

3)APM系列滚柱传送带电动机，用电导率是33 S/滋m的铝进行浇铸转子，尽管勿需制造新的模具，但不能大幅度改善滚柱传动电动机的动力指标和调频特性。

4)为了运行于变频驱动系统，“西伯利亚电动机”公司研制并生产了专门的改进型滚柱传送带电动机APM2乇，在频率10耀100 Hz 范围内，它能确保必需的调节特性和足够的过载能力。对个别类型的电动机，还可扩大调频范围，将频率降低至5 Hz及以下。

5)在相电压220 V和频率50 Hz 下，相同规格尺寸的APM2乇电动机与APM 电动机对比，APM2乇的额定功率提高了20%耀60%。