1、概述
三相繞線式異步電動機(jī)是氧化鋁廠主要的拖動設(shè)備之一，由于它的轉(zhuǎn)子上可以外接電阻或電抗，在啟動時具有較高的功率因數(shù)和較高的啟動轉(zhuǎn)矩以及能改變運行速度等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于球磨機(jī)、熟料窯、鼓風(fēng)機(jī)、真空泵等設(shè)備上作為拖動設(shè)備。但是，繞線式異步電動機(jī)在啟動時必須在電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串接電阻或電抗器以增加電動機(jī)的啟動力矩，降低啟動電流。在啟動過程中，這個電阻或電抗的數(shù)值還要從大到小逐級變化，直到***后為零時，電動機(jī)啟動過程才結(jié)束，進(jìn)入運行狀態(tài)，要借助一個復(fù)雜的輔助啟動裝置才能完成電動機(jī)的啟動過程。它的啟動輔助設(shè)備較為復(fù)雜，主要有接入電阻用的滑環(huán)、電刷、分段切除的金屬電阻（或者特性曲線較為平滑的頻敏電阻），短接轉(zhuǎn)子回路的提刷短路裝置和交流接觸器。這套裝置安裝、調(diào)試復(fù)雜、操作麻煩，事故率多、維修困難、備件消耗量大、檢修費用高。且由于分段切除電阻，使電動機(jī)的啟動特性曲線成階梯狀，不能平滑啟動和實現(xiàn)無級變速，特性較差，能耗大。需 有孚。光亨 貞吉 利涉大川
現(xiàn)在常用的頻敏變阻器，克服了分段切除電阻產(chǎn)生的階梯狀特性曲線的特點，在電動機(jī)啟動過程中實現(xiàn)了電阻線性變化，無級變速，特性曲線平滑可靠。但它只解決了電動機(jī)的啟動特性問題，沒有解決電動機(jī)復(fù)雜的啟動輔助裝置。
無刷變阻起動器既解決了金屬電阻及電抗器啟動特性差的特點，又解決了常用頻敏電阻啟動輔助裝置復(fù)雜的問題，把繞線式電動機(jī)原二次回路系統(tǒng)復(fù)雜的啟動輔助裝置組成一個無觸點電磁元件，直接安裝到電動機(jī)轉(zhuǎn)子軸上，解決了繞線式電動機(jī)啟動裝置的一大難題，顯示了強大生命力。
2、工作原理
無刷變阻起動器是利用頻敏變阻器原理研制出來的新型線性變阻啟動器，它是原二次回路系統(tǒng)的多觸點元件組成一個無觸點電磁元件，相當(dāng)于一個等值阻抗串入繞線轉(zhuǎn)子的回路中，作為啟動時可變阻的啟動設(shè)備，它與傳統(tǒng)的頻敏變阻起動器***大的區(qū)別就是：在幫助電動機(jī)完成變阻啟動任務(wù)之后仍參與電動機(jī)拖動全過程，而傳統(tǒng)的頻敏變阻器是不能參與電動機(jī)拖動運行的，如果不及時切除頻敏變阻起動器，會造成變阻器過熱，甚至燒毀，異步電動機(jī)不能在正常轉(zhuǎn)速下進(jìn)行，電流升高，甚至?xí)龤?/span>電機(jī)。
無刷變阻起動器采用***佳磁路原理，它由線圈繞組、內(nèi)外鐵芯、軸套、軛板、接線柱等零件組成一個無觸點電磁元件。它安裝在原電動機(jī)轉(zhuǎn)子上的滑環(huán)位置。它的獨特結(jié)構(gòu)特點使無刷起動器在啟動開始時具有較大的阻抗值，而在運行狀態(tài)時阻抗值幾乎為零。整個啟動過程阻抗值線性變化，曲線平滑，實現(xiàn)了電動機(jī)的啟動無級變速，平穩(wěn)可靠，且啟動力矩大，啟動電流小。當(dāng)電動機(jī)定子回路剛接通電源的瞬間，感應(yīng)到轉(zhuǎn)子繞組回路的電壓頻率為50Hz，作用到啟動器線圈上就成為一個較大阻抗的負(fù)載帶到轉(zhuǎn)子回路里，因此轉(zhuǎn)子回路電流變小，而對應(yīng)定子回路中電流值也變小了，隨著轉(zhuǎn)速由慢到快變化，轉(zhuǎn)子回路感應(yīng)電壓的頻率也由高到低變化，當(dāng)轉(zhuǎn)子達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子回路的感應(yīng)頻率也接近零值，啟動器的阻抗也接近零值，完成了繞線電動機(jī)的啟動任務(wù)，此時，啟動器仍參與電動機(jī)的運行。