杜穎

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

無刷無環(huán)起動(dòng)器在梅鋼翻車機(jī)電機(jī)改造中的應(yīng)用

杜穎

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

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

繞線電機(jī)；無刷無環(huán)起動(dòng)器；電機(jī)改造

1 引言

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

2 無刷無環(huán)起動(dòng)器的工作原理

（1）無刷無環(huán)起動(dòng)器是安裝在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上作同步運(yùn)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(diǎn)元件組成的電磁回路，通過工藝革新做成一個(gè)無觸點(diǎn)的電磁元件，作為起動(dòng)時(shí)可變阻的起動(dòng)設(shè)備。它利用電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)器安裝在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上，與轉(zhuǎn)子結(jié)合為一體，處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于延長轉(zhuǎn)子，其電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能變得更加穩(wěn)定。

（3）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子線在轉(zhuǎn)子軸上直接與“起動(dòng)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(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)。

（4）無刷無環(huán)起動(dòng)器直接安裝在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上，與轉(zhuǎn)子結(jié)合為一體，一同運(yùn)轉(zhuǎn)，又相當(dāng)于一個(gè)機(jī)械式儲(chǔ)能和放能機(jī)構(gòu)，在所拖動(dòng)的負(fù)荷不穩(wěn)時(shí)，既吸能又放能，提高了電動(dòng)機(jī)的電磁應(yīng)力。

3 電機(jī)起動(dòng)方案比較

3.1 傳統(tǒng)頻敏變阻器起動(dòng)特點(diǎn)

繞線電動(dòng)機(jī)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(gè)完整的二次回路系統(tǒng)，作為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和運(yùn)行的短接裝置。電動(dòng)機(jī)的這種工作方式有以下缺點(diǎn)：

（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(chǎng)所不能使用。

（3）碳刷與滑環(huán)的磨擦，增大了接觸電阻，電機(jī)溫升高。

（4）導(dǎo)電粉末易被吸入電機(jī)內(nèi)部，是燒毀電機(jī)的一大隱患。

（5）時(shí)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(jī)停產(chǎn)。

（6）設(shè)備占用空間大，且大功率的電機(jī)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(dòng)器的特點(diǎn)

（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(hù)、維修費(fèi)用，節(jié)約了管理費(fèi)用。

（2）增加電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減小電機(jī)起動(dòng)電流。

（3）實(shí)現(xiàn)無刷變阻，電機(jī)起動(dòng)過程平穩(wěn)。

（4）無刷變阻起動(dòng)。

（5）使用無刷無環(huán)起動(dòng)器，使得電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)，只要給定電源，便自動(dòng)起動(dòng)并達(dá)到運(yùn)行狀態(tài)，在撤消電源后自動(dòng)停止并恢復(fù)到起動(dòng)狀態(tài)，一切都是自動(dòng)，無需任何人為操作，使電機(jī)起動(dòng)方便、穩(wěn)定，安全可靠。

（6）接線簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)子線直接連接在“起動(dòng)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(dòng)機(jī)這一嚴(yán)重現(xiàn)象，可靠地保護(hù)了電動(dòng)機(jī)，延長了使用壽命（注：據(jù)統(tǒng)計(jì)，繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)因轉(zhuǎn)子回路缺相損壞的電動(dòng)機(jī)占損壞的電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的定子電流，同時(shí)減少了鐵損、銅損及其他雜散損耗，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，不僅較以前提高了功率因數(shù)和運(yùn)轉(zhuǎn)效率（5%～8%），更減小了轉(zhuǎn)差率，相應(yīng)地提高了電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速（注：電動(dòng)機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)不到額定轉(zhuǎn)速）。

（8）電動(dòng)機(jī)安裝無刷無環(huán)起動(dòng)器后，運(yùn)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(dòng)機(jī)的運(yùn)行溫度降低了5～8℃。

4 設(shè)備安裝

WSQ3無刷無環(huán)起動(dòng)器安裝在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上（原安裝滑環(huán)的位置）與轉(zhuǎn)子同時(shí)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(gè)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(dòng)方案，主要電氣設(shè)備及材料用量如下：

（1）新增頻敏起動(dòng)控制柜（160 kW），2臺(tái)（共有2臺(tái)翻車機(jī)需改造）。

（2）敷設(shè)由電氣室配電柜至現(xiàn)場(chǎng)頻敏起動(dòng)控制柜的電源電纜及由控制柜至電機(jī)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(dòng)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(dòng)器，2臺(tái)。

（2）不需敷設(shè)電纜，只要將電動(dòng)機(jī)出頭線接在起動(dòng)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(dòng)方案的投資約24萬元。

（2）采用無刷無環(huán)起動(dòng)器方案的投資約1.5萬元。

5.4 由以上兩個(gè)起動(dòng)控制方案的投資比較，采用無刷無環(huán)起動(dòng)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(dòng)器安裝示意

6 結(jié)束語

無刷無環(huán)起動(dòng)器克服了傳統(tǒng)的頻敏變阻起動(dòng)器缺點(diǎn)。它不僅使傳統(tǒng)繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)甩掉了龐大復(fù)雜的起動(dòng)系統(tǒng)，而且它還解決了渦流損耗、漏電電抗、起動(dòng)器發(fā)熱等最主要的幾個(gè)問題，它在延長電機(jī)使用壽命的同時(shí)，也保證了起動(dòng)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(jī)安全運(yùn)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(yùn)行良好，本次改造深受用戶好評(píng)。

由此看來，無刷無環(huán)起動(dòng)器必將以優(yōu)良的起動(dòng)性能、低廉的價(jià)格、對(duì)電源和負(fù)載自適應(yīng)的能力、微小的體積、節(jié)能和運(yùn)行維護(hù)方便等特點(diǎn)，獲得更廣泛的應(yīng)用，特別是老廠改造中，設(shè)備安裝場(chǎng)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(dòng)化專業(yè)技術(shù)工作。