農用電動機使用中存在的問題及對策
郭穩濤1,2，魯波涌1
(1.湖南機電職業技術學院，湖南長沙410151；2.湖南大學，湖南長沙410082)
摘要：電動機的廣泛應用對農業生產和農村經濟的發展起著重要的作用。然而，燒毀電機的情況是困擾農民用戶的一大難題。解決這一難題的關鍵，除了使用中進行必要的技術保護外，正確的技術維護和使用是行之有效的。為保證農用電動機的安全運行從農用電動機的選型、起動、節能及維護四個方面進行了闡述。
關鍵詞：電動機；選型；起動；節能；維護
中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A 文童編號：1004—7018(2010)01—0067—04
O引 言
電動機是農用機械中最常用的動力之一，因此，電動機的安全運行是保證農用機械正常工作的基本條件。農用電機與工業用電機在工作原理上無本質性區別，但農用電機與工業用電機的使用環境有一定的差別。農村配電變壓器容量較小，供電線路一般較長，由于線路有阻抗，電機端電壓往往低于額定電壓。另外，農用電機使用位置不固定，要根據需要而移動位置，重新接線，不經常使用但使用時連續運行時間較長等特點。鑒于此，筆者從農用電動機的選型、起動、節能及維護四個方面來闡述農用電動機的正確合理使用。
1電動機選型
1．1合理選擇電動機的功率
農用機械用電動機功率的大小是根據生產機械的需要所確定的。如果容量過大，使電動機輕載，會使投資費用增大，運行費用增加，很不經濟；如果電動機額定功率選得較小，電動機的絕緣就會因過熱而損壞，甚至燒毀。因此，可按以下要求確定電動機的功率：若農業生產機械與電動機之間是直接傳動，則所選電動機的功率應是被拖動機械功率的1～1.l倍；若農業機械與電動機之間是經過皮帶傳動，則所選電動機的功率應是被拖動機械功率的1．05～1．15倍。
1．2正確選擇電動機的結構形式
農用電動機按結構形式來劃分有開啟式(電動機的轉動部分和導電部分無專用的防護裝置)、防護式(電動機對滴水、濺水、雜物進入有不同程度的防護能力)、封閉式(電動機具有封閉的外殼)、防爆式(具有專門的防爆結構)等電動機。
農用機械的工作環境千差萬別，例如粉碎機械的使用環境是被粉碎的農作物如秸稈、瓜秧四處飛揚；水泵的使用環境有滴水和濺水。為了保證安全作業，必須按照工作環境選擇適當的防護形式。如在惡劣環境下或戶外，宜選用封閉式電動機；易燃易爆的環境，宜選用防爆式電動機；有滴水、濺水的環境，宜選用防護式電動機。
1．3正確選擇農用電動機的額定電壓
電動機的額定電壓應與供電電網的電壓一致。給三相異步電動機所加的電壓在其額定電壓的+百分之十…百分之五的范圍內都會正常工作。農村低壓電電壓為220 V／380 V，因此農村用的中小型異步電動機都是低壓的，額定電壓為220／380 v(△／Y接法)，即電網電壓為220 V時電動機采用△形接法；電網電壓為380 V時電動機采用Y形接法。這種電動機還有一個優點，就是可采用Y／△降壓起動。當電動機的額定功率達到變壓器容量的三分之一時，此電動機必須采用降壓起動。需特別強調的是，在農村有三相電源的地方，宜選用三相電動機。這是因為在功率相同的條件下，三相異步電動機和單相異步電動機相比，具有體積小、重量輕、振動小、價格低等優點。
2電動機起動
電動機的起動設備技術狀態的好壞直接關系到能否順利起動：實踐表明，絕大多數被燒毀的電動機都是起動不順利造成的。如起動設備技術狀態不良引發的缺相起動；接觸器觸頭拉弧、打火而導致電壓、電流大幅度改變。保持起動設備技術狀態良好的措施是：經常進行檢查、清潔和松動部件的緊固工作。若接觸器觸點不清潔，氧化燒蝕嚴重，則會產生接觸電阻增大，引起發熱、燒蝕觸點，從而形成缺相運行而燒毀電機繞組；接觸器吸合線圈鐵心有銹蝕和灰塵，會使吸合不嚴而發出強烈噪聲，并增大線圈電流，直至燒毀線圈。
農用電動機容量較小，起動次數少，因而對電網與電機壽命的影響都小，鑒于以上特點，應盡可能采用直接起動的方法進行起動。在不能直接起動時應優先考慮起動方法簡單、設備投資少的降壓起動方法。
2.1直接起動
異步電動機起動時一般規定：7．5 W以下的電動機允許直接起動7．5 kw以上時，由供電線路容量予以決定，符合下列要求的才允許直接起動。即：
式中：K為電動機起動電流與額定電流之比；PH、PN、分別為變壓器容量與電動機容量。
公式經變換得到允許直接起動電動機容量：