由于此時啟動器的阻抗值接近零值，相當(dāng)于碳刷滑環(huán)的運行狀態(tài)。故無刷變阻動器不會影響電動機(jī)的正常運行，是一種理想的啟動裝置。
3、應(yīng)用實例
3.1 無刷變阻起動器在真空泵上的應(yīng)用
1999年4月份，首先對四車間3#真空泵電機(jī)進(jìn)行了改造，真空泵電機(jī)是廣州電機(jī)廠生產(chǎn)的JR127-6 185kW電動機(jī)，它采用二次回路串頻敏電阻器啟動方式，采用提刷短路機(jī)構(gòu)和交流接觸器配合短接轉(zhuǎn)子回路。操作極為不便，常因短路啟動燒壞短路接點和電動機(jī)轉(zhuǎn)子線圈，有時因短路機(jī)構(gòu)不靈活燒壞短路接點，電機(jī)滑環(huán)及碳刷經(jīng)常發(fā)生故障。備件消耗量大，檢修費用高，滿足不了生產(chǎn)要求。改造后，去掉了繞線式電動機(jī)的啟動輔助裝置、頻敏變阻器及二次線路，操作簡便，操作工再也不用為短路啟動犯愁了，且檢修十分方便，運行六個多月來，未發(fā)生一次故障，且操作簡單，運行平穩(wěn)，深受操作工人喜愛，改造前后見表1所示。
表1 真空泵電動機(jī)改造前后技術(shù)數(shù)據(jù)對比
啟動電 啟動時 功率 運行電 工作溫 年節(jié)電
流(A) 間(S) 因數(shù) 流(A) 度(℃) 效果(元)
改造前 560 12 0.86 220 55
改造后 540 8 0.87 210 40 20148
注：電價0.46元/kWh
從改造前后技術(shù)數(shù)據(jù)對照表可看出：改造后電動機(jī)的啟動電流減小了，啟動性能改變了，且運行電流下降，功率因數(shù)提高了。在環(huán)境溫度為30℃的情況下，啟動器的運行溫度小于40℃，啟動性能良好，是一種理想的啟動元件。
3.2無刷變阻起動器在球磨機(jī)上的應(yīng)用
在對全廠十幾臺真空泵成功改造的基礎(chǔ)上，我們對四車間2#濕磨進(jìn)行了改造。2#濕磨是一臺球磨機(jī)，配用電機(jī)JR128-8 155kW繞線式異步電動機(jī)，采用頻敏變阻器啟動。由于球磨機(jī)停車時，鋼球堆積在磨子底部，且磨子底部殘留許多積料，啟動相當(dāng)困難，有時不得不在原頻敏電阻的基礎(chǔ)上串聯(lián)一段金屬電阻來改變電動機(jī)的啟動特性。采用無刷變阻起動器后，電動機(jī)的啟動性能大大改善，啟動轉(zhuǎn)矩大大提高，啟動電流降低，啟動時間短，完全滿足了電動機(jī)的啟動要求，解決了長期困擾我們的難題，減少了大量的檢修時間，為其它球磨機(jī)的改造奠定了基礎(chǔ)。由于球磨機(jī)進(jìn)料量的變化及生產(chǎn)工藝條件的改變，電動機(jī)會過載使電流升高，以至過流動作使電動機(jī)停止運行。由于負(fù)載電流大，電動機(jī)的滑環(huán)碳刷就會發(fā)熱，刺火，甚至燒紅碳刷，灼傷滑環(huán)，以至燒毀電動機(jī)轉(zhuǎn)子線圈。采用無刷變阻起動器后，當(dāng)電動機(jī)由于過載而減速運行時，轉(zhuǎn)子回路的感應(yīng)頻率隨轉(zhuǎn)速下降而升高，啟動器的阻抗值相應(yīng)增大，從而既增大了電動機(jī)的拖動力矩，還可使電動機(jī)的電流減小，避免了球磨機(jī)因過流而跳閘。實際運行中，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時，電動機(jī)電流發(fā)生波動后，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速能迅速恢復(fù)正常，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速基本保持不變，所以說無刷變阻起動器具有穩(wěn)速功能。
