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啤嶺機電設備(上海)有限公司

大功率礦井提升機電動機軸電流的產生、危害及消除

2014-05-05

高志安
(開灤集團機電部,河北唐山 063018)
  摘 要:分析了大功率礦井提升機電動機軸瓦磨損問題,指出導致該問題的原因之一是軸電流的存在;分析了軸電流產生的原因及其對電動機的危害,進而提出了降低軸電壓、保持電動機轉子軸與軸瓦之間等電位、保持電動機轉子軸與軸瓦之間絕緣等3種減小軸電流危害的方法。
  關鍵詞:礦井;提升機;電動機;軸瓦磨損;軸電流;危害;消除
  0 引言
  目前,大功率礦井提升機電動機的軸瓦磨損現象較嚴重,易導致軸間隙過大的問題,引起電動機振動,嚴重時則容易引起電動機掃膛甚至電動機燒毀。導致軸瓦磨損現象的原因除了機械安裝不當之外,還有可能是軸電流的存在。對此,筆者分析了軸電流產生的原因及其產生的危害,進而提出了消除軸電流危害的解決方法。
  1 軸電流產生的原因及其危害
  軸電流是因電動機轉子軸與軸瓦充當軸電壓放電回路的一部分而造成的。所謂軸電壓是指在電動機運行過程中,轉子軸兩端會由于磁不平衡、靜電感應、外部電源接入等原因產生電位差,該電位差即為軸電壓。軸電壓會造成電動機轉子軸與軸瓦間的電勢累積或放電,從而造成軸瓦機械性損壞。
  2 減小軸電流危害的方法
  2.1 降低軸電壓
  下面根據軸電壓產生原因的不同來分析降低軸電壓的方法。
  (1)磁不平衡產生的軸電壓
  產生磁不平衡現象的原因包括三相交流電源不平衡或電動機的三相繞組不平衡。主流的PWM高脈沖波驅動電動機時電動機的電流波形近似為正弦波,但電壓波形卻是一系列等幅不等寬的矩形波,即使交-交變頻也會造成大量的諧波存在,進而造成磁場的不完全平衡。另外,由于電動機定子和轉子的扇形沖片、硅鋼片等疊裝因素,加上鐵芯槽、通風孔等原因,電動機運行時在磁路中產生不平衡磁阻。當電動機定子鐵芯在圓周方向上的磁阻發生不平衡時,便產生與轉子軸相交鏈的交變磁通,轉子軸周圍有交變磁通切割轉軸,軸兩端感應出軸電壓。一般情況下,該軸電壓大約為1~2V。降低該種軸電壓的方法只能是在電動機的生產工藝過程中提高工藝精度,以及用逆變器驅動電動機時增加濾波器以減小逆變側產生的軸電壓。但該種軸電壓無法完全避免,降低其大小的難度也較大。
  (2)靜電感應產生的軸電壓
  若電動機運行現場周圍有其它電氣設備,這些電氣設備會產生較復雜的磁場,使電動機轉子軸兩端感應出軸電壓。因此,應盡量避免將電動機安裝在較復雜的磁場環境下。
  (3)外部電源介入產生的軸電壓
  若運行現場接線比較繁雜,尤其大電動機保護、測量元件接線較多,如有帶電導線搭接在電動機轉子軸上時,會產生軸電壓。因此,應做好電動機保護、測量元件的絕緣處理并定期檢查。
  (4)其它原因產生的軸電壓
  電動機在運行過程中,負載側與旋轉側運行摩擦而在旋轉側產生靜電荷,靜電荷逐漸積累會產生軸電壓。該情況下產生的軸電壓與磁交變所產生的軸電壓在原理上不同。靜電荷產生的軸電壓是間歇性、周期性的,其大小與運轉狀態、流體狀態等因素有關。如靜電荷積累、測溫元件絕緣破損漏電等因素都會產生軸電壓。軸電壓產生以后,只要轉子軸及機座、殼體間形成通路,就會產生軸電流。因此,需及時將這些產生的靜電荷引入大地,防止累積的電勢過高產生軸電流。
  軸電壓的存在是無法避免的,也是無法完全消除的。降低軸電壓只能減小軸電流的危害,因此,如何消除軸電流、如何防止軸電壓通過軸承形成閉合回路是解決問題的關鍵。
  2.2 保持電動機轉子軸與軸瓦之間等電位
  保持電動機轉子軸與軸瓦之間等電位的具體做法如圖1所示。在轉子軸傳動端與端蓋上安裝碳刷,通過碳刷將轉子軸和端蓋連在一起。由于端蓋與軸瓦之間接觸良好,因此,可通過碳刷將軸瓦與定子軸之間保持等電位,避免放電現象的發生。

1.軸承外蓋;2.刷桿座;3.刷桿;4.銅刷;5.壓指;6.刷盒;7.轉軸
圖1 保持電動機轉子軸與軸瓦之間等電位的具體做法
  2.3 保持電動機轉子軸與軸瓦之間可靠絕緣
  保持電動機轉子軸與軸瓦之間可靠絕緣的具體做法可考慮使用絕緣軸承或者是在軸承底座做絕緣處理,這樣即使有電位差也不會產生放電現象。在做絕緣處理后需注意軸承底座的一些測溫元件等相關附屬器件的絕緣,從而防止軸電壓從附屬器件處構成閉合回路進而形成軸電流。
  3 結語
  分析了大功率礦井提升機電動機軸瓦磨損問題,指出導致該問題的一個主要原因可能是軸電流的存在;分析了軸電流產生的原因及其對電動機的危害,進而提出了降低軸電壓、保持電動機轉子軸與軸瓦之間等電位、保持電動機轉子軸與軸瓦之間絕緣等3種減小軸電流危害的方法。從操作簡單、易于見效的角度來看,只需增加接地碳刷的軸瓦與電動機轉子軸之間等電位方法較為易于實施,其它方法需增加投資成本,且效果不甚明顯。若從避免軸電流產生的角度考慮,使軸瓦與電動機轉子軸之間等電位或絕緣較易實施,效果也較明顯,投資成本也較低,可實施性較高。
  參考文獻:
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來源:《工礦自動化》2010年07期