無刷無環(huán)起動器在梅鋼翻車機電機改造中的應(yīng)用

杜穎

（上海梅山工業(yè)民用工程設(shè)計研究院有限公司，江蘇南京210039）

無刷無環(huán)起動器在梅鋼翻車機電機改造中的應(yīng)用

杜穎

（上海梅山工業(yè)民用工程設(shè)計研究院有限公司，江蘇南京210039）

采用無刷變阻起動器取代傳統(tǒng)、繁瑣、多觸點元件組成的起動裝置，節(jié)省了安裝空間和二次回路電纜，減少起動裝置的功率消耗，節(jié)省了電能。

繞線電機；無刷無環(huán)起動器；電機改造

1 引言

梅鋼原料分廠燒結(jié)礦粉原料的運輸是采用火車運輸，卸車采用的是單車翻車機，該翻車機的傳動電機的型號及功率為JR137-10，155 kW，屬強制淘汰的高耗能產(chǎn)品，因此本次改造將電機更換為YZR4000L1，160 kW新型繞線式電機，并采用新型的WSQ3無刷無環(huán)起動器。

2 無刷無環(huán)起動器的工作原理

（1）無刷無環(huán)起動器是安裝在電動機轉(zhuǎn)子上作同步運行的一種降壓裝置。它采用最佳磁路原理和最佳導(dǎo)磁材料把原二次回路系統(tǒng)的多觸點元件組成的電磁回路，通過工藝革新做成一個無觸點的電磁元件，作為起動時可變阻的起動設(shè)備。它利用電動機在起動過程中，轉(zhuǎn)子電流頻率隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高而降低的關(guān)系，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速由0變到額定轉(zhuǎn)速Ned，轉(zhuǎn)子電流的頻率則由50 Hz平滑地降到l～2 Hz，起動器阻抗則由最大變到最小，等效于轉(zhuǎn)子回路外接的電阻由最大變到最小，故能自動地隨轉(zhuǎn)子頻率的變化作平滑調(diào)節(jié)。

（2）無刷無環(huán)起動器安裝在電動機的轉(zhuǎn)子軸上，與轉(zhuǎn)子結(jié)合為一體，處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于延長轉(zhuǎn)子，其電動機的運轉(zhuǎn)性能變得更加穩(wěn)定。

（3）電動機轉(zhuǎn)子線在轉(zhuǎn)子軸上直接與“起動器”相連接，構(gòu)成回路，既不發(fā)熱又沒有額外的線路損耗，因此可使轉(zhuǎn)子回路始終處于最佳的起動和運行狀態(tài)。

（4）無刷無環(huán)起動器直接安裝在電動機的轉(zhuǎn)子軸上，與轉(zhuǎn)子結(jié)合為一體，一同運轉(zhuǎn)，又相當(dāng)于一個機械式儲能和放能機構(gòu)，在所拖動的負荷不穩(wěn)時，既吸能又放能，提高了電動機的電磁應(yīng)力。

3 電機起動方案比較

3.1 傳統(tǒng)頻敏變阻器起動特點

繞線電動機的轉(zhuǎn)軸上裝有滑環(huán)、碳刷、短路環(huán)等零件，它們與控制箱中的繼電器、交流接觸器、頻敏變阻器等電器元件組成一個完整的二次回路系統(tǒng)，作為電動機的起動和運行的短接裝置。電動機的這種工作方式有以下缺點：

（1）碳刷容易磨損，消耗過高，維修量大，且影響正常生產(chǎn)。

（2）碳刷與滑環(huán)之間容易產(chǎn)生火花，有些場所不能使用。

（3）碳刷與滑環(huán)的磨擦，增大了接觸電阻，電機溫升高。

（4）導(dǎo)電粉末易被吸入電機內(nèi)部，是燒毀電機的一大隱患。

（5）時間繼電器失控容易燒壞交流接觸器和頻敏變阻器，造成停機停產(chǎn)。

（6）設(shè)備占用空間大，且大功率的電機所配的電纜規(guī)格也大，相應(yīng)的控制設(shè)備和電纜材料投資也高。

3.2 無刷無環(huán)起動器的特點

（1）省去滑環(huán)、碳刷及二次回路所有電氣元件，從根本上降低了設(shè)備的維護、維修費用，節(jié)約了管理費用。

（2）增加電機起動轉(zhuǎn)矩，減小電機起動電流。

（3）實現(xiàn)無刷變阻，電機起動過程平穩(wěn)。

（4）無刷變阻起動。

（5）使用無刷無環(huán)起動器，使得電動機在起動時，只要給定電源，便自動起動并達到運行狀態(tài)，在撤消電源后自動停止并恢復(fù)到起動狀態(tài)，一切都是自動，無需任何人為操作，使電機起動方便、穩(wěn)定，安全可靠。

