電機在索道的應用及檢查維護
2024-06-14
作者 | 王年高
摘 要：客運索道作為景區重要的交通運輸工具，大部分設備正常工作都離不開電機參與。本文以天臺索道為例，詳細介紹天臺索道各種電機結構和維護方法，為同行提供參考。
關鍵詞：直流電機；直流測速電機；交流電機；轉子；定子
電機是一種能量轉換或信號轉換的電磁機械裝置，在國民經濟中具有極其重要的作用。電機在各個行業廣范應用，小到我們平時使用的電動剃須刀，大到三峽水力發電機都是電機一種形式。在客運索道也廣泛被應用，我們天臺索道有各種電機20多臺，下面我就簡單介紹我們九華山天臺索道的各種電機（表一）。電機分類方式很多，按工作電源種類可分為直流電機和交流電機，按用途可分為驅動電機和控制電機，按運轉速度可分為高速電機、低速電機、恒速電機等。天臺索道主驅動電機是直流電機（圖一），液壓張緊為三相交流異步電機（圖一），水平救護絞車電機為低轉速三相交流異步電機。
圖1 天臺索道電機
一、電機組成
1、主驅動電機組成：天臺索道主驅動電機直流電機（DMI315lL 400V/591KW 1574RPM），組成部件見圖二共有六十多個，結構比簡單的交流異步電機要復雜的多。其主要是為了更安全可靠工作，如勵磁繞組及其絕緣，換向繞組及其絕緣，軸承潤滑系統等。
圖2 主驅動電機
2、測速電機：直流永磁機電（RE.0444 R1B+J0.06EG V/Tr/mn0.06），電機定子由矯頑力高的永磁體主磁極、機座、端蓋和電刷組成，轉子是電樞，它是由鐵心、電樞繞組和換向器等組成。由直流發電機原理（圖三），當外力（主電機或驅動輪）拖動測速發電機轉子電樞旋轉時，電樞繞組將切割磁力線產生感應電動勢。電樞間的電樞電勢與其轉速成正比，即E＝Ceφn，在額定勵磁和負載不大的情況下，可近似認為其輸出電壓與轉速成正比，使用時，測速發電機由外力推動轉軸（主電機或驅動輪）轉動，輸入的是轉速信號，通過它輸出的就是與轉速成正比的電壓信號了，具有測速作用。
圖3 測試電機原理圖
3、三相異步交流電機：定子是電動機的不動部分，它主要由鐵心、 定子繞組和機座組成。定子繞組是定子中的電路部分， 中、小型電動機一般采用漆包線繞制成其三相對稱繞組共有六個出線端，每相繞組的首端和末端分別用 D1,D2,D3 和 D4,D5,D6 標記，可以根據電源電壓和電動機的額定電壓把三相繞組接成星形或三角形。轉子是電動機的旋轉部分由轉軸、 轉子鐵心、 轉子繞組和風扇等組成。轉子鐵心是一個圓柱體， 也由硅鋼片疊壓而成， 其外圓周表面沖有槽孔， 以便嵌置轉子繞組。轉子繞組根據其構造分為兩種形式:鼠籠式和線繞式，天臺索道所用電機均屬于前者。
鼠籠式轉子是在轉子鐵心的槽內壓進銅條， 銅條的兩端分別焊接在兩個銅環上， 因其形狀如同鼠籠， 故得名。現在中、 小型電動機更多地采用鑄鋁轉子， 即把熔化的鋁澆鑄在轉子鐵心槽內， 兩端的圓環及風扇也一并鑄成。用鑄鋁轉子可節省銅材， 簡化了制造工藝，降低了電機的成本。
二、主電機檢查維護
1、日常檢查維護：嚴格按照客運索道安全運營及安全生產標準化各項制度，認真落實好主電機早檢、日檢、月檢、季檢、年檢，發現異常及時記錄匯報。每日對主電機溫度及兩端軸承溫度三次監測，一次記錄。每季度對主電機碳刷進行測量并記錄，對主電機風機濾網進行更換，對主電機軸承進行加注潤滑脂，并對主電機內的碳粉進行清理。每兩年左右對碳刷進行更換，根據ABB直流電機維護規范（24000H或6-8年）對主電機軸承進行更換。
