矿用三相异步电动机的改造探析(1).pdf

收稿日期2019－10－13 矿用三相异步电动机的改造探析 崔连生 1，崔张晋2，甄 政 3 （1.山西潞安矿业（集团）有限责任公司王庄煤矿， 山西长治046000； 2.山西潞安矿业（集团）有限责任公司古城煤矿， 山西长治046000； 3.山西潞安矿业（集团）有限责任公司常村煤矿， 山西长治046000） 摘要为解决三相异步电机在日常运行中时常出现胶皮燃烧味道以及冒烟、漏油等问题，基于该三相异步电机的使用现状，介绍了电机工作原 理，分析了电机过热问题及漏油原因，并提出加强电机管理、改变散热方向、更换电机内部胶质材料等一系列具体改进措施，并在潞安集团某矿 具体应用了该改进方案。改进后的三相异步电机运行平稳、可靠、工作状况良好，不仅更好地保障了矿井的安全生产，而且提高了经济效益。 关键词异步电机；过热；漏油；改进 中图分类号TD614文献标志码A文章编号1009－9492 2020 05－0198－03 Analysis on the Re of Mine Three-phase Asynchronous Motor CUI Liansheng1，CUI Zhangjin2，ZHEN Zheng3 （1.Shanxi Lu′an Mining Group Co., Ltd., Wangzhuang Coal Mine, Changzhi, Shanxi 046000, China; 2.Shanxi Lu′an Mining Group Co., Ltd., Gucheng Coal Mine, Changzhi, Shanxi 046000, China; 3.Shanxi Lu′an Mining Group Co., Ltd., Changcun Coal Mine, Changzhi,Shanxi 046000, China） AbstractIn order to solve the problems of rubber burning, smoke and oil leakage in the daily operation of the three-phase asynchronous motor, based on the current situation of the use of the three-phase asynchronous motor , the working principle of the motor was introduced, the overheating problem and the cause of oil leakage were analyzed, and a series of specific changes were put forward, such as strengthening the management of the motor, changing the direction of heat dissipation, replacing the internal rubber material of the motor, etc .The improvement scheme was applied in a mine of Luan Group. The improved three-phase asynchronous motor is stable, reliable and in good working condition. It not only ensures the safety production of the mine, but also improves the economic benefits. Key wordsasynchronous motor; overheating; oil leakage; improvement DOI 10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2020. 05. 070 第49卷第05期Vol.49No.05 机电工程技术 MECHANICAL ELECTRICAL ENGINEERING TECHNOLOGY 崔连生，崔张晋，甄政. 矿用三相异步电动机的改造探析［J］. 机电工程技术，2020，49（05） 198-200. 0 引言 三相异步电动机因具有结构简单、效率较高等诸多优 势，在各个矿山企业中得到了广泛应用。但是，在潞安集团 下属的各个煤矿中都频繁产生了电机损坏问题，尤其是烧毁 问题，频繁的更替及维修会对矿井生产造成严重影响，也给 工作人员及企业造成了较大负担。因此，对电机运行中产生 的过热及漏油问题，矿井企业必须给予足够重视，并积极改 善。以潞安集团下属的某个矿井中三相异步电机出现的过热 或漏油故障为基础来进行分析研究，找出原因，并提出有效 的措施加以改善[1]。 1 电机工作原理 与单相异步电动机相比，三相异步电动机具有较好的性 能，同时也未对相应的辅助元件提出较高要求。