一种三相异步电动机的冷却装置

柴广文

摘要：三相异步电动机存在频率下降后冷却风量减少，风压下降，温升快，温度高的问题，过高的电机温度造成轴承的温度高，润滑油脂变稀甩出，缩短维修保养周期，严重时会造成轴承抱死故障。我们研制的“一种三相异步电动机的冷却装置”很好的解决了这个問题。

关键词：三相异步电动机；频率；轴承；温度高；冷却

1问题的提出

随着变频技术在油田生产中广泛应用，其节能效果和自动化控制能力得到人们的认可，然而变频设备的高成本等诸多问题，造成了目前的变频器控制三相异步电动机的组合方式仍是生产运行的一种主流方式。这种组合方式存在以下两个问题：（1）电机运行时温升快、温度高对绝缘损害大；（2）电机轴承的冷却效果变差，润滑油变质，造成轴承烧死。

2问题调查

（1）电机温升快、温度高的原因。通过对变频器和三相异步电动机的结构和工作原理分析，总结出电机温升快、温度高的主要原因有两个。原因一：高次谐波引起电机的效率和功率因数变差，电机温升增加。变频装置用交直交控制，变频器输出的电压、电流波形均有高次谐波。由于三相异步电动机是按正弦波电源制造的，当有高次谐波流过电动机绕组时，铜损增大，并引起附加损耗，从而引起绕组发热。有资料表明，变频器传动与工频电源传动相比，电流约增加10%，温升约增加20%。原因二：电机低速运转，散热能力变差，温度升高。电机的冷却风扇装在转子轴上，工频状态下风量风压完全能满足电机冷却的需要，使用变频调速后电机往处于低频状态运行，电机转速降低，由于风扇的风量与转速比成正比，风压与转速比的平方成正比的线性关系，风机的风压和风量下降大，电机冷却效果差，因此电机温度升高。

（2）润滑油变质的原因。现场调查发现：电机的冷却风量和风压小，冷却风吹不到前端的轴承盒，同时电机温度高，轴承热量传递不出去，造成轴承温度高。轴承热量的集中使润滑油脂在高温下变稀或变质。

（3）现场处理措施。目前，现场采取倒泵方法让电机停运后自然降温。这种措施存在一定的局限性，12月至2月环境温度低，这措施还能施行，在其它的月份气温高，泵房内设备多、介质温度高，电机自然冷却的速度慢，倒泵的周期越来越短，增大了员工的工作量。

鉴于以上问题，我们决定研制一种三相异步电动机的冷却装置，来解决电机低频高温的问题，减少员工的工作量。

3新措施的提出

（1）确定措施方向。a.变频技术和设备的问题是我们现场不能解决的我们暂时不予以考虑。b.风量和风压变小问题，我们可以用提高风量及风压的措施来解决，有一定的可实施性。作为我们的措施主要方向。

（2）提出措施方案。方案一，用鼓风机从各个方向向电机吹风进行冷却，能在停机后加速冷却。方案二，在原风扇后增加一个大的风机增加冷却风量提高风压，能在停机后加速冷却。

（3）确定实施方案。方案一从各个方向给电机吹风冷却，由于场地和安装方式，固定角度的局限性，很难保证电机均匀的冷却，安装难度高效果差，被否定。方案二在原风扇后增加一个风机的措施，由于安装位置明确，制作安装简单，实施起来较容易，成为了我们的电机冷却装置的最佳实施方案。

4实施方案

4.1风机的设计与选择

电机专机风扇风量的计算，后倾离心风扇风量在采用F级绝缘时每1KW损耗1.844m3/min的风量用下式来计算Q=PC*60（以185KW电机为例）。

Q—风扇风量；P—电机功率；C—常量

185KW电机风扇的风量Q=185*1.844*60=20468（m3/h）

市场调查发现YWF2E600风筒风机，风量是21000（m3/h）能满足这个风量。

4.2制作与安装

（1）风机增加装置机械部分的制作。将风机罩的进风孔尺寸由原来是的φ450mm加大到φ600mm，同心安装上YWF2E600外转子轴流风机，电机风机与轴流风机串联，来增压。（2）停机后冷却的电路设计和制作。利用时间继电器、中间继电器、交流接触器来控制轴流风机的启动和延时停止。电路控制图如下图：SB1为启动按钮，按下SB1后，交流接触器KM1线圈得电自保，系统运行。SB2为停止按钮，当按下SB2后，中间继电器KA1线圈得电自保，同时延时时间继电器KT1线圈得电并计时，当定时时间到，KT11动作，其常闭触点打开，从而使整个电路失电，达到延时断电的目的。

5现场应用情况

2017年7月在联合站3台注水泵电机上安装了该装置，由安装前后电机及轴承温度对比表（如下表），可以看出该装置对注水泵电机起到了很好的冷却效果。电机在不同频率上，长期运转温度一直保持在70℃90℃，与工频状态接近，保证了电机在合理的工作参数范围内工作。风机的延时停机装置，使电机温度由停运后上升改为迅速下降，冷却效果好。

（1）通过加装风机增加风量和风压力，提高冷却效果。（2）风机延时停机控制，使电机快速冷却。（3）注意风机的转向与电机的转向一致。

7结论

这个电机的冷却装置很好的解决了电机在低频状态下电机及轴承的散热问题，起到了保护电机的作用，现场应用效果好，有很高的实用价值。

参考文献：

[1]崔纳新.变频驱动异步电动机最小损耗快速响应控制研究[D].山东大学，2005.

[2]王占奎.交流电机变频调速的发展和应用[A].第七届全国电技术节能学术会议文集[C].2003.

[3]张燕宾主编.SPWM变频调速应用实践.机械工业出版社，2001，1.