浅述三相绕线式异步电动机转子集电环的故障分析和对策

任建国

（新疆亚克斯资源开发股份有限公司 哈密 839000）

浅述三相绕线式异步电动机转子集电环的故障分析和对策

任建国

（新疆亚克斯资源开发股份有限公司 哈密 839000）

针对三相绕线式交流异步电动机在重载运行中，转子的滑环经常出现打火花、烧蚀的故障现象，结合本厂的实际情况，采取安全、经济实用、可行的改进方案，取得了很好的效果。

绕线式三相交流异步电动机 转子 集电环 碳刷 设备运转率

目前国内很多选矿、化工企业仍然在使用着三相绕线式交流异步电动机作为重载设备启动运行的主要电力拖动设备，这种电动机通过安装在电机转子轴端的集电环和电刷，在转子回路中串入外加电阻（一般是电阻箱、频敏变阻器或者是水阻柜），在启动重负载时，达到启动电流小，又能满足一定的启动力矩的作用，从而实现平稳的起动，降低了对电网的冲击。但是这种采用碳刷和集电环连接的启动装置，由于集电环和碳刷之间的摩擦运动，易产生高温。如果高温问题不能得到及时有效的解决，就会造成碳刷和集电环之间打火花，严重时甚至烧结的严重故障，最终结果就是电机因过流跳闸停止运行。我公司的1 000 t/d(新疆哈密市骆驼圈子选矿厂)有2台球磨机就是这种绕线式电动机作为两台主磨机的电力拖动设备，在工作运行中曾多次发生过以上故障，严重影响了生产指标和设备运转率。尤其是每年到了夏季的7、8月份，环境温度高，增加了故障的频发率。经过技术人员的分析，产生发热高温的原因主要来自以下几个方面：

⑴ 电动机转子在运转中，由于碳刷的磨损或者压力弹簧疲劳导致压力降低，引起的碳刷与集电环之间打火花，产生高温；

⑵碳刷压力弹簧的压力调整不合适，压力过大，引起球磨电机集电环温度过高；

⑶碳刷选型不合适或者是通过的电流大，而计算安装的碳刷架和碳刷的数量不够，电机在带重负荷运行中每只碳刷通过的电流大，集电环和碳刷的过流量小，引起碳刷和集电环接触面发热，打火花产生高温，甚至导致集电环发生短路故障。

我公司1 000 t/d铜镍选矿厂的400 kW 10 kV高压三相绕线式异步电动机，每年在运行中多次出现转子碳刷和集电环接触面发热，打火花产生高温，甚至集电环短路，与碳刷烧结等故障。尤其是到了夏季6～9月份，集电环温度都在90～100℃，引起故障频发，设备运转率大幅度降低。我厂机电攻关小组积极采取措施，对设备做了如下改进：

⑴通过实际测算，球磨机电动机转子额定电流为342.4 A，集电环每相有5个碳刷，每个碳刷分担的电流为68.5 A，承受的负荷电流大，就会造成发热，温度高，见图1.。为了降低电流，我们重新加长了碳刷架安装座，在每相碳刷架安装座上多安装1套碳刷架和碳刷。在转子线圈总电流不变的前提下，每个碳刷负荷降为57 A，比技改前降低11.5 A。同时为了提高碳刷的导电率，购买质量合格，型号为J164的碳刷，用于更换现用型号为J204的碳刷，原使用的碳刷型号为J204，该碳刷含碳量高，导电率低，现更换的碳刷型号为J164，含铜量高，导电率高。每相碳刷架上增加了碳刷后的改造情况见图2。

图1 改造前

图2 增加了一只碳刷

⑵改造前，为了防止电动机集电环部位出现高温，使集电环和碳刷烧结，造成设备跳闸停机，在两台球磨机电动机集电环部位的旁边各安装摆放了一台降温风机，用这种强制风冷的办法给电动机集电环做降温处理。但是降温风机用起来既不方便美观，也不安全，一是为了防止旋转的风机伤到操作人员，需要给风机外部制做防护罩；二是风机摆放在球磨机电动机集电环部位的旁边，操作工打扫卫生冲洗地面时，很容易把水溅到上风机电机上面，增加了设备漏电和人员触电的危险。但是，外置强制降温的措施是必要的，机电人员为了降低集电环处的温升，仍然采用强制风冷的方案，但是却对采取强制风冷的方法做了如下的改造，在拆除了原来用来降温用的风机后，手工加工制作了3片风扇叶片，固定在集电环（最外面的那一相集电环）的侧面。随着电动机的旋转，这3片风扇叶片就产生了风量，冷风在电机端部护罩里产生反向气流，直接吹到集电环和碳刷上，起到了降温的作用，改造后的效果见图3。

图3 集电环处增加了三只风扇叶片

这一技术改进为选矿厂节约了成本。在改造之前，为了给集电环处降温，安装了2台风机，单不说这2台风机的成本(购买价格和日后维护费用)，每月光是用电量都不少：两台风机每天按21.6度用电量算(0.9×24 h），一度电0.44元，4个月下来电费为21.6×(30+31+31+30)×0.44=1 159.50元。

经过一段时间的运行观察，效果很明显，查看设备巡检记录统计后效果如下：

⑴哈密的7、8月份正值酷夏，在中午11：30～15：30这个时段，室外地表温度高达50℃以上，室内温度接近40℃，使用红外线温度测试仪测试集电环表面温度为50～60℃，温度明显降低。

⑵转子引线再没有烧断过，碳刷和集电环接触面打火花和烧结现象彻底解决。

表1 改造前和改造后的效果对比表

自改造完成投入使用至今，再没有发生过集电环烧结、短路、打火、转子引线烧断等一系列故障，确保了设备的运转率和提高了生产效率。为了保证电动机的正常运行，提高球磨机的运转率，除了对设备做了如上改造以外，我们还制定了一系列针对该设备的巡检制度，加大检查力度，定期和不定期地(如突发停电、停机)检查碳刷弹簧的压力和碳刷的工作磨损情况，根据实际情况及时作出调整或者更换。

如今亚克斯在哈密市小黄山建造了一座现代化的4 000 t/d铜镍矿选矿厂，该选厂选用了新设备和新技术，主厂房的球磨机电机是1台10 kV 3 300 kW的高压同步电机。待这套设备正式投入生产运行后，将会给亚克斯公司的矿业发展再次带来辉煌。

收稿：2014-01-14