该电机进行 绕组工作的原理是通过将一定的交流电传输到三相定子绕组 而形成一种电磁效应，进而产生一个旋转磁场，该磁场主要 利用相同的转速来围绕着定子与转子进行旋转。在转子的上 部配置有相应的闭合回路导条，在初期时，其状态为静止， 此时可以对磁感线进行切割，该回路将会形成感应电动势。 由于受到该电动势的影响，转子将会出现相应的感生电流， 且方向与电动势保持一致。在定子磁场中，转子内部的载流 导体将会受到电磁力的影响。同时，在电磁力的影响下，子 轴将会产生电磁转矩，确保转子旋转运动的方向可以与旋转 磁场相同，此时电机将会启动并正常运作[2]。 2 电机问题 2.1 过热 电机运行中所产生的过热受损现象主要是因为热量聚集 所致，因此，必须对电动机运行中的热量来源进行详细分 析，以充分掌握该问题形成的原因。根据热量的不同来源， 可将其划分为以下３种。 （1） 各个金属设备之间形成的摩擦热。当电动机运行 时，由于磁感作用的影响，转子将会出现高速旋转，各个金 属设备之间将会形成一定的摩擦，并在设备内部聚集较多的 热量。 （2）各个线路电流所产生的电流热。在各个设备工作过 程中，各个线路内部的导电部件的电阻会促使电量转换为热 量。同时，在线路中也会产生相应的铁耗或铜耗，导致线路 中聚集大量的热量[3]。 （3）热源主要是由于散热或通风功能失效所导致，处于 设计工况下，电动机自身所产生的热量将无法通过外散消 除，但是当散热体系失去效果之后，热量不能及时散出，长 198 此以往将会损坏电机性能。 通过对三相异步电机工作的原理和热量的各种来源进行 分析得出，电机出现过热问题的原因如下。 （1）不具备平衡电压。对于该电机来讲，三相电压是促 使电能与动能相互转化的关键所在，电压所呈现出来的规律 性变化会使磁场发生转化，进而使转子旋转具备较高的稳定 性。当输入电压不具备明确的周期变化时，电机绕组将会出 现较大的逆序转矩，通过对转矩进行反复叠加，其电机内部 产生的电磁转矩将会降低，导致转子的旋转速度和电机输出 不断降低。在该状况下，为了取得相同的输出，必须持续扩 大电流[4]。通过研究发现，当电压出现较严重的不平衡问题 时，应当及时提升输出电流，因电流与电流热之间并非是 线性叠加关系，这就导致电流和电流热相继出现增加趋 势。如果在电压产生不平衡问题之后依旧没有对电动机采 取任何措施，电动机将会长期处于低效环境下运行，导致 电动机过热[5]。 （2）机械事故。通过对受损电机进行检查得出，一些电 机并没有根据要求来安装轴承，从而导致偏心卡塞问题的产 生；一些电机在传动部位设置的螺丝过紧，无法取得较好的 效果，导致该电动机长时间处于低效环境下运行；还有一些 电动机的接头不牢固，存在虚焊、虚接等问题，导致接头温 度不断提升。 （3）不具备较高的润滑效果。鼠笼式电机所采用的润滑 油为锂基黄油，但对于该润滑油的用量，电机提出了一定的 要求，其转速不同，所运用的润滑油不同，否则将会对润滑 性能造成极大影响，产生大量热量。当电机缺少润滑油时， 齿轮与轴承之间的摩擦力将会增大，热量也会不断增加[6]。 （4）不具备较好的散热性能。对矿井中常用的鼠笼式电 机，其主要借助自然散热，因其内部损耗会形成较多能量， 而这些能量会对铁心造成一定影响，使其可以传输至机座， 再经过表面散发出去。为了使散热面积不断扩大，将电机表 面设计成散热片状。若电动机不具备较好的散热性能，则无 法及时消散出内部热量，使电机长期处于高温环境下运行， 对其造成了严重影响。 2.2 漏油 将产生故障的电机进行更换，并将其进行拆卸处理，及 时找出漏油部位，结果发现是轴承密封处，并且该处的胶质 保护层已经全部失效。由于在电动机的长期运行中，其胶质 密封层在频繁的检修中受到了严重损坏，同时，以往所运用 的YB3电动机中未安装耐热性较强的胶圈，在高温环境下极 易产生变形。此外，铁芯叠片在失去绝缘皮之后，绕组内部 将会出现较大的涡流效应，聚集较多热量，导致电动机出现 较高温度，进而造成密封圈失去原有性能，因此润滑油出现 严重的外泄现象，造成严重的经济损失。 3 改进措施 3.1 加强管理 强化管理指对电动机安装之前及安装之后进行有效管 理。在安装之前，矿井必须对生产环节中的要求进行严格运 算，选择最恰当的电动机来开展生产作业。同时，在进行安 装之前必须严格检查电机的状况，对没有遵照说明进行安装 的元件、接头不牢固、无法实现运行要求的电机应严禁投入 使用。在安装之后必须增加检修力度，安排特定人员开展检 修工作，并创建相应的台账，一旦出现异常问题，应及时上 报维修，提升电动机的运行效果[7]。 3.2 改变散热方向 矿井空气含有较高的水分及灰尘，漏煤等也会对电动机 的运转造成影响。因此，该煤矿中大部分电动机都配置有保 护罩，以防止电动机受到外部因素的影响。在以往所采用的 设备中，电机两边有着高度一致的风口，热空气无法利用水 平方向的风流来进行发散，使得设备始终维持过高的温度。 将电机的散热方向进行转换，使其由之前的水平方向转 变为垂直方向，从而形成一种有效的循环，使热空气可以发 散出来，将主动散热转换为自流散热。所采用的方法就是将 水平的散热口加以封闭，在垂直方向上增加散热孔。