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        淺述三相繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子集電環(huán)的故障分析和對策

        2014-06-05 06:42:40任建國
        新疆有色金屬 2014年1期
        關(guān)鍵詞:集電環(huán)碳刷繞線

        任建國

        (新疆亞克斯資源開發(fā)股份有限公司 哈密 839000)

        淺述三相繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子集電環(huán)的故障分析和對策

        任建國

        (新疆亞克斯資源開發(fā)股份有限公司 哈密 839000)

        針對三相繞線式交流異步電動機(jī)在重載運行中,轉(zhuǎn)子的滑環(huán)經(jīng)常出現(xiàn)打火花、燒蝕的故障現(xiàn)象,結(jié)合本廠的實際情況,采取安全、經(jīng)濟(jì)實用、可行的改進(jìn)方案,取得了很好的效果。

        繞線式三相交流異步電動機(jī) 轉(zhuǎn)子 集電環(huán) 碳刷 設(shè)備運轉(zhuǎn)率

        目前國內(nèi)很多選礦、化工企業(yè)仍然在使用著三相繞線式交流異步電動機(jī)作為重載設(shè)備啟動運行的主要電力拖動設(shè)備,這種電動機(jī)通過安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子軸端的集電環(huán)和電刷,在轉(zhuǎn)子回路中串入外加電阻(一般是電阻箱、頻敏變阻器或者是水阻柜),在啟動重負(fù)載時,達(dá)到啟動電流小,又能滿足一定的啟動力矩的作用,從而實現(xiàn)平穩(wěn)的起動,降低了對電網(wǎng)的沖擊。但是這種采用碳刷和集電環(huán)連接的啟動裝置,由于集電環(huán)和碳刷之間的摩擦運動,易產(chǎn)生高溫。如果高溫問題不能得到及時有效的解決,就會造成碳刷和集電環(huán)之間打火花,嚴(yán)重時甚至燒結(jié)的嚴(yán)重故障,最終結(jié)果就是電機(jī)因過流跳閘停止運行。我公司的1 000 t/d(新疆哈密市駱駝圈子選礦廠)有2臺球磨機(jī)就是這種繞線式電動機(jī)作為兩臺主磨機(jī)的電力拖動設(shè)備,在工作運行中曾多次發(fā)生過以上故障,嚴(yán)重影響了生產(chǎn)指標(biāo)和設(shè)備運轉(zhuǎn)率。尤其是每年到了夏季的7、8月份,環(huán)境溫度高,增加了故障的頻發(fā)率。經(jīng)過技術(shù)人員的分析,產(chǎn)生發(fā)熱高溫的原因主要來自以下幾個方面:

        ⑴ 電動機(jī)轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)中,由于碳刷的磨損或者壓力彈簧疲勞導(dǎo)致壓力降低,引起的碳刷與集電環(huán)之間打火花,產(chǎn)生高溫;

        ⑵碳刷壓力彈簧的壓力調(diào)整不合適,壓力過大,引起球磨電機(jī)集電環(huán)溫度過高;

        ⑶碳刷選型不合適或者是通過的電流大,而計算安裝的碳刷架和碳刷的數(shù)量不夠,電機(jī)在帶重負(fù)荷運行中每只碳刷通過的電流大,集電環(huán)和碳刷的過流量小,引起碳刷和集電環(huán)接觸面發(fā)熱,打火花產(chǎn)生高溫,甚至導(dǎo)致集電環(huán)發(fā)生短路故障。

        我公司1 000 t/d銅鎳選礦廠的400 kW 10 kV高壓三相繞線式異步電動機(jī),每年在運行中多次出現(xiàn)轉(zhuǎn)子碳刷和集電環(huán)接觸面發(fā)熱,打火花產(chǎn)生高溫,甚至集電環(huán)短路,與碳刷燒結(jié)等故障。尤其是到了夏季6~9月份,集電環(huán)溫度都在90~100℃,引起故障頻發(fā),設(shè)備運轉(zhuǎn)率大幅度降低。我廠機(jī)電攻關(guān)小組積極采取措施,對設(shè)備做了如下改進(jìn):

        ⑴通過實際測算,球磨機(jī)電動機(jī)轉(zhuǎn)子額定電流為342.4 A,集電環(huán)每相有5個碳刷,每個碳刷分擔(dān)的電流為68.5 A,承受的負(fù)荷電流大,就會造成發(fā)熱,溫度高,見圖1.。為了降低電流,我們重新加長了碳刷架安裝座,在每相碳刷架安裝座上多安裝1套碳刷架和碳刷。在轉(zhuǎn)子線圈總電流不變的前提下,每個碳刷負(fù)荷降為57 A,比技改前降低11.5 A。同時為了提高碳刷的導(dǎo)電率,購買質(zhì)量合格,型號為J164的碳刷,用于更換現(xiàn)用型號為J204的碳刷,原使用的碳刷型號為J204,該碳刷含碳量高,導(dǎo)電率低,現(xiàn)更換的碳刷型號為J164,含銅量高,導(dǎo)電率高。每相碳刷架上增加了碳刷后的改造情況見圖2。

