防爆电动机的选择,首要的目的是考虑安全,其次是如何满足所拖动的机械设备的要求。爆炸性环境可分为爆炸性气体环境和爆炸性粉尘环境,本文只介绍爆炸性气体环境防爆电机的选择。
一、怎样选择电动机
1.选择电动机的步骤和内容
应以被拖动机械设备的具体要求出发,并考虑使用场所的电源、工作环境、防护等级以及电动机的功率因数、效率、过载能力、安装方式、传动设备、产品价格、运行和维护费用等情况来选择电动机的电气性能和机械性能,使被选定的电动机能安全、经济、节能和合理地运行。选择电动机的过程中其功率的确定极为重要,选择原则应该是在电动机能够满足被拖动负载要求的前提下,最经济、合理地确定电动机功率的大小。如果电动机的功率选得过大,不仅使设备投资费用增加,而且还会因电动机长期轻载运行致使其功率因数和效率降低;相反,若电动机的功率选得过小,电动机将经常过载运行,从而使电动机温升增高、绝缘老化以致使用寿命缩短;此外,还有可能出现起动困难和经受不起冲击性负载等情况。因此必须慎重权衡、正确合理地选择电动机的功率。
对于所选电动机的类型应能够满足生产机械各个方面的要求,如被拖动负载的性质、工作制、转速、起动特性、制动要求、过载能力及调速特性等;并应按经济合理的原则来选择电动机的类型,如电流种类、结构型式、电压等级和冷却方法等;同时所选电动机的类型除应能满足生产机械工艺过程的要求外,还应满足电源的要求,如对于供电容量较小的电源则应考虑起动时保持供电线路电压稳定,以及使电源的功率因数保持在合理范围;此外所选电动机还应适当留有备用功率,一般使用电动机的负载率为0.75~0.9左右。电动机的结构型式和绝缘等级应满足安装与使用环境的要求,以保证电动机能够长期、可靠、安全地运行。
2.电动机类型的选择
在选择电动机的类型时应优先考虑使用三相交流电动机,因为三相交流电动机较其他类型电动机具有更多的优点。具体选择电动机的类型时,还应仔细考虑以下两种情况。
(1)不需调速的负载机械
对于不需要进行调速的负载机械设备,包括连续、短时、周期工作等工作制的机械设备,应尽可能采用交流异步电动机;若负载平稳且对起动与制动无特殊要求的连续运行的机械,宜优先选用普通笼型异步电动机。如果电动机的功率较大且为了提高电源的功率因数,可采用三相同步电动机;若单纯因起动困难的负载机械在经起动能力检验证实后,可采用高堵转转矩的双笼型和深槽笼型异步电动机。如果按起动能力检验不能通过或起动时电源线路电压降过大,就可采用绕线转子异步电动机;带周期性变化负载的机械要求有较大的起动和制动转矩时,对大中功率负载而言应选用绕线转子异步电动机,对于小功率负载可采用高转差率异步电动机;若某些周期性工作制机械,采用交流电动机后在温升、起动、制动特性等方面不能满足需要,或其拖动系统的过渡过程有特殊要求的生产机械,适宜采用直流电动机。
(2)需要调速的机械
需要调速的机械应视调速范围和要求速度调节的连续、平滑程度来选择电动机。对于只要求几种转速的小功率负载机械,可采用变极调速的多速(双速、三速、四速)笼型异步电动机;对调速平滑程度要求不高并且调速比不大的负载机械,宜采用绕线转子电动机或电磁调速电动机;若调速范围在1∶3以上且需连续稳定平滑调速的负载机械,宜采用直流电动机或变频调速电动机。当需要起动转矩大和机械特性硬度低的生产机械,宜选用直流串励电动机;某些要求调整比不大(1∶2左右)的大功率负载机械,也可采用带有串极调速装置的绕线转子异步电动机,这样还可使部分电能回馈电网而得以提高其运行的经济指标。
3.电动机结构型式的选择
电动机的结构型式即其有关固定用构件、轴承装置和轴伸等电机的构成情况,而电动机的结构型式主要由安装型式和防护型式两部分组成。
(1)安装型式的选择
电动机的安装型式是用轴线方向和固定用构件的状况来全面表达电动机的安装情况。安装型式的代号用IM来表示,如:IMB3、IMB5、IMB35、IMV1、IMV10等。
(2)防护型式的选择
为了防止电动机被周围不良介质损坏或因其本身的故障引发灾害,所以必须根据不同的环境去选择电动机适当的防护型式。一般,电动机常见的防护型式分为开启式、防护式、封闭式和防爆式等多种型式,现简介如下:
开启式电动机——外表有很大的通风口,其散热条件好、用料省而造价较低。但缺点是水气、灰尘等杂物容易侵入电动机内部,因而只能用于干燥和清洁的工作环境。
