淺述三相繞線式異步電動機轉子集電環的故障分析和對策

任建國

（新疆亞克斯資源開發股份有限公司 哈密 839000）

淺述三相繞線式異步電動機轉子集電環的故障分析和對策

任建國

（新疆亞克斯資源開發股份有限公司 哈密 839000）

針對三相繞線式交流異步電動機在重載運行中，轉子的滑環經常出現打火花、燒蝕的故障現象，結合本廠的實際情況，采取安全、經濟實用、可行的改進方案，取得了很好的效果。

繞線式三相交流異步電動機 轉子 集電環 碳刷 設備運轉率

目前國內很多選礦、化工企業仍然在使用著三相繞線式交流異步電動機作為重載設備啟動運行的主要電力拖動設備，這種電動機通過安裝在電機轉子軸端的集電環和電刷，在轉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），在啟動重負載時，達到啟動電流小，又能滿足一定的啟動力矩的作用，從而實現平穩的起動，降低了對電網的沖擊。但是這種采用碳刷和集電環連接的啟動裝置，由于集電環和碳刷之間的摩擦運動，易產生高溫。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之間打火花，嚴重時甚至燒結的嚴重故障，最終結果就是電機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臺球磨機就是這種繞線式電動機作為兩臺主磨機的電力拖動設備，在工作運行中曾多次發生過以上故障，嚴重影響了生產指標和設備運轉率。尤其是每年到了夏季的7、8月份，環境溫度高，增加了故障的頻發率。經過技術人員的分析，產生發熱高溫的原因主要來自以下幾個方面：

⑴ 電動機轉子在運轉中，由于碳刷的磨損或者壓力彈簧疲勞導致壓力降低，引起的碳刷與集電環之間打火花，產生高溫；

⑵碳刷壓力彈簧的壓力調整不合適，壓力過大，引起球磨電機集電環溫度過高；

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量不夠，電機在帶重負荷運行中每只碳刷通過的電流大，集電環和碳刷的過流量小，引起碳刷和集電環接觸面發熱，打火花產生高溫，甚至導致集電環發生短路故障。

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，每年在運行中多次出現轉子碳刷和集電環接觸面發熱，打火花產生高溫，甚至集電環短路，與碳刷燒結等故障。尤其是到了夏季6～9月份，集電環溫度都在90～100℃，引起故障頻發，設備運轉率大幅度降低。我廠機電攻關小組積極采取措施，對設備做了如下改進：

⑴通過實際測算，球磨機電動機轉子額定電流為342.4 A，集電環每相有5個碳刷，每個碳刷分擔的電流為68.5 A，承受的負荷電流大，就會造成發熱，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。在轉子線圈總電流不變的前提下，每個碳刷負荷降為57 A，比技改前降低11.5 A。同時為了提高碳刷的導電率，購買質量合格，型號為J164的碳刷，用于更換現用型號為J204的碳刷，原使用的碳刷型號為J204，該碳刷含碳量高，導電率低，現更換的碳刷型號為J164，含銅量高，導電率高。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，為了防止電動機集電環部位出現高溫，使集電環和碳刷燒結，造成設備跳閘停機，在兩臺球磨機電動機集電環部位的旁邊各安裝擺放了一臺降溫風機，用這種強制風冷的辦法給電動機集電環做降溫處理。但是降溫風機用起來既不方便美觀，也不安全，一是為了防止旋轉的風機傷到操作人員，需要給風機外部制做防護罩；二是風機擺放在球磨機電動機集電環部位的旁邊，操作工打掃衛生沖洗地面時，很容易把水濺到上風機電機上面，增加了設備漏電和人員觸電的危險。但是，外置強制降溫的措施是必要的，機電人員為了降低集電環處的溫升，仍然采用強制風冷的方案，但是卻對采取強制風冷的方法做了如下的改造，在拆除了原來用來降溫用的風機后，手工加工制作了3片風扇葉片，固定在集電環（最外面的那一相集電環）的側面。隨著電動機的旋轉，這3片風扇葉片就產生了風量，冷風在電機端部護罩里產生反向氣流，直接吹到集電環和碳刷上，起到了降溫的作用，改造后的效果見圖3。

圖3 集電環處增加了三只風扇葉片

這一技術改進為選礦廠節約了成本。在改造之前，為了給集電環處降溫，安裝了2臺風機，單不說這2臺風機的成本(購買價格和日后維護費用)，每月光是用電量都不少：兩臺風機每天按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。

經過一段時間的運行觀察，效果很明顯，查看設備巡檢記錄統計后效果如下：

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50℃以上，室內溫度接近40℃，使用紅外線溫度測試儀測試集電環表面溫度為50～60℃，溫度明顯降低。

⑵轉子引線再沒有燒斷過，碳刷和集電環接觸面打火花和燒結現象徹底解決。

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，再沒有發生過集電環燒結、短路、打火、轉子引線燒斷等一系列故障，確保了設備的運轉率和提高了生產效率。為了保證電動機的正常運行，提高球磨機的運轉率，除了對設備做了如上改造以外，我們還制定了一系列針對該設備的巡檢制度，加大檢查力度，定期和不定期地(如突發停電、停機)檢查碳刷彈簧的壓力和碳刷的工作磨損情況，根據實際情況及時作出調整或者更換。

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

收稿：2014-01-14