        圖1 改造前

        圖2 增加了一只碳刷

        ⑵改造前,為了防止電動機(jī)集電環(huán)部位出現(xiàn)高溫,使集電環(huán)和碳刷燒結(jié),造成設(shè)備跳閘停機(jī),在兩臺球磨機(jī)電動機(jī)集電環(huán)部位的旁邊各安裝擺放了一臺降溫風(fēng)機(jī),用這種強(qiáng)制風(fēng)冷的辦法給電動機(jī)集電環(huán)做降溫處理。但是降溫風(fēng)機(jī)用起來既不方便美觀,也不安全,一是為了防止旋轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)傷到操作人員,需要給風(fēng)機(jī)外部制做防護(hù)罩;二是風(fēng)機(jī)擺放在球磨機(jī)電動機(jī)集電環(huán)部位的旁邊,操作工打掃衛(wèi)生沖洗地面時,很容易把水濺到上風(fēng)機(jī)電機(jī)上面,增加了設(shè)備漏電和人員觸電的危險。但是,外置強(qiáng)制降溫的措施是必要的,機(jī)電人員為了降低集電環(huán)處的溫升,仍然采用強(qiáng)制風(fēng)冷的方案,但是卻對采取強(qiáng)制風(fēng)冷的方法做了如下的改造,在拆除了原來用來降溫用的風(fēng)機(jī)后,手工加工制作了3片風(fēng)扇葉片,固定在集電環(huán)(最外面的那一相集電環(huán))的側(cè)面。隨著電動機(jī)的旋轉(zhuǎn),這3片風(fēng)扇葉片就產(chǎn)生了風(fēng)量,冷風(fēng)在電機(jī)端部護(hù)罩里產(chǎn)生反向氣流,直接吹到集電環(huán)和碳刷上,起到了降溫的作用,改造后的效果見圖3。

        圖3 集電環(huán)處增加了三只風(fēng)扇葉片

        這一技術(shù)改進(jìn)為選礦廠節(jié)約了成本。在改造之前,為了給集電環(huán)處降溫,安裝了2臺風(fēng)機(jī),單不說這2臺風(fēng)機(jī)的成本(購買價格和日后維護(hù)費用),每月光是用電量都不少:兩臺風(fēng)機(jī)每天按21.6度用電量算(0.9×24 h),一度電0.44元,4個月下來電費為21.6×(30+31+31+30)×0.44=1 159.50元。

        經(jīng)過一段時間的運行觀察,效果很明顯,查看設(shè)備巡檢記錄統(tǒng)計后效果如下:

        ⑴哈密的7、8月份正值酷夏,在中午11:30~15:30這個時段,室外地表溫度高達(dá)50℃以上,室內(nèi)溫度接近40℃,使用紅外線溫度測試儀測試集電環(huán)表面溫度為50~60℃,溫度明顯降低。

        ⑵轉(zhuǎn)子引線再沒有燒斷過,碳刷和集電環(huán)接觸面打火花和燒結(jié)現(xiàn)象徹底解決。

        表1 改造前和改造后的效果對比表

        自改造完成投入使用至今,再沒有發(fā)生過集電環(huán)燒結(jié)、短路、打火、轉(zhuǎn)子引線燒斷等一系列故障,確保了設(shè)備的運轉(zhuǎn)率和提高了生產(chǎn)效率。為了保證電動機(jī)的正常運行,提高球磨機(jī)的運轉(zhuǎn)率,除了對設(shè)備做了如上改造以外,我們還制定了一系列針對該設(shè)備的巡檢制度,加大檢查力度,定期和不定期地(如突發(fā)停電、停機(jī))檢查碳刷彈簧的壓力和碳刷的工作磨損情況,根據(jù)實際情況及時作出調(diào)整或者更換。

        如今亞克斯在哈密市小黃山建造了一座現(xiàn)代化的4 000 t/d銅鎳礦選礦廠,該選廠選用了新設(shè)備和新技術(shù),主廠房的球磨機(jī)電機(jī)是1臺10 kV 3 300 kW的高壓同步電機(jī)。待這套設(shè)備正式投入生產(chǎn)運行后,將會給亞克斯公司的礦業(yè)發(fā)展再次帶來輝煌。

        收稿:2014-01-14

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