防护式电动机——通风口设计为朝下且有防护网遮掩,其通风冷却条件比较好。该种防护型式的电动机一般可防滴、防雨、防溅、以及防止外界杂物落入电动机内部,但不能防止潮气和灰尘的侵入,因此它比较适用于灰尘不多、较为干燥、无腐蚀性的场所。
封闭式电动机——通常分为自扇冷式、强迫通风式和密闭式三种。自扇冷式和强迫通风式两种型式的电动机,能防止以任何方向飞溅来的水滴和其他杂物侵入,并且潮气和灰尘等也不易进入电动机内部,所以适用于有潮湿、灰尘多、易受风雨侵独、易引起火灾、有腐蚀性气体的各种地方。密闭式电动机一般使用于水或油等液体中工作的负载机械。比如潜水电动机或潜油电动机等。此类电动机由于对制造工艺、使用材料均要求较高,其价格要比普通电动机贵。
此外,在选择电动机的防护型式时还应考虑:若在湿热带地区使用,应选用TH型湿热带用电动机,如采用普通型电动机就应采取适当的防潮、防霉措施;在干热带地区使用,应选用TA型干热带用电动机;在高海拔地区使用,应选用高原型电动机;在船舶和舰艇上使用,应尽可能采用有特殊结构和防护要求的船用或舰用电动机;若在空气中经常有腐蚀性气体的地点使用,应尽量选用化工防腐型电动机或管道通风式电动机(以引入干净的冷却空气)。也可以在加强对场所通风和电动机维护的情况下,去采用封闭式或防护式电动机。
4.电动机电压的选择
电动机电压的选择主要由电力系统对企业的供电电压来决定,并且它还与电动机的功率大小有密切的关系。高电压可保证大功率电机有较小的电流和较低的发热量,但高电压对绝缘强度要求同时也高得多。
5.电动机转速的选择
电动机额定转速都是依据生产机械的要求来选定的。在确定电动机额定转速时必须考虑机械减速机构的传动比值,两者相互配合并经过技术与经济的全面比较才能确定。
二、与防爆性能有关的选型
1.防爆式电动机
防爆式电动机通常是在封闭式电动机结构的基础上制成隔爆型、增安型、正压型、无火花型、粉尘防爆型等型式,它们都适用于有易燃、易爆气体或粉尘的危险环境下工作,如石油、化工、煤矿、油库、煤气站、纺织、粮库等场所。
2.根据区域类别选型
(1)0区用设备
0区环境禁用电机。
(2)1区用设备
如电气设备符合用于0区要求或下列防爆型式的一种或多种要求,该电气设备可用于1区:
符合GB 3836.2《爆炸性气体环境用电气设备第2部分:隔爆型“d”》的隔爆型电动机;
符合GB 3836.5《爆炸性气体环境用电气设备第5部分:正压外壳型“p”》的正压型电动机。
注:IEC 60079—14规定,“e”型电气设备可用于1区。根据我国的实际情况,允许在1区中使用的“e”型设备仅限于在正常运行中不产生火花、电弧或危险温度的接线盒和接线箱,包括主体为“d”或“m”型、接线部分为“e”型的电气产品,配置有合适热保护装置(GB 3836.3-2000附录D)的“e”型低压异步电动机(起动频繁和环境条件恶劣者除外)。
(3)2区用设备
下列电机可以在2区使用:
符合GB 3836.2《爆炸性气体环境用电气设备第2部分:隔爆型“d”》的隔爆型电动机;
符合GB 3836.5《爆炸性气体环境用电气设备第5部分:正压外壳型:“p”》的正压型电动机;
符合GB 3836.3《爆炸性气体环境用电气设备第3部分:增安型“e”》的增安型电动机。
3.根据气体或蒸气的引燃温度选型
电气设备应按其最高表面温度不超过可能出现的任何气体或蒸气的引燃温度选型。电气设备上温度组别标志意义见表1。
4.外部影响
电气设备的选型和安装,应防止外部影响(例如:化学作用,机械作用和热、电气、潮湿)对防爆性能产生不利的影响。
5.爆炸性气体环境分类
Ⅰ类:煤矿井下使用。
Ⅱ类:除煤矿井下之外的所有其它爆炸性气体环境使用。
6.防爆标志意义
防爆标志包括其标志Ex、防爆形式、类别和温度组别。
三、结语
防爆电动机的选型除按一般电动机选型原则外,为了安全,特别要对防爆性能满足爆炸性气体环境的要求进行选型,其步骤为:
爆炸性气体环境的危险区域是属于0区、1区还是2区。
根据危险区域,选择防爆形式是隔爆型、正压型还是增安型。
选类别,是煤矿井下,还是其它的Ⅱ类场所。
根据爆炸性气体环境中气体或蒸汽的性质确定级别和温度组别。经过以上过程,防爆标志就确定下来了,选型已完成。