礦用三相異步電動(dòng)機(jī)的改造探析

崔連生，崔張晉，甄 政

（1.山西潞安礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司王莊煤礦，山西長治 046000；2.山西潞安礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司古城煤礦，山西長治 046000；3.山西潞安礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司常村煤礦，山西長治 046000）

0 引言

三相異步電動(dòng)機(jī)因具有結(jié)構(gòu)簡單、效率較高等諸多優(yōu)勢，在各個(gè)礦山企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。但是，在潞安集團(tuán)下屬的各個(gè)煤礦中都頻繁產(chǎn)生了電機(jī)損壞問題，尤其是燒毀問題，頻繁的更替及維修會(huì)對礦井生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響，也給工作人員及企業(yè)造成了較大負(fù)擔(dān)。因此，對電機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生的過熱及漏油問題，礦井企業(yè)必須給予足夠重視，并積極改善。以潞安集團(tuán)下屬的某個(gè)礦井中三相異步電機(jī)出現(xiàn)的過熱或漏油故障為基礎(chǔ)來進(jìn)行分析研究，找出原因，并提出有效的措施加以改善[1]。

1 電機(jī)工作原理

與單相異步電動(dòng)機(jī)相比，三相異步電動(dòng)機(jī)具有較好的性能，同時(shí)也未對相應(yīng)的輔助元件提出較高要求。該電機(jī)進(jìn)行繞組工作的原理是通過將一定的交流電傳輸?shù)饺喽ㄗ永@組而形成一種電磁效應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場主要利用相同的轉(zhuǎn)速來圍繞著定子與轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)子的上部配置有相應(yīng)的閉合回路導(dǎo)條，在初期時(shí)，其狀態(tài)為靜止，此時(shí)可以對磁感線進(jìn)行切割，該回路將會(huì)形成感應(yīng)電動(dòng)勢。由于受到該電動(dòng)勢的影響，轉(zhuǎn)子將會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的感生電流，且方向與電動(dòng)勢保持一致。在定子磁場中，轉(zhuǎn)子內(nèi)部的載流導(dǎo)體將會(huì)受到電磁力的影響。同時(shí)，在電磁力的影響下，子軸將會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，確保轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方向可以與旋轉(zhuǎn)磁場相同，此時(shí)電機(jī)將會(huì)啟動(dòng)并正常運(yùn)作[2]。

2 電機(jī)問題

2.1 過熱

電機(jī)運(yùn)行中所產(chǎn)生的過熱受損現(xiàn)象主要是因?yàn)闊崃烤奂拢虼?，必須對電?dòng)機(jī)運(yùn)行中的熱量來源進(jìn)行詳細(xì)分析，以充分掌握該問題形成的原因。根據(jù)熱量的不同來源，可將其劃分為以下3種。

（1）各個(gè)金屬設(shè)備之間形成的摩擦熱。當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于磁感作用的影響，轉(zhuǎn)子將會(huì)出現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)，各個(gè)金屬設(shè)備之間將會(huì)形成一定的摩擦，并在設(shè)備內(nèi)部聚集較多的熱量。

（2）各個(gè)線路電流所產(chǎn)生的電流熱。在各個(gè)設(shè)備工作過程中，各個(gè)線路內(nèi)部的導(dǎo)電部件的電阻會(huì)促使電量轉(zhuǎn)換為熱量。同時(shí)，在線路中也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的鐵耗或銅耗，導(dǎo)致線路中聚集大量的熱量[3]。

（3）熱源主要是由于散熱或通風(fēng)功能失效所導(dǎo)致，處于設(shè)計(jì)工況下，電動(dòng)機(jī)自身所產(chǎn)生的熱量將無法通過外散消除，但是當(dāng)散熱體系失去效果之后，熱量不能及時(shí)散出，長此以往將會(huì)損壞電機(jī)性能。

通過對三相異步電機(jī)工作的原理和熱量的各種來源進(jìn)行分析得出，電機(jī)出現(xiàn)過熱問題的原因如下。

（1）不具備平衡電壓。對于該電機(jī)來講，三相電壓是促使電能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵所在，電壓所呈現(xiàn)出來的規(guī)律性變化會(huì)使磁場發(fā)生轉(zhuǎn)化，進(jìn)而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)具備較高的穩(wěn)定性。當(dāng)輸入電壓不具備明確的周期變化時(shí)，電機(jī)繞組將會(huì)出現(xiàn)較大的逆序轉(zhuǎn)矩，通過對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行反復(fù)疊加，其電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩將會(huì)降低，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和電機(jī)輸出不斷降低。在該狀況下，為了取得相同的輸出，必須持續(xù)擴(kuò)大電流[4]。通過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電壓出現(xiàn)較嚴(yán)重的不平衡問題時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)提升輸出電流，因電流與電流熱之間并非是線性疊加關(guān)系，這就導(dǎo)致電流和電流熱相繼出現(xiàn)增加趨勢。如果在電壓產(chǎn)生不平衡問題之后依舊沒有對電動(dòng)機(jī)采取任何措施，電動(dòng)機(jī)將會(huì)長期處于低效環(huán)境下運(yùn)行，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過熱[5]。