（6）接線簡單，轉(zhuǎn)子線直接連接在“起動器”上，無任何間接接觸元件，與使用碳刷、滑環(huán)的回路相比，徹底消除了因碳刷、滑環(huán)、短接環(huán)、接觸器等元件磨損或接觸不良而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子回路缺相燒壞電動機這一嚴重現(xiàn)象，可靠地保護了電動機，延長了使用壽命（注：據(jù)統(tǒng)計，繞線轉(zhuǎn)子電動機因轉(zhuǎn)子回路缺相損壞的電動機占損壞的電動機總數(shù)80%以上，并且這一故障現(xiàn)象極不易被工作人員發(fā)覺）。

（7）降低了電動機的定子電流，同時減少了鐵損、銅損及其他雜散損耗，在電動機運行中，不僅較以前提高了功率因數(shù)和運轉(zhuǎn)效率（5%～8%），更減小了轉(zhuǎn)差率，相應(yīng)地提高了電動機的運行轉(zhuǎn)速（注：電動機所標(biāo)的額定轉(zhuǎn)速，在使用上碳刷、滑環(huán)等組合元件后，運轉(zhuǎn)時實際轉(zhuǎn)速達不到額定轉(zhuǎn)速）。

（8）電動機安裝無刷無環(huán)起動器后，運行中比以前減少了電磁消耗，又因去掉了碳刷、滑環(huán)等發(fā)熱元件，所產(chǎn)生的效果就是電動機的運行溫度降低了5～8℃。

4 設(shè)備安裝

WSQ3無刷無環(huán)起動器安裝在電動機轉(zhuǎn)軸上（原安裝滑環(huán)的位置）與轉(zhuǎn)子同時旋轉(zhuǎn)、結(jié)構(gòu)比較緊湊。它由軛板、線圈繞組、接線柱、內(nèi)外鐵芯、軸套等零件組成一個整體，見圖1。

5 工程投資比較

5.1 工程如采用頻敏變阻器起動方案，主要電氣設(shè)備及材料用量如下：

（1）新增頻敏起動控制柜（160 kW），2臺（共有2臺翻車機需改造）。

（2）敷設(shè)由電氣室配電柜至現(xiàn)場頻敏起動控制柜的電源電纜及由控制柜至電機的定子和轉(zhuǎn)子的電纜，電纜規(guī)格為YJV-0.6/1kV-1（3×150+1×70），電纜總長約500 m。

5.2 工程采用無刷無環(huán)起動器方案，主要電氣設(shè)備及材料用量如下：

（1）新增WSQ3無刷無環(huán)起動器，2臺。

（2）不需敷設(shè)電纜，只要將電動機出頭線接在起動器接線柱即可。

5.3 工程投資比較（估算）

（1）采用頻敏變阻器起動方案的投資約24萬元。

（2）采用無刷無環(huán)起動器方案的投資約1.5萬元。

5.4 由以上兩個起動控制方案的投資比較，采用無刷無環(huán)起動器方案可節(jié)約22.5萬元，節(jié)省了可觀的資金。

圖1 無刷無環(huán)起動器安裝示意

6 結(jié)束語

無刷無環(huán)起動器克服了傳統(tǒng)的頻敏變阻起動器缺點。它不僅使傳統(tǒng)繞線轉(zhuǎn)子電動機甩掉了龐大復(fù)雜的起動系統(tǒng)，而且它還解決了渦流損耗、漏電電抗、起動器發(fā)熱等最主要的幾個問題，它在延長電機使用壽命的同時，也保證了起動器自身的使用壽命。節(jié)省了控制設(shè)備及連接電纜，大大減少了工程的投資，另外不需備件，減少維修量，又能保證電機安全運行，一次安裝、長期受益，根據(jù)用戶反饋的使用情況，設(shè)備運行良好，本次改造深受用戶好評。

由此看來，無刷無環(huán)起動器必將以優(yōu)良的起動性能、低廉的價格、對電源和負載自適應(yīng)的能力、微小的體積、節(jié)能和運行維護方便等特點，獲得更廣泛的應(yīng)用，特別是老廠改造中，設(shè)備安裝場地有限，投資緊張的情況下，值得推薦使用。

App lication of Brushless Non-Ring Starter in Transformation of Dum per M otor at M eishan Steel

DU Ying
(Shanghai Meishan Industrial and Civil Project Design Institute Co.,Ltd.,Nanjing,Jiangsu 210039,China)

Using brushless rheostat Starter to replace the traditional complicated starter consisted of multi-contact elements saves both installation space and secondary loop cable,reduces the power consumption of starter and saves electric power.

winding motor;brushless non-ring starter

TM3

B

1006-6764(2015)02-0007-02

2014－10－27

杜穎（1961-），女，大專學(xué)歷，工程師，現(xiàn)從事電氣自動化專業(yè)技術(shù)工作。