摘 要：橡膠后處理裝置中，關(guān)鍵機(jī)組擠壓脫水機(jī)由于工藝原因某些特殊情況下需要對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行頻繁啟停，以消除設(shè)備腔體內(nèi)的積膠。但是短時(shí)間內(nèi)頻繁重載啟停電動(dòng)機(jī)特別是大功率電動(dòng)機(jī)，對(duì)電動(dòng)機(jī)及其機(jī)組設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生很大的危害。本文簡(jiǎn)單介紹了頻繁啟停大功率電動(dòng)機(jī)的危害，并從電動(dòng)機(jī)控制回路的SEL351A繼電器入手，討論了通過(guò)SEL351A內(nèi)部時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)限制大功率電動(dòng)機(jī)短時(shí)間內(nèi)啟停次數(shù)的方案。同時(shí)，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)方案結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證并對(duì)部分缺點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)，基本達(dá)到了預(yù)期的效果。

關(guān)鍵詞：大功率電動(dòng)機(jī)；頻繁啟停危害；限制；SEL351A；

中圖分類(lèi)號(hào)：TM32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3520（2014）-04-00235-02

一、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)述和機(jī)組負(fù)載特性

在橡膠后處理裝置中，擠壓脫水機(jī)組采用螺桿擠塑設(shè)備，從上游振動(dòng)脫水篩來(lái)的膠塊由管道進(jìn)入機(jī)組的入口，經(jīng)過(guò)擠壓脫水加工成小膠塊或者膠粒，再送到下一步工序。擠壓脫水機(jī)組屬于大轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在開(kāi)停車(chē)和非正常運(yùn)行時(shí)，膠塊硬度、粘度的變化都將引起負(fù)載大幅波動(dòng)，這就要求螺桿擠塑機(jī)要有非?？斓膭?dòng)態(tài)響應(yīng)，才能使擠出的膠粒質(zhì)量均勻，達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)。由于工藝條件苛刻，一旦參數(shù)控制不準(zhǔn)確，很容易造成膠塊在設(shè)備腔體堆積，堆積后的膠塊溫度、硬度等物理特性逐漸變化，使得膠塊不易排除。由于某些原因，工藝人員一般會(huì)依靠拖動(dòng)設(shè)備的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿一點(diǎn)點(diǎn)將堆積的膠團(tuán)擠出，由于設(shè)備腔體內(nèi)膠團(tuán)溫度下降，膠塊硬度增大，在進(jìn)行這部分操作時(shí)由于單次啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)難以將堆積的膠塊排出，需要短時(shí)間內(nèi)頻繁對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)，這會(huì)對(duì)拖動(dòng)設(shè)備的電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生較大的危害。

二、電動(dòng)機(jī)及電氣回路簡(jiǎn)述

脫水?dāng)D壓機(jī)電動(dòng)機(jī)電源取自6kV高壓間回路，采用ABB的VD4系列真空斷路器實(shí)現(xiàn)停送電功能，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作按鈕實(shí)現(xiàn)機(jī)組的起停，回路中采用SEL351A繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。 SEL351A繼電器具備邏輯編程功能，7組可編程輸出節(jié)點(diǎn)、1組故障輸出節(jié)點(diǎn)（常閉）和6組輸入節(jié)點(diǎn)，各輸入輸出節(jié)點(diǎn)功能見(jiàn)表1。同時(shí)繼電器內(nèi)部具有16個(gè)可編程時(shí)鐘，其中6個(gè)時(shí)鐘范圍0-999999周波，10個(gè)時(shí)鐘范圍0-16000周波（一周波0.02s）。

表1 SEL351A輸入輸出節(jié)點(diǎn)功能

三、頻繁啟動(dòng)對(duì)電動(dòng)機(jī)的危害

（一）電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流。擠壓脫水機(jī)組的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)，在啟動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的相對(duì)轉(zhuǎn)速最大，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)和電流也最大，此時(shí)定子繞組中的電流可達(dá)到電動(dòng)機(jī)額定電流的4-7倍（額定電流IN=37.33A），此時(shí)電流的熱效應(yīng)顯著（電流產(chǎn)生的熱量Q=I2R，R為電動(dòng)機(jī)繞組的電阻）。由于電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)，大電流在繞組導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量不能迅速有效的擴(kuò)散，引起熱效應(yīng)的累積，造成電動(dòng)機(jī)的不正常溫升，使電動(dòng)機(jī)的絕緣材料老化過(guò)程大大加速，嚴(yán)重影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命。當(dāng)溫度升高時(shí)，絕緣材料的基本性能如電阻、電氣擊穿強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度等會(huì)降低，介質(zhì)損耗、應(yīng)力變形等都將增大。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，這些基本性能將進(jìn)一步劣化，直到絕緣材料被燒毀。一般來(lái)說(shuō)，在超過(guò)電動(dòng)機(jī)允許溫升時(shí)，溫度每上升5℃電動(dòng)機(jī)的使用壽命就會(huì)減半。

（二）真空斷路器的操作過(guò)電壓。由于真空斷路器的開(kāi)斷性能較強(qiáng)，在起停電動(dòng)機(jī)時(shí)容易產(chǎn)生截流過(guò)電壓及高頻重燃過(guò)電壓，對(duì)于容量較小的電動(dòng)機(jī)還會(huì)產(chǎn)生三相同時(shí)開(kāi)斷過(guò)電壓。真空斷路器在開(kāi)斷過(guò)程中產(chǎn)生的操作過(guò)電壓使電動(dòng)機(jī)的繞組絕緣結(jié)構(gòu)尤其是匝間絕緣受到嚴(yán)重的危害，而在短時(shí)間內(nèi)頻繁開(kāi)合真空斷路器產(chǎn)生的操作過(guò)電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)絕緣的影響更為顯著。

