济南钢铁集团总公司第二炼铁厂(简称济钢第二炼铁厂)1号D400高炉鼓风机所配的三相交流高压异步鼠笼电动机(型号、规格为：YK1000-2/990，1000kW，6kV，115A，B级绝缘)为1号高炉生产供风。根据生产需要，在所配电机不变的情况下，对风机转子实施改造，由D400改为D450（额定出口风压为0.127MPa），以提高风机对1号高炉的供风能力，提高高炉产量。改造后，于1999年11月30日投入使用。
根据该鼓风机运行跟踪监测的原始记录发现，供风量明显提高，1号高炉因此平均日增产39.7t。但同时发现该鼓风机电机实际负载较额定负载偏高，特别是在冬季，由于空气密度大，长期处于过载运行状态。由实际检测的电压及电流值计算，电机的实际负载N1为1127.6kW，超电机额定负载12.76%。由电机运行标准可知，该电机与D450鼓风机不相匹配，电机处于不安全的运行状态，极易因过热而烧损，是高炉安全稳定生产运行的重大隐患。一旦发生设备事故，损失是无法估量的，且如此使用，将势必缩短电机的寿命，同时也制约将来1号高炉在大修扩容改造后对风量需求的进一步提高。为此，必须增大电机的额定功率，尽量让电机在额定状态下工作。
2 方案选择
根据运行实际参数可知，当电动机的输出功率为1127.6kW时，进风口节流板的角度为70%，此时出口风压为0.122MPa，而D450鼓风机的设计出口风压为0.127MPa。为充分考虑今后1号高炉对风量需求的提高及鼓风机运行的安全性，按出口风压为0.127 MPa 计算电动机的额定功率。
由流体力学原理得知，鼓风机特性的出口风压P与拖动电机的额定功率N存在以下关系：
（N1/N2)1/3=(P1/P2)1/2 (1)
式中N1—实际负载功率；
N2—D450风机电机额定功率；
P1—实际出口风压；
P2—D450风机额定出口风压。
因为该鼓风机为连续工作方式，由此可计算出，D450风机所配的电机额定功率N2不得低于1197.6kW。所以，选用额定功率为1200kW的电机即可满足目前冬季高负载时生产安全稳定运行及今后生产的需要。
提高1号鼓风机电机的额定功率，可供选择的方案有：(1)购置1台1200kW新电动机，(2)利用1000kW电动机扩容改造至1200kW。
目前，购置1台1200kW新电机需要资金18万元左右，而对电机扩容改造仅需资金7万余元。另外，新电机的结构与原1000kW电动机不完全一致，所以购买新电机将增加安装难度，而改造的电机不存在这些问题。因此从经济性及方便安装的角度考虑，选择电机扩容改造方案。
3 方案设计
3.1 定性分析
从经济角度出发，扩容改造方案应遵循简单、经济、可行的原则，扩容改造的工作量及费用不能超过电机大修的工作量及费用，确定不改变电机的基本构架，即不改变机座及定、转子铁芯。因为1000kW至1600kW定子绕组极数相同的电机机座（990型）及转子轴设计相同，所以该机座能够承受1200kW电机的机械强度及刚度。
综上所述，只有对该鼠笼电机的定子绕组进行改造来实现电机的扩容。
根据电机学原理，电机的输出功率N=(3)1/3UIcosφη。要提高电机的额定功率，就要提高电机从电源输入的额定电功率。从该公式中可以看出，电机电源电压U不变，由于机座及定、转子铁芯不变，则气隙不变。按照电机学理论，该电机的功率因数不随其额定功率的变化而变化，只与实际负载下的转速有关。因此，要通过提高电机的定子额定电流、效率η及绝缘等级来提高电机的额定功率。
选择电动机的额定功率要考虑电动机的发热、过载能力及起动能力三个方面。一般情况下，发热问题最为重要。
电动机的发热是由于其负载运行时，在其内部总存在着功率损耗：
∑N=NCu1+NFe+NCu2+Nm+Ns (2)
式中NCu1，NCu2—定子、转子铜损；
NFe—定子铁损；
Nm—机械损耗；
Ns—附加损耗。
这些损耗将转变成为热能，致使电机发热。
连续工作方式下，1台电动机输出功率，电动机的温升τ将随时间t从一个初始值τF0达到一个与负载功率N相对应的稳态值τL(τL＞τF0≥0)。负载功率越大，τL越大，如图1所示(取τF0=0)。
图1 连续工作方式下电机的负载与温升
由图1可知，当负载电流大于电机额定电流时，电机的温升极易超过额定温升，这是不允许的。这时如果将该电机定子绕组截面积扩大，则定子电阻值降低。在负载电流不变的情况下，电机的铜损降低，温升相应降低(因为定、转子铜耗与电机的定子相电流、相电阻有关。定子相电流不变时，定、转子铜耗与定、转子的电阻成正比，例如PCu1=3I12R1)；若提高绝缘材料的绝缘等级，以提高定子绕组的耐高温程度，则该电机的额定功率就可以得到相应的提高。
综上所述，改造方案确定为：
(1) 增大定子绕组的截面积，降低电阻值。
(2) 改用F级绝缘材料，降低原绝缘层厚度，提高绝缘等级。由于定子绕组截面积扩大，而定子槽形不变，所以应降低绝缘层厚度，以满足绕组截面积扩大的需要。选用F级绝缘材料，一方面降低原绝缘层的厚度，另一方面将定子绕组的允许温度由130℃提高至155℃，从而提高绕组的耐高温程 度。
通过以上两个方面，提高电机的效率及允许温度，以实现电机额定功率的提高。
3.2 定量计算及实施
根据以上设计方案，济钢第二炼铁厂委托电机生产厂家进行了定量的计算及具体安装。按照额定容量为1200kW电机设计的有关数据如下：
(1) 线规：2-2.65×6.9 SBMEB-50/155单玻璃丝双亚胺薄膜绕包线，每台48只。
(2) 匝数：每只8匝。
按以上要求更新原电机定子绕组(极对数不变)，电机由1000kW扩容为1200kW。
4 改造效果
电机改造后，于2000年9月13日安装试车成功并投入运行。使用证明，电机运行平稳。实际监测记录的电机运行参数为(最大值)：电流不大于125A(IN=134A)，温升小于80℃，负荷率N不大于93%NN。电机处于安全、稳定、高效率的运行状态，并能可靠地保证1号高炉今后对风量需求的进一步提高。电机改造前后及实际运行的有关参数对比见表1。
表1 电机改造前后有关参数对比
由表1数据可知，改造后电机定子电阻减小。在负载不变时，改造后的电机铜损低，而铁损、机械损耗及附加损耗在改造前后基本不变。1200kW电机在实际负载下，效率提高。
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