2、軸承更換：我們天臺索道在2021年12月底對運行九年的主電機進行了軸承更換，在沒有外協單位幫助情況下，我們順利完成主電機軸承更換，大半年了，運行狀況非常好。對于主電機軸承更換有以下幾點經驗分享給大家：
（1）查資料制定更換流程，準備好所需工具并檢查，沒有的工具要及時定制，已有的要檢查工具的情況，及時保養維護工具，定專人負責工具收撿。
（2）對照主電機軸承更流程，推演各個步驟需要注意地方，安排專人負責拍照片，照片既可以查驗后續安裝是否準確又可留作資料，為以后或類似工作提供參考。
（3）做好主電機的定位的工作很重要，拆卸前一定做好各點高度，中心線的尺寸的標注和標記。安裝時（圖四），復核底座固定墊片高度尺寸，待達到拆卸前原安裝高度尺寸數據后，再通過線錘及測距儀等儀器進行主電機對中復核。
（4）吊裝作業吊點選擇和吊裝工具（手拉葫蘆）一定要符合要求。
（5）安裝到位后的檢查工作一定要細致，做好各項數據對照復核工作，先開緊急驅動帶動電機運轉，無異常再合閘通電運行，先低速試運行，并通過聽針、振動儀分別檢測主電機非驅動和驅動端軸承運行聲音、振動情況，與主電機拆卸前運行異響及振動數據對比。
圖4 主電機安裝
三、直流測速電機檢查維護
永磁直流測速發電機有其靈敏度高、線性誤差小、受溫度變化的影響較小、結構簡單、耐振動沖擊、極性可逆等優點，但由于電刷和換向器的存在帶來一些弊病：如可靠性差，使用環境受到限制，電刷與換向器的摩擦，增加了被測電機的粘滯轉矩；電刷的接觸壓降造成了輸出低速時的不靈敏區。根據其特點我們制定一些幾點維護要求：1、接線端子緊固（新電機運行一個月隨后每年兩次）。2、電刷和換向器檢查（每半年一次），主要檢查電刷的磨損，需要時要更換同一型號的電刷，換向器主要檢查其表面劃痕是否均勻且沒有粘連，必要時進行處理。3、拆卸時注意輕拿輕放以保護矯頑力高的永磁體主磁極磁性防止其因失磁造成測速誤差。
四、交流異步電機檢查維護
三相交流異步電機是索道最常見的電氣設備。其中用得最多的是鼠籠型異步電機，其結構簡單，起步方便，體積較小，工作可靠，堅固耐用，便于維護和檢修。為了保證異步電動機的安全運行，電氣工作人員必須掌握有關異步電機的安全運行的基本知識，了解對異步電機的特點電機在運行中由于種種原因，會出現故障，故障分機械與電氣兩方面。
1、機械方面有掃膛、振動、軸承過熱、損壞等故障。
（1）異步電機定、轉子之間氣隙很小，容易導致定、轉子之間相碰。一般由于軸承嚴重損壞及端蓋內孔磨損或端蓋上下口與機座上下口磨損變形，使機座、端蓋、轉子三者不同軸心引起掃膛。如發現對軸承應及時更換，對端蓋進行更換或刷鍍處理。
（2）振動應先弄清楚是電機本身引起的，還是傳動裝置不良所造成的，或者是機械負載端傳遞過來的，而后針對具體情況進行排除。屬于電機本身引起的振動，多數是由于轉子動平衡不好，以及軸承不良，轉軸彎曲，或端蓋、機座、轉子不同軸心，或者電機安裝地基不平，安裝不到位，緊固件松動造成的。振動會產生噪聲，還會產生額外負荷。
（3）如果軸承工作不正常，可憑經驗用聽覺及溫度來判斷。用聽棒（銅棒）接觸軸承盒，若聽到沖擊聲，就表示可能有一只或幾只滾珠扎碎，如果聽到有咝咝聲，那就是表示軸承的潤滑油不足，因為電機要每運行3000至5000小時左右需換一次潤滑脂。電機在添加潤滑脂時不易太多，如果太多會使軸承旋轉部分和潤滑脂之間產生很大的磨擦而發熱，一般軸承盒內所放潤滑脂約為全溶積二分之一到三分之二即可。在電機軸承安裝時如果不正確，配合公差太緊或太松，也都會引起軸承發熱。在臥式電動機中裝配良好的軸承只受徑向應力，如果配合過盈過大，裝配后會使軸承間隙過小，有時接近于零，用手轉動不靈活，這樣運行中就會發熱。