（2）機(jī)械事故。通過對受損電機(jī)進(jìn)行檢查得出，一些電機(jī)并沒有根據(jù)要求來安裝軸承，從而導(dǎo)致偏心卡塞問題的產(chǎn)生；一些電機(jī)在傳動(dòng)部位設(shè)置的螺絲過緊，無法取得較好的效果，導(dǎo)致該電動(dòng)機(jī)長時(shí)間處于低效環(huán)境下運(yùn)行；還有一些電動(dòng)機(jī)的接頭不牢固，存在虛焊、虛接等問題，導(dǎo)致接頭溫度不斷提升。

（3）不具備較高的潤滑效果。鼠籠式電機(jī)所采用的潤滑油為鋰基黃油，但對于該潤滑油的用量，電機(jī)提出了一定的要求，其轉(zhuǎn)速不同，所運(yùn)用的潤滑油不同，否則將會(huì)對潤滑性能造成極大影響，產(chǎn)生大量熱量。當(dāng)電機(jī)缺少潤滑油時(shí)，齒輪與軸承之間的摩擦力將會(huì)增大，熱量也會(huì)不斷增加[6]。

（4）不具備較好的散熱性能。對礦井中常用的鼠籠式電機(jī)，其主要借助自然散熱，因其內(nèi)部損耗會(huì)形成較多能量，而這些能量會(huì)對鐵心造成一定影響，使其可以傳輸至機(jī)座，再經(jīng)過表面散發(fā)出去。為了使散熱面積不斷擴(kuò)大，將電機(jī)表面設(shè)計(jì)成散熱片狀。若電動(dòng)機(jī)不具備較好的散熱性能，則無法及時(shí)消散出內(nèi)部熱量，使電機(jī)長期處于高溫環(huán)境下運(yùn)行，對其造成了嚴(yán)重影響。

2.2 漏油

將產(chǎn)生故障的電機(jī)進(jìn)行更換，并將其進(jìn)行拆卸處理，及時(shí)找出漏油部位，結(jié)果發(fā)現(xiàn)是軸承密封處，并且該處的膠質(zhì)保護(hù)層已經(jīng)全部失效。由于在電動(dòng)機(jī)的長期運(yùn)行中，其膠質(zhì)密封層在頻繁的檢修中受到了嚴(yán)重?fù)p壞，同時(shí)，以往所運(yùn)用的YB3電動(dòng)機(jī)中未安裝耐熱性較強(qiáng)的膠圈，在高溫環(huán)境下極易產(chǎn)生變形。此外，鐵芯疊片在失去絕緣皮之后，繞組內(nèi)部將會(huì)出現(xiàn)較大的渦流效應(yīng)，聚集較多熱量，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)較高溫度，進(jìn)而造成密封圈失去原有性能，因此潤滑油出現(xiàn)嚴(yán)重的外泄現(xiàn)象，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

3 改進(jìn)措施

3.1 加強(qiáng)管理

強(qiáng)化管理指對電動(dòng)機(jī)安裝之前及安裝之后進(jìn)行有效管理。在安裝之前，礦井必須對生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的要求進(jìn)行嚴(yán)格運(yùn)算，選擇最恰當(dāng)?shù)碾妱?dòng)機(jī)來開展生產(chǎn)作業(yè)。同時(shí)，在進(jìn)行安裝之前必須嚴(yán)格檢查電機(jī)的狀況，對沒有遵照說明進(jìn)行安裝的元件、接頭不牢固、無法實(shí)現(xiàn)運(yùn)行要求的電機(jī)應(yīng)嚴(yán)禁投入使用。在安裝之后必須增加檢修力度，安排特定人員開展檢修工作，并創(chuàng)建相應(yīng)的臺賬，一旦出現(xiàn)異常問題，應(yīng)及時(shí)上報(bào)維修，提升電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效果[7]。

