礦用三相異步電動機的改造探析

崔連生，崔張晉，甄 政

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

0 引言

三相異步電動機因具有結構簡單、效率較高等諸多優勢，在各個礦山企業中得到了廣泛應用。但是，在潞安集團下屬的各個煤礦中都頻繁產生了電機損壞問題，尤其是燒毀問題，頻繁的更替及維修會對礦井生產造成嚴重影響，也給工作人員及企業造成了較大負擔。因此，對電機運行中產生的過熱及漏油問題，礦井企業必須給予足夠重視，并積極改善。以潞安集團下屬的某個礦井中三相異步電機出現的過熱或漏油故障為基礎來進行分析研究，找出原因，并提出有效的措施加以改善[1]。

1 電機工作原理

與單相異步電動機相比，三相異步電動機具有較好的性能，同時也未對相應的輔助元件提出較高要求。該電機進行繞組工作的原理是通過將一定的交流電傳輸到三相定子繞組而形成一種電磁效應，進而產生一個旋轉磁場，該磁場主要利用相同的轉速來圍繞著定子與轉子進行旋轉。在轉子的上部配置有相應的閉合回路導條，在初期時，其狀態為靜止，此時可以對磁感線進行切割，該回路將會形成感應電動勢。由于受到該電動勢的影響，轉子將會出現相應的感生電流，且方向與電動勢保持一致。在定子磁場中，轉子內部的載流導體將會受到電磁力的影響。同時，在電磁力的影響下，子軸將會產生電磁轉矩，確保轉子旋轉運動的方向可以與旋轉磁場相同，此時電機將會啟動并正常運作[2]。

2 電機問題

2.1 過熱

電機運行中所產生的過熱受損現象主要是因為熱量聚集所致，因此，必須對電動機運行中的熱量來源進行詳細分析，以充分掌握該問題形成的原因。根據熱量的不同來源，可將其劃分為以下3種。

（1）各個金屬設備之間形成的摩擦熱。當電動機運行時，由于磁感作用的影響，轉子將會出現高速旋轉，各個金屬設備之間將會形成一定的摩擦，并在設備內部聚集較多的熱量。

（2）各個線路電流所產生的電流熱。在各個設備工作過程中，各個線路內部的導電部件的電阻會促使電量轉換為熱量。同時，在線路中也會產生相應的鐵耗或銅耗，導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功能失效所導致，處于設計工況下，電動機自身所產生的熱量將無法通過外散消除，但是當散熱體系失去效果之后，熱量不能及時散出，長此以往將會損壞電機性能。

通過對三相異步電機工作的原理和熱量的各種來源進行分析得出，電機出現過熱問題的原因如下。

（1）不具備平衡電壓。對于該電機來講，三相電壓是促使電能與動能相互轉化的關鍵所在，電壓所呈現出來的規律性變化會使磁場發生轉化，進而使轉子旋轉具備較高的穩定性。當輸入電壓不具備明確的周期變化時，電機繞組將會出現較大的逆序轉矩，通過對轉矩進行反復疊加，其電機內部產生的電磁轉矩將會降低，導致轉子的旋轉速度和電機輸出不斷降低。在該狀況下，為了取得相同的輸出，必須持續擴大電流[4]。通過研究發現，當電壓出現較嚴重的不平衡問題時，應當及時提升輸出電流，因電流與電流熱之間并非是線性疊加關系，這就導致電流和電流熱相繼出現增加趨勢。如果在電壓產生不平衡問題之后依舊沒有對電動機采取任何措施，電動機將會長期處于低效環境下運行，導致電動機過熱[5]。

（2）機械事故。通過對受損電機進行檢查得出，一些電機并沒有根據要求來安裝軸承，從而導致偏心卡塞問題的產生；一些電機在傳動部位設置的螺絲過緊，無法取得較好的效果，導致該電動機長時間處于低效環境下運行；還有一些電動機的接頭不牢固，存在虛焊、虛接等問題，導致接頭溫度不斷提升。

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

（4）不具備較好的散熱性能。對礦井中常用的鼠籠式電機，其主要借助自然散熱，因其內部損耗會形成較多能量，而這些能量會對鐵心造成一定影響，使其可以傳輸至機座，再經過表面散發出去。為了使散熱面積不斷擴大，將電機表面設計成散熱片狀。若電動機不具備較好的散熱性能，則無法及時消散出內部熱量，使電機長期處于高溫環境下運行，對其造成了嚴重影響。