3.3無刷變阻起器在高壓電機(jī)上的應(yīng)用
煤粉磨電機(jī)是磨制煤粉的高壓電機(jī)，電機(jī)為JR157-8 320kW繞線式異步電動機(jī)，額定電壓為6KV，轉(zhuǎn)子電壓為501V，轉(zhuǎn)子電流為391A，采用頻敏變阻器啟動。煤粉車間防火等級要求較高，繞線式異步電動機(jī)的啟動裝置較為復(fù)雜，且存在安全隱患。煤粉磨屬于球磨機(jī)，具有球磨機(jī)的所有特性，由于磨制干煤粉，負(fù)荷相對濕磨較低，因此我們在對濕磨電機(jī)成功改造經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對煤粉磨電機(jī)進(jìn)行了無刷無環(huán)改造，改造后非常成功，效果明顯，改造前后對比見表2所示。
表2 高壓電動機(jī)改造前后技術(shù)數(shù)據(jù)對比
啟動電 啟動時 功率 運行電 工作溫 年節(jié)電
流(A) 間(S) 因數(shù) 流(A) 度(℃) 效果(元)
改造前 82 15 0.85 36 43
改造后 80 13 0.86 35.2 38 44326
注：電價0.46元/kWh
4、應(yīng)用過程中注意的幾個問題
（1） 無刷變阻起動器應(yīng)選用專業(yè)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，否則會造成啟動困難。
（2） 應(yīng)用于球磨機(jī)上應(yīng)充分考慮負(fù)荷情況，合理選定過負(fù)荷系數(shù)。
（3） 系統(tǒng)電壓低是無刷無環(huán)啟動器啟動困難的主要原因之一。
（4） 無刷變阻起動器不能參與調(diào)速，不能應(yīng)用于調(diào)速設(shè)備上。
5、結(jié)束語
無刷變阻起動器的應(yīng)用去掉了滑環(huán)、碳刷、刷盒、短路環(huán)二次回路等復(fù)雜的啟動系統(tǒng)，不但可以直接啟動，而且還保持了繞線電動機(jī)的優(yōu)良性能，同時在負(fù)載過載時具有穩(wěn)速功能。是操作簡便，免維修，運行無事故，節(jié)能高效的繞線電動機(jī)啟動設(shè)備。無刷變阻起動器的應(yīng)用，大大簡化了操作工人的操作程序，每年可節(jié)約大量的檢修費用，每臺無刷變阻起動器每年節(jié)約備件費（滑環(huán)、碳刷、刷盒和短路環(huán)、交流接觸器、繼電器）價值約8000元左右，節(jié)電20000-50000元左右，值得在全廠范圍推廣。無刷啟動器參與電動機(jī)啟動，運行的全過程，不參與電動機(jī)的調(diào)速，不適用于需要調(diào)速的設(shè)備上，但它在氧化鋁生產(chǎn)中仍有著廣闊的發(fā)展前景。目前，氧化鋁廠全部的真空泵電機(jī)、四車間球磨機(jī)電機(jī)、煤粉磨電機(jī)（高壓）、煤粉橋吊卷揚電機(jī)、大車電機(jī)、8#回轉(zhuǎn)窯排風(fēng)機(jī)電機(jī)（高壓）已全部應(yīng)用無刷起動器，節(jié)能效果較為明顯。
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無刷變阻起動器在滑環(huán)電機(jī)上的應(yīng)用