任建國(guó)

（新疆亞克斯資源開(kāi)發(fā)股份有限公司 哈密 839000）

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

任建國(guó)

（新疆亞克斯資源開(kāi)發(fā)股份有限公司 哈密 839000）

針對(duì)三相繞線式交流異步電動(dòng)機(jī)在重載運(yùn)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(shí)際情況，采取安全、經(jīng)濟(jì)實(shí)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(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子 集電環(huán) 碳刷 設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率

目前國(guó)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(dòng)機(jī)作為重載設(shè)備啟動(dòng)運(yùn)行的主要電力拖動(dòng)設(shè)備，這種電動(dòng)機(jī)通過(guò)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(dòng)重負(fù)載時(shí)，達(dá)到啟動(dòng)電流小，又能滿足一定的啟動(dòng)力矩的作用，從而實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的起動(dòng)，降低了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。但是這種采用碳刷和集電環(huán)連接的啟動(dòng)裝置，由于集電環(huán)和碳刷之間的摩擦運(yùn)動(dòng)，易產(chǎn)生高溫。如果高溫問(wèn)題不能得到及時(shí)有效的解決，就會(huì)造成碳刷和集電環(huán)之間打火花，嚴(yán)重時(shí)甚至燒結(jié)的嚴(yán)重故障，最終結(jié)果就是電機(jī)因過(guò)流跳閘停止運(yùn)行。我公司的1 000 t/d(新疆哈密市駱駝圈子選礦廠)有2臺(tái)球磨機(jī)就是這種繞線式電動(dòng)機(jī)作為兩臺(tái)主磨機(jī)的電力拖動(dòng)設(shè)備，在工作運(yùn)行中曾多次發(fā)生過(guò)以上故障，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)指標(biāo)和設(shè)備運(yùn)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(guò)技術(shù)人員的分析，產(chǎn)生發(fā)熱高溫的原因主要來(lái)自以下幾個(gè)方面：

⑴ 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在運(yùn)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(guò)大，引起球磨電機(jī)集電環(huán)溫度過(guò)高；

⑶碳刷選型不合適或者是通過(guò)的電流大，而計(jì)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(yùn)行中每只碳刷通過(guò)的電流大，集電環(huán)和碳刷的過(guò)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(dòng)機(jī)，每年在運(yùn)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(yùn)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(duì)設(shè)備做了如下改進(jìn)：

⑴通過(guò)實(shí)際測(cè)算，球磨機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子額定電流為342.4 A，集電環(huán)每相有5個(gè)碳刷，每個(gè)碳刷分擔(dān)的電流為68.5 A，承受的負(fù)荷電流大，就會(huì)造成發(fā)熱，溫度高，見(jiàn)圖1.。為了降低電流，我們重新加長(zhǎng)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(gè)碳刷負(fù)荷降為57 A，比技改前降低11.5 A。同時(shí)為了提高碳刷的導(dǎo)電率，購(gòu)買質(zhì)量合格，型號(hào)為J164的碳刷，用于更換現(xiàn)用型號(hào)為J204的碳刷，原使用的碳刷型號(hào)為J204，該碳刷含碳量高，導(dǎo)電率低，現(xiàn)更換的碳刷型號(hào)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(jiàn)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(dòng)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(tái)球磨機(jī)電動(dòng)機(jī)集電環(huán)部位的旁邊各安裝擺放了一臺(tái)降溫風(fēng)機(jī)，用這種強(qiáng)制風(fēng)冷的辦法給電動(dòng)機(jī)集電環(huán)做降溫處理。但是降溫風(fēng)機(jī)用起來(lái)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(dòng)機(jī)集電環(huán)部位的旁邊，操作工打掃衛(wèi)生沖洗地面時(shí)，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(xiǎn)。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(duì)采取強(qiáng)制風(fēng)冷的方法做了如下的改造，在拆除了原來(lái)用來(lái)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(dòng)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(jiàn)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(tái)風(fēng)機(jī)，單不說(shuō)這2臺(tái)風(fēng)機(jī)的成本(購(gòu)買價(jià)格和日后維護(hù)費(fèi)用)，每月光是用電量都不少：兩臺(tái)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(gè)月下來(lái)電費(fèi)為21.6×(30+31+31+30)×0.44=1 159.50元。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行觀察，效果很明顯，查看設(shè)備巡檢記錄統(tǒng)計(jì)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(gè)時(shí)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(cè)試儀測(cè)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?zèng)]有燒斷過(guò)，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(duì)比表

自改造完成投入使用至今，再?zèng)]有發(fā)生過(guò)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(yùn)轉(zhuǎn)率和提高了生產(chǎn)效率。為了保證電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行，提高球磨機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率，除了對(duì)設(shè)備做了如上改造以外，我們還制定了一系列針對(duì)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(shí)際情況及時(shí)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(tái)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(yùn)行后，將會(huì)給亞克斯公司的礦業(yè)發(fā)展再次帶來(lái)輝煌。

收稿：2014-01-14