變壓器容量越大，允許起動的電機容量也越大。但是，農村輸電線路較長，線路阻抗大，相當于在電動機定子繞組上串聯了阻抗，從而降低了電動機的起動電壓、起動電流。因此，可適當增大電機起動容量。
2．2電動機降壓起動
在電動機不能采用直接起動時就必須進行降壓起動。在降壓起動方法中，如果電動機正常運行為△連接時，首先應考慮Y一△降壓起動，這種起動方法簡便，無需專門設備，只要轉換定子繞組接法的一些控制電器就行，因而投資少，但起動時電動機轉矩將降低為直接起動時的1／3，在電機功率不超過30kw時可采用。若電動機功率較大或正常運行為Y連接時，需要降壓起動時，通常采用自耦變壓器降壓起動方法，但投資費用較大。
因此，可采用一種新的方法，即阻容降壓起動。目前有許多電動機用電容就地補償無功功率，只要在此補償電路每相上串接小阻值電阻R便可進行降壓起動，如圖1所示。這種起動方法的控制線路與常規串電阻相同，且起動與運行時，功率因數也得以提高，電阻器的成本可降低百分之75左右，因而投資少，經濟性好，很適合于農用電動機的起動。
3電動機節能
電動機的電能損耗占總電能損耗的比例****。如何解決農用電動機電能損耗過大的問題呢?現有農用電機中，有一些是舊型號低效率的，其各種損耗大、功率因數低、浪費電能高，對這些電機可采取以下節能措施進行改進。
3．1降低電機損耗，提高電機效率
對于連續運行的電機，如果負載率達百分之60以上，每年連續運行時間在3 000 h以上，應采用高效率電機。更換高效率電機增多的費用，可在短期的節電費用中得到補償，以后每年還可繼續節省大量電費。如果考慮到一時投資較多，舊電機換下后又被閑置，可在電機修理過程中通過降低電機的各種損耗來提高電機效率。
3．2并聯移相電容器、提高功率因數
異步電動機在感性負載下運行時要消耗一定的無功，使得電機的功率因數不高，如果用電容器給電機就地補償，就能大大減少無功損耗，同時由于電容補償后的總電流減小，使得線路的有功損耗也有所減少。通常要求補償后的功率因數在O．92～0．96之間，如果再提高，則需更大的投資，不經濟。
3．3根據負載大小改變電動機接法
農用電動機一般一機多用，農用機械需用動力機的功率大小不一。對正常運轉采用三角形接法的電動機按照負載輕、重轉換星形接法或三角形接法，有利于改善繞組電流，達到高效節能目的。
3．4保證電源電壓對稱、避免電壓過低
電動機的三相電壓不平衡時，電動機內產生負序磁場，形成負序電流與負序轉矩，從電動機軸上吸收一部分功率并消耗在電動機內部，使輸出的機械功率降低，同時，負序磁場在轉子上還引起額外的損耗，使電動機總損耗增加。如果能盡量平衡電網的三相負荷，使電動機電源的三相電壓對稱，就能避免電動機部分額外損耗。農村電網由于供電半徑過大，負荷分布不均及三相四線制低壓供電系統三相負荷的不平衡等諸多因素，造成電網電壓長期偏低，使得正常工作的電動機電流偏大，因而損耗增大：
3．5高效運行、科學維護
異步電動機有功損耗中的鐵損(不變損耗)等于銅損(可變損耗)時效率****，然而，此時并不是出現在額定負載處，而是小于額定負載。對于農村用得最多的中小型異步電動機來說，一般出現在約3／4額定負載處。假如我們使電動機在****效率下運行，能量損耗就最小。
要按照《三相異步電動機經濟運行標準》，對電動機及設備進行合理使用。電動機的維護與保養周期應由容量大小與使用狀況及環境條件決定。農用電動機使用環境往往塵土飛揚，所以應及時清掃電動機內部和外部的灰塵、污物等，避免人為地造成電能的大量損失。
采用上述措施后，電機的運行效率和功率因數將會得到較大提高，可以達到節能效果。
4電動機維護
4．1保持電動機清潔和良好的冷卻環境
在電動機的進風口處必須經常保持清潔。進風口的周圍不得有塵土、油污、水漬和其它秸稈雜物，以防止這類東西吸人電機內部，形成短路介質或損傷電機繞組絕緣層，或阻斷電機的通風冷卻而溫度升高，導致燒毀電動機。
4．2保持電動機在額定電流下工作
當電動機處于過載狀態運行時，轉速下降，電流增大，溫度升高，繞組線圈過熱。其主要原因是拖動負荷過大，電壓過低或被拖動的機械卡滯等造成的；若過載時間稍長，過載電機從電網中吸收大量有功功率，電流便急劇增加，隨之溫度上升。高溫下運行的電機，絕緣材料易老化失效而燒毀繞組線圈，這是燒毀電機的主要原因。因此，一要經常注意檢查機
組傳動裝置是否運轉靈活、可靠，隨時檢查、調整傳動皮帶松緊度，防止卡滯；二要注意作業機械不要較長時間超負荷工作；三要保持電壓穩定，尤其不得低壓運轉，從而確保電動機在額定電流下正常工作。