2、電氣方面有電壓不正常、繞組絕緣受損、接地裝置損壞等。
（1）電源電壓偏高，激磁電流增大，電機會過分發熱，高電壓會危及電機的絕緣，使其有被擊穿的危險。電源電壓過低時，電磁轉矩就會大大降低，如果負載沒有減小，轉子轉數過低，這時轉差率增大造成電動機過載而發熱，長時間會影響電動機的壽命。當三相電壓不對稱時，即一相電壓偏高或偏低時，會導致某相電流過大，電動機發熱，同時電機轉距減小會發出“翁嗡”聲，時間長會損壞繞組。總之無論電壓過高過低或三相電壓不對稱都會使電流增加，電機發熱而損壞電機。所以按照國家標準電動機電源電壓在額定值±5%內變化，電機輸出功率保持額定值。電機電源電壓不允許超過額定值的±10%；三相電源電壓之間的差值不應大于額定值的±5%。
（2）電機繞組絕緣受到損壞，及繞組的導體和鐵心、機殼之間相碰即為繞組接地。這時會造成該相繞組電流過大，局部受熱，嚴重時會燒毀繞組。出現繞組接地多數是電動機受潮引起，有的是在環境惡劣時金屬物或有害粉末進入電機繞組內部造成。電機出現繞組接地后，除了絕緣已老化、枯焦可以局部處理，繞組接地一般發生在繞組伸出槽外的交接處（繞組端部），這時可在故障處用天然云母片或絕緣紙插入鐵心和繞組之間，再用絕緣帶包扎好涂上絕緣漆烘干即可，如果接地點在鐵心槽內時，上層邊絕緣損壞，可以打出槽楔修補槽襯或抬出上層線匝進行處理，若故障在槽底或者多處絕緣受損，最好辦法就是更換電機繞組。電機繞組中相鄰兩條導線之間的絕緣損壞后，使兩導體相碰，就稱為繞組短路。發生在同一繞組中的繞組短路稱為匝間短路。發生在兩相繞組之間的繞組短路稱為相間短路。不論是那一種，都會引起某一相或兩相電流增加，引起局部發熱，使絕緣老化損壞電機。出現繞組短路時，短路點在槽外修理并不難。當發生在槽內，如果線圈損壞不嚴重，可將該槽線圈邊加熱軟化后翻出受損部分，換上新的槽絕緣，將線圈受損的部位用薄的絕緣帶包好并涂上絕緣漆進行烘干，用萬用表檢查，證明已修好后，再重新嵌入槽內，進行絕緣處理后就可繼續使用，如果線圈受損傷的部位過多，或者包上新絕緣后的線圈邊無法嵌入時，只好更換新的繞組。
（3）電機的接地裝置。電機接地是一個重要環節，常常被忽視。因為電機不接地也可以運轉，但這給生產及人身安全埋下了不安全隱患。因為絕緣一旦損壞后外殼會產生危險的對地電壓，這樣直接威脅人身安全及設備的穩定性。所以電機一定要有安全接地。所謂的電機接地就是將電氣設備在正常情況下不帶電的某一金屬部分通過接地裝置與大地做電氣連接，而電機的接地就是金屬外殼接地。這樣即使設備發生接地和短路時電流也會通過接地向大地做半球形擴散，電流在向大地中流散時形成了電壓降，這樣保證了設備及人身安全。
五、結束語
隨著科學技術發展，已經出現很多類新型電機，并在生活中廣泛應用。索道驅動電機形式也在與時俱進，國內有不少索道是采用交流電機作為主驅動電機為索道提供運轉動力的，新近建成索道已經采用直驅電機為索道提供能量。無論其形式如何發展變化，工作原理都是利用電磁感應定律為基礎，且以磁場作為其耦合場，將電能轉換為機械能的。必須了解常見電機的結構以及常見故障，才能少走彎路，節省時間，盡快地將故障排除，恢復電機工作，使電動機處于正常的運轉狀態。做好電機的定期檢查和維護工作，也是保證電機安全運行，延長壽命的有效措施之一。
來源：九華旅游索道技術交流
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