3.2 改變散熱方向

礦井空氣含有較高的水分及灰塵，漏煤等也會(huì)對電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)造成影響。因此，該煤礦中大部分電動(dòng)機(jī)都配置有保護(hù)罩，以防止電動(dòng)機(jī)受到外部因素的影響。在以往所采用的設(shè)備中，電機(jī)兩邊有著高度一致的風(fēng)口，熱空氣無法利用水平方向的風(fēng)流來進(jìn)行發(fā)散，使得設(shè)備始終維持過高的溫度。

將電機(jī)的散熱方向進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其由之前的水平方向轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪狈较颍瑥亩纬梢环N有效的循環(huán)，使熱空氣可以發(fā)散出來，將主動(dòng)散熱轉(zhuǎn)換為自流散熱。所采用的方法就是將水平的散熱口加以封閉，在垂直方向上增加散熱孔。采用相應(yīng)規(guī)格的無縫鋼管將電機(jī)保護(hù)罩與風(fēng)筒的底部進(jìn)行連接，使外部的冷空氣可以進(jìn)入，內(nèi)部的熱空氣可以散出。

3.3 確保供電電源質(zhì)量

選擇恰當(dāng)?shù)碾姍C(jī)啟動(dòng)及保護(hù)設(shè)備，同時(shí)確保其具備較好的供電電壓，盡可能使電動(dòng)機(jī)在三相平衡的電源環(huán)境下運(yùn)行，避免電機(jī)運(yùn)行處于超荷載狀態(tài)下。

3.4 更換材料

更換材料主要是電機(jī)內(nèi)部所運(yùn)用的膠質(zhì)材料進(jìn)行替換，其中包含了絕緣皮和密封圈。通過對其進(jìn)行測量發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電機(jī)在潤滑油匱乏的環(huán)境中持續(xù)運(yùn)行4 h后，密封部位的溫度會(huì)不斷增加，現(xiàn)階段大多采用丁晴橡膠來制作密封圈。因此，應(yīng)當(dāng)采取耐高溫的材料，并將其設(shè)置為兩層，內(nèi)外兩側(cè)分別使用氟橡膠骨架和丁晴橡膠來進(jìn)行密封，不需要較高的成本，且具備較強(qiáng)的耐高溫性。

4 改進(jìn)效果

4.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

在某礦井生產(chǎn)中切實(shí)執(zhí)行三相異步電動(dòng)機(jī)的改善措施，其改良后的運(yùn)行效果較好。改良之前，某礦井每月的掘進(jìn)進(jìn)度為170 m；改良之后的第二個(gè)月，掘進(jìn)進(jìn)度提升了70 m。根據(jù)每掘進(jìn)1 m可以取得770元的經(jīng)濟(jì)收入，平均每月可多創(chuàng)造53 900元的效益。以此為依據(jù)，該煤礦每年的生產(chǎn)時(shí)間為6個(gè)月，則1年就可以創(chuàng)造323 400元效益。在對電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化并投入使用之后，至今都沒有出現(xiàn)1例因過熱或漏油問題而停機(jī)3 h以上的故障，電機(jī)出現(xiàn)受損的頻率也不斷降低。改良之前，當(dāng)月生產(chǎn)過程中有3臺電機(jī)受損，每臺2 000元；改良之后，半年內(nèi)僅僅有2臺電機(jī)受損，大約減少了32 000元的電機(jī)維修費(fèi)用。本次改良所需要的材料成本為400元。改良之后，設(shè)備所能使用的時(shí)間得到極大提升，為煤礦企業(yè)創(chuàng)造了30多萬元的效益[8]。

4.2 間接經(jīng)濟(jì)效益

通過對該礦井過去生產(chǎn)過程中所記錄的故障臺賬進(jìn)行分析，電機(jī)平均每年會(huì)因?yàn)檫^熱或漏油問題而停機(jī)110 h，經(jīng)過改良之后，電機(jī)停機(jī)維修的頻率大幅降低，維修時(shí)間也得到極大降低，每年可以增加4 d的生產(chǎn)時(shí)間。根據(jù)某礦井生產(chǎn)的現(xiàn)有狀況，平均每天生產(chǎn)490 t的原煤，在改良之后可以為礦井創(chuàng)造30多萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)束語

本文基于潞安集團(tuán)王莊煤礦三相異步電機(jī)的使用現(xiàn)狀及存在問題，提出了加強(qiáng)電機(jī)管理、改變散熱方向等一系列改進(jìn)優(yōu)化措施。在對該礦井進(jìn)行優(yōu)化之后，三相異步電機(jī)可以在良好的環(huán)境下持續(xù)運(yùn)行，其生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力將會(huì)得到極大提升，生產(chǎn)環(huán)境得到有效改善，為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)奠定了可靠基礎(chǔ)。