4.3保持電動機工作相間電流平衡
農用三相異步電動機，其中任何一相的電流值與其他兩相電流平均值之差不得超過百分之10，這是保證電動機安全運轉的必要條件。如果這個差值超過百分之十，則表明電動機已經出現故障，必須立即停機查明原因并排除故障后方能繼續工作，否則故障會迅速擴大，直至燒毀電動機。
4．4保持電動機正常范圍內的溫度和溫升
電機運行中，要隨時檢查軸承、定子、外殼等部位的溫度有無異常，特別是對沒有過載保護的電動機，溫度監測更為重要。如軸承缺油或損壞，則必然引起溫度升高。在軸承附近機體溫度升高，就要立即停機檢查軸承，可先加油，若仍然無效，則應拆下軸承鑒定。若滾動體、滾道表面有裂紋、劃傷或損壞，或間隙變大，內環在軸承上有轉動，出現任何一項，都應更換軸承。否則繼續使用會使軸承進一步損壞，導致塌架、電機掃膛燒毀等重大事故。監測電動機的溫度或溫升有無變化，可用下述簡單方法：在電動機的孔內，插入溫度計，用棉花團塞緊固定，便可隨時監視電動機溫度的變化，機外與殼內溫差通常為l℃。
4.5及時發現和處理電動機異常
農用電動機運行時，應注意電動機發出的聲響，根據聲響判別電動機的運行情況。正常時，電動機聲音均勻，沒有雜音。若農用電動機出現異常聲音，通常有機械和電氣兩個方面的原因。區別方法是：接上電源，有不正常的聲音存在，切斷電源，不正常聲音仍存在，為機械故障，否則為電氣方面故障。機械故障最常見的是軸承損壞，主要是軸承間隙過大或嚴重磨損，缺少潤滑油或油脂選擇不當引起的，這時就需要及時清洗或更換軸承，保證電動機在運行過程中有良好的潤滑，一般的電動機運行5 000 h左右后，應補充或更換潤滑油。
電氣故障產生的噪聲為電磁噪聲，最常見的是電動機缺相運轉，當電動機缺相運行時，轉速會下降，并發出異常的“嗡嗡”聲。如果運行時間過長，將會燒壞電動機。缺相運行主要是電源電路出現問題引起的，如電源線一相斷線，或電動機有一相繞組斷線。要防止電動機缺相運行，首先要注意發現缺相運行的異常現象，并及時排除，其次對于重要的電動機應裝設缺相保護。下面介紹一種簡單可靠的三相電機缺相保護電路，控制電路如圖2所示。
圖2中，按鈕sBl、SB2和接觸器K組成電動機控制電路，通過SBl、sB2控制電動機的運行和停止。J為加裝的缺相及相序保護繼電器，Jl和J2分別為其常開和常閉接點。
電源正常時繼電器J處于吸合狀態，若電動機在運行時由于某種原因缺相，J立即釋放，J1斷開，接觸器K釋放，切斷電動機電源，從而起到保護電動機的作用。同時J2接通，指示燈L亮，蜂鳴器s響。在電動機起動前電源若有缺相、錯相等不正常情況，保護電路亦可防止電動機起動，并能報警提示。
4．6緊固螺釘，檢查接地是否可靠
電動機在運行中，尤其是大功率電動機更要經常檢查地腳螺栓、電動機端蓋、軸承壓蓋等是否松動，接地裝置是否可靠等。若發現問題要及時解決。電動機振動加劇，噪聲增大和出現異味是電動機運轉異常、隨時就要出現嚴重故障，必須盡快停機，查明原因排除故障。
4．7長時間停用的電動機使用前應測量其絕緣電阻
用500 V兆歐表測電動機的繞組與繞組、繞組與外殼的絕緣電阻，若阻值低于0．5 MΩ，就應驅除潮濕水分后再開機，具體干燥的方法有外部干燥法、電流干燥法和兩者同時進行的聯合干燥法。外部干燥即利用外部熱源進行干燥處理，常用的措施有：
(1)吹送熱風：利用加裝電熱器的鼓風機(農用小型電動機可用電吹風)進行吹送熱風以達到干燥處理的目的；
(2)燈泡烘烤：在密閉箱內，利用數個200 w左右的燈泡進行烘烤，既可在周圍進行烘烤，也可把農用電動機拆開，將燈泡放在定子孔內進行烘烤。烘烤熱源也可采用紅外線燈泡或紅外線熱電管。特別注意：烘烤溫度不能過熱，應控制在125℃以下為宜。
電流干燥可根據農用電動機的阻抗和電源的大小將電動機三相繞組串聯或并聯(單相的農用電動機可將電機的主副繞組適當連接)，然后接人一可變電阻器，電流調整至額定電流值的百分之60左右，通電進行干燥。
5結語
在農業實際生產中，電動機的使用最多，農用電動機的選用與維護問題是令農民困惑的一大難題。解決這一難題的關鍵，除了充分了解自己需求的電動機情況外，最有效的是了解選用電動機的方法及掌握電動機的維護常識。相信掌握了電動機的選型、起動、節能和維護知識，電動機在農村的應用一定會越來越廣泛。
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