采用相 应规格的无缝钢管将电机保护罩与风筒的底部进行连接，使 外部的冷空气可以进入，内部的热空气可以散出。 3.3 确保供电电源质量 选择恰当的电机启动及保护设备，同时确保其具备较好 的供电电压，尽可能使电动机在三相平衡的电源环境下运 行，避免电机运行处于超荷载状态下。 3.4 更换材料 更换材料主要是电机内部所运用的胶质材料进行替换， 其中包含了绝缘皮和密封圈。通过对其进行测量发现，当电 机在润滑油匮乏的环境中持续运行4 h后，密封部位的温度会 不断增加，现阶段大多采用丁晴橡胶来制作密封圈。因此， 应当采取耐高温的材料，并将其设置为两层，内外两侧分别 使用氟橡胶骨架和丁晴橡胶来进行密封，不需要较高的成 本，且具备较强的耐高温性。 4 改进效果 4.1 直接经济效益 在某矿井生产中切实执行三相异步电动机的改善措施， 其改良后的运行效果较好。改良之前，某矿井每月的掘进进 度为170 m；改良之后的第二个月，掘进进度提升了70 m。根 据每掘进1 m可以取得770元的经济收入，平均每月可多创造 53 900元的效益。以此为依据，该煤矿每年的生产时间为6个 月，则1年就可以创造323 400元效益。在对电机进行优化并 投入使用之后，至今都没有出现1例因过热或漏油问题而停机 3 h以上的故障，电机出现受损的频率也不断降低。改良之 前，当月生产过程中有3台电机受损，每台2 000元；改良之 后，半年内仅仅有2台电机受损，大约减少了32 000元的电机 维修费用。本次改良所需要的材料成本为400元。改良之后， 设备所能使用的时间得到极大提升，为煤矿企业创造了30多 万元的效益[8]。 4.2 间接经济效益 通过对该矿井过去生产过程中所记录的故障台账进行分 析，电机平均每年会因为过热或漏油问题而停机110 h，经过 改良之后，电机停机维修的频率大幅降低，维修时间也得到 极大降低，每年可以增加4 d的生产时间。根据某矿井生产的 崔连生，等矿用三相异步电动机的改造探析 199 现有状况，平均每天生产490 t的原煤，在改良之后可以为矿 井创造30多万元的经济效益。 5 结束语 本文基于潞安集团王庄煤矿三相异步电机的使用现状及 存在问题，提出了加强电机管理、改变散热方向等一系列改 进优化措施。在对该矿井进行优化之后，三相异步电机可以 在良好的环境下持续运行，其生产效率和生产力将会得到极 大提升，生产环境得到有效改善，为煤矿企业的安全生产奠 定了可靠基础。 参考文献 [1] 马子品.三相异步电动机制动技术的研究[J].电子测试,2019 1840-41. 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[8] 叶海舟.安庆铜矿井下主通风机散热系统的改进[J].矿山机 械,201109127-128. 第一作者简介崔连生（1974-） ，男，山西侯马人，大学专 科，高级技师，研究领域为机电。（编辑 刘诗寒） 机械臂大小臂角度回归拟合优度 R2分别为 0.997 3 和 0.993 4，拟合程度较好，可用于对机械臂的开环控制系统。 （4）工作过程与测试分析 系统工作时，根据视觉识别系统提供的位置信息，判断 目标物已在拾取范围后，主控芯片将收到抓取指令；先控制 舵机3转动到目标点正前方向，然后打开手爪；再根据距离 xi，调取舵机控制拟合方程f11（x） 、f12（x） ，获得曲线Ⅰ阶段 的设定数据Di值，计算PWM信号的占空比n，控制舵机1和 舵机2完成轨迹曲线Ⅰ的运动，到达目标点上方；同理，根据 拟合方程f21（x） 、f22（x） ，得到相应的设定数据Di值，控制舵 机1和舵机2完成轨迹曲线Ⅱ的运动，下行到达目标点；舵机 4控制手爪闭合完成目标物抓取，并提取上行。完成一轮抓取 指令操作。 实际测试时抓取的目标物为网球，如图14所示。测试结 果表明，该方法抓取目标物的成功率可达100％。定位精度可 控制在2～3 mm。 4 结束语 本文设计了一种基于最小二乘法的移动机器人拾取系 统，采用ARM处理器作为主控芯片，PCA9685作为驱动模块 的拾取臂控制系统。对占空比中的Di值与拾取位置xi之间的关 系，进行了最小二乘法的曲线拟合，并设计了一套专门用于 该系统的控制指令表，供外接设备介入该系统控制机械臂。 测试和实践表明，该方法抓取目标物的成功率可达 100％。定位精度可控制在2～3 mm。简化了机械臂控制系 统，适用于对精度要求不特别高工作场合。 参考文献 [1] 林广茂,王天雷,招展鹏,等. 基于视觉识别的全自动网球拾取 机器人设计[J]. 机电工程技术, 2017 03 80-84. [2] 孙世俊,平雪良,曾庆任,等. 基于视觉捕捉的网球自拾取机器 人系统[J].轻工机械,2016,34662-65. [3] 赵艺兵,杨泳雪.多功能捡球机器人的研制[J].组合机床与自 动化加工技术,20159129-131. [4] 方正,杨华,胡益民,等.嵌入式智能机器人平台研究[J].机器人, 2006,28154-58. 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