無刷變阻啟動器在礦山重載電機中的應用分析

王忠明

（大冶有色金屬股份有限公司銅山口銅礦機動能源部，湖北 黃石 435122）

一、無刷無環啟動器的工作原理

無刷無環啟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，是由原二次回路系統的多觸點元件組成一個無觸點電磁元件，相當于一個等值阻抗串入繞線轉子的回路中，作為啟動時可變阻的啟動設備。它與傳統的頻敏變阻啟動器最大的區別就是在幫助電動機完成變阻啟動任務之后仍參與電動機拖動全過程。無刷無環啟動器可以解決金屬電阻及電抗器啟動特性差，以及常用頻敏電阻啟動輔助裝置復雜的問題，即解決了繞線式電動機啟動裝置復雜的難題。

無刷無環啟動器采用最佳磁路原理和最新導磁材料，它由線圈繞組、內外鐵芯、軸套、軛板、接線柱等組成一個無觸點電磁元件。安裝在原電動機轉子上的滑環位置。其獨特的結構特點使無刷啟動器在啟動開始時具有較大的阻抗值，而在運行狀態時阻抗值幾乎為零。整個啟動過程阻抗值呈線性變化，曲線平滑，實現了電動機的啟動無級變速，平穩可靠，且啟動力矩大，啟動電流小。當電動機定子回路剛接通電源的瞬間，感應到轉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載帶到轉子回路里，因此轉子回路電流變小，而對應定子回路中的電流值變小。隨著轉速由慢到快變化，轉子回路感應電壓的頻率也由高到低變化，當轉子達到額定轉速時，轉子回路的感應頻率接近零值，啟動器的阻抗也接近零值，完成了繞線電動機的啟動，此時，啟動器仍參與電動機的運行。由于此時啟動器的阻抗值接近零值，相當于碳刷滑環的運行狀態，故無刷無環啟動器不會影響電動機的正常運行，是一種理想的啟動裝置。同時體現了結構簡單、免除維護、過載穩速、運行可靠、經濟節能耐用、產品性價比高等性能特點。

二、應用實例

1.無刷無環啟動器在鄂式破碎機上的應用

2008年6月，對選礦車間鄂式破碎機電機進行了改造，沈陽電機廠生產的JR136-8180kW電動機，采用二次回路串頻敏電阻器啟動方式，提刷短路機構和交流接觸器配合短接轉子回路，操作極為不便。特別是礦石粉塵大，由于粉塵堆積，經常燒壞電機滑環及碳刷，使備件消耗量大，檢修費用高，滿足不了生產要求。改造后，去掉了繞線式電動機的啟動輔助裝置、頻敏變阻器及二次線路，操作簡便，檢修方便，運行兩年多來，未發生一次故障，改造前后技術及成本對比見表1。

表1 鄂式破碎機電動機（180kW）改造前后技術及費用對比（1年）

由表1可看出改造后電動機的啟動電流減小，啟動性能改變，功率因數提高，節約了能源，維修保養費用大幅下降，是一種理想的啟動元件。

2.無刷無環啟動器在球磨機上的應用

2010年4～5月，對選礦二車間1#、2#球磨電機、勞動公司選廠1#、2#球磨電機進行了改造，配用電機分別是JR117-880kW、JR137-8210kW、JR116-695kW、JR126-6155kW繞線式異步電動機，采用頻敏變阻器啟動。由于球磨機停車時鋼球堆積在磨子底部，且磨子底部殘留許多積料，啟動困難。采用無刷無環啟動器后，啟動轉矩大大提高，啟動電流降低，啟動時間短，完全滿足了電動機的啟動要求，減少了大量的檢修時間。由于球磨機進料量的變化及生產工藝條件的改變，電動機會因過載使電流升高而停止運行。由于負載電流大，電動機的滑環碳刷發熱、刺火，甚至燒毀電動機轉子線圈。采用無刷無環啟動器后，當電動機由于過載而減速運行時，轉子回路的感應頻率隨轉速下降而升高，啟動器的阻抗值相應增大，從而既增大了電動機的拖動力矩，還可使電動機的電流減小，避免了球磨機因過流而跳閘。實際運行中，當負載發生變化時，電動機電流發生波動后，電動機的轉速能迅速恢復正常，電動機的轉速基本保持不變，即無刷無環啟動器具有穩速功能。同時，球磨機給礦均勻時，電動機運行電流比采用頻敏變阻器時下降5%左右，功率因數由0.8提高到0.87，達到了顯著的節能效果。