（三）電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的沖擊轉(zhuǎn)矩。由于擠壓脫水機(jī)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式為全壓?jiǎn)?dòng)，在啟動(dòng)過(guò)程中啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩很大，一般為額定轉(zhuǎn)矩的1.2-2倍，其產(chǎn)生的機(jī)械沖擊會(huì)使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)受到過(guò)大的扭矩力沖擊，容易對(duì)機(jī)組設(shè)備及電動(dòng)機(jī)本身產(chǎn)生不良影響。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，很容易造成電動(dòng)機(jī)本身或者脫水?dāng)D壓機(jī)設(shè)備本體造成機(jī)械損傷，如電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子籠條斷裂或繞組損壞、變速箱齒輪損壞、轉(zhuǎn)軸變形等。基于擠壓脫水機(jī)組頻繁啟動(dòng)對(duì)其拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)絕緣、使用壽命以及機(jī)械設(shè)備存在諸多不良影響的現(xiàn)狀，需采取措施限制其短時(shí)間內(nèi)的啟動(dòng)次數(shù)，以保障機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行。

四、方案的確定及實(shí)施

（一）方案的確定。需要限制電動(dòng)機(jī)在短時(shí)間內(nèi)的啟動(dòng)次數(shù)，只需增加電動(dòng)機(jī)上次停止與本次啟動(dòng)之間的時(shí)間間隔即可。其控制流程如右圖?？梢钥紤]使用SEL351A繼電器本身具備的時(shí)鐘控制來(lái)實(shí)現(xiàn)：使用SEL351A繼電器的內(nèi)部時(shí)鐘，雖然邏輯編程功能相對(duì)較差，只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的時(shí)鐘控制功能，且對(duì)控制原理改動(dòng)很小，可靠性相對(duì)較高，成本也相對(duì)較低。

（二）方案的實(shí)施與驗(yàn)證。由表1可以看出，在原控制回路中SEL351A繼電器的IN101節(jié)點(diǎn)已經(jīng)作為斷路器分合閘狀態(tài)輸入使用，可以使用該節(jié)點(diǎn)的輸入信號(hào)作為內(nèi)部時(shí)鐘的觸發(fā)條件而無(wú)需做任何更改。原控制回路中SEL351A已經(jīng)使用了OUT101-OUT104輸出節(jié)點(diǎn)，可以將OUT105作為時(shí)鐘控制的輸出節(jié)點(diǎn)直接或者間接串入合閘回路中。由于VD4真空斷路器合閘線圈的合閘電流約為3A，預(yù)留20%的閾度，按3.6A來(lái)考慮。SEL351A輸出節(jié)點(diǎn)可以滿足6A電流連續(xù)通電的條件，因而可以直接將SEL351A輸出節(jié)點(diǎn)串入合閘回路內(nèi)。根據(jù)SEL351A的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)編寫(xiě)出程序語(yǔ)句如下：

V5=＼IN101 取IN101下降沿信號(hào)觸發(fā)SV5時(shí)間繼電器

SV5DU=15000 取SV5繼電器延時(shí)閉合節(jié)點(diǎn)，延時(shí)15000周波（5分鐘）

OUT105=SV5T 將OUT105輸出節(jié)點(diǎn)設(shè)置為SV5延時(shí)的值

邏輯控制語(yǔ)句輸入SEL351A繼電器后，將原控制回路中的合閘回路斷開(kāi)一點(diǎn)，再把SEL351A的A09/A10接線端子通過(guò)斷開(kāi)的這點(diǎn)分別接入控制回路中，完成接線及檢查后試驗(yàn)改進(jìn)的效果。通過(guò)多次重復(fù)試驗(yàn)，驗(yàn)證了改進(jìn)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了限制短時(shí)間內(nèi)大功率電動(dòng)機(jī)啟停次數(shù)的功能。

（三）不足與改進(jìn)建議。1、正常分閘與故障跳閘無(wú)區(qū)別。由于發(fā)生故障跳閘時(shí)，一般要求再次啟動(dòng)時(shí)間間隔約30分鐘，而正常停電動(dòng)機(jī)情況下一般間隔約5分鐘，這一點(diǎn)需要進(jìn)行改進(jìn)。2、無(wú)法對(duì)多次頻繁啟動(dòng)進(jìn)行有效區(qū)分。正常來(lái)講，第一次、第二次正常啟停時(shí)間間隔為5分鐘，次數(shù)再多時(shí)應(yīng)當(dāng)延時(shí)更長(zhǎng)（如30分鐘），這也是需要改進(jìn)的地方。

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試證明，通過(guò)SEL351A繼電器的內(nèi)部時(shí)鐘控制功能，可以基本實(shí)現(xiàn)對(duì)大功率電動(dòng)機(jī)啟停次數(shù)限制的功能，減少了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中頻繁啟停大功率電動(dòng)機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)的不良影響。此次改進(jìn)也為其他大功率電動(dòng)機(jī)限制啟停次數(shù)改進(jìn)方案提供了經(jīng)驗(yàn)，為其他裝置起到了示范作用。