2.2 漏油

將產生故障的電機進行更換，并將其進行拆卸處理，及時找出漏油部位，結果發現是軸承密封處，并且該處的膠質保護層已經全部失效。由于在電動機的長期運行中，其膠質密封層在頻繁的檢修中受到了嚴重損壞，同時，以往所運用的YB3電動機中未安裝耐熱性較強的膠圈，在高溫環境下極易產生變形。此外，鐵芯疊片在失去絕緣皮之后，繞組內部將會出現較大的渦流效應，聚集較多熱量，導致電動機出現較高溫度，進而造成密封圈失去原有性能，因此潤滑油出現嚴重的外泄現象，造成嚴重的經濟損失。

3 改進措施

3.1 加強管理

強化管理指對電動機安裝之前及安裝之后進行有效管理。在安裝之前，礦井必須對生產環節中的要求進行嚴格運算，選擇最恰當的電動機來開展生產作業。同時，在進行安裝之前必須嚴格檢查電機的狀況，對沒有遵照說明進行安裝的元件、接頭不牢固、無法實現運行要求的電機應嚴禁投入使用。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，并創建相應的臺賬，一旦出現異常問題，應及時上報維修，提升電動機的運行效果[7]。

3.2 改變散熱方向

礦井空氣含有較高的水分及灰塵，漏煤等也會對電動機的運轉造成影響。因此，該煤礦中大部分電動機都配置有保護罩，以防止電動機受到外部因素的影響。在以往所采用的設備中，電機兩邊有著高度一致的風口，熱空氣無法利用水平方向的風流來進行發散，使得設備始終維持過高的溫度。

將電機的散熱方向進行轉換，使其由之前的水平方向轉變為垂直方向，從而形成一種有效的循環，使熱空氣可以發散出來，將主動散熱轉換為自流散熱。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。采用相應規格的無縫鋼管將電機保護罩與風筒的底部進行連接，使外部的冷空氣可以進入，內部的熱空氣可以散出。

3.3 確保供電電源質量

選擇恰當的電機啟動及保護設備，同時確保其具備較好的供電電壓，盡可能使電動機在三相平衡的電源環境下運行，避免電機運行處于超荷載狀態下。

3.4 更換材料

更換材料主要是電機內部所運用的膠質材料進行替換，其中包含了絕緣皮和密封圈。通過對其進行測量發現，當電機在潤滑油匱乏的環境中持續運行4 h后，密封部位的溫度會不斷增加，現階段大多采用丁晴橡膠來制作密封圈。因此，應當采取耐高溫的材料，并將其設置為兩層，內外兩側分別使用氟橡膠骨架和丁晴橡膠來進行密封，不需要較高的成本，且具備較強的耐高溫性。

4 改進效果

4.1 直接經濟效益

在某礦井生產中切實執行三相異步電動機的改善措施，其改良后的運行效果較好。改良之前，某礦井每月的掘進進度為170 m；改良之后的第二個月，掘進進度提升了70 m。根據每掘進1 m可以取得770元的經濟收入，平均每月可多創造53 900元的效益。以此為依據，該煤礦每年的生產時間為6個月，則1年就可以創造323 400元效益。在對電機進行優化并投入使用之后，至今都沒有出現1例因過熱或漏油問題而停機3 h以上的故障，電機出現受損的頻率也不斷降低。改良之前，當月生產過程中有3臺電機受損，每臺2 000元；改良之后，半年內僅僅有2臺電機受損，大約減少了32 000元的電機維修費用。本次改良所需要的材料成本為400元。改良之后，設備所能使用的時間得到極大提升，為煤礦企業創造了30多萬元的效益[8]。

4.2 間接經濟效益

通過對該礦井過去生產過程中所記錄的故障臺賬進行分析，電機平均每年會因為過熱或漏油問題而停機110 h，經過改良之后，電機停機維修的頻率大幅降低，維修時間也得到極大降低，每年可以增加4 d的生產時間。根據某礦井生產的現有狀況，平均每天生產490 t的原煤，在改良之后可以為礦井創造30多萬元的經濟效益。

5 結束語

本文基于潞安集團王莊煤礦三相異步電機的使用現狀及存在問題，提出了加強電機管理、改變散熱方向等一系列改進優化措施。在對該礦井進行優化之后，三相異步電機可以在良好的環境下持續運行，其生產效率和生產力將會得到極大提升，生產環境得到有效改善，為煤礦企業的安全生產奠定了可靠基礎。