高 燕，劉 睿

(中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶 401122)

某鋼廠棒材生產(chǎn)線熱剪為離合式曲柄剪，由飛輪、氣缸驅(qū)動的離合器，剪刃主軸編碼器，曲柄連桿升降的上剪刀滑座組成。上剪刀升降，下剪刀固定，用于切頭及對部分規(guī)格軋件的分段［1］。

熱剪由交流電動機驅(qū)動，啟動時三相頻敏變阻器星形連接，啟動完畢后三相頻敏變阻器改為三角形連接，作為轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)器使用，從而達到啟動用頻敏變阻器兼作轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)器使用的目的［2－8］。

1 帶短路線圈的頻敏電阻器用于電動機重載啟動

頻敏變阻器實質(zhì)上是一個鐵芯損耗非常大的的三相電抗器，一般制成開啟式［9－10］。在電動機啟動時，三相頻敏變阻器采用星形連接，串接在電動機轉(zhuǎn)子回路中，其每相阻抗可以表示為Zm=Rm+jXm。其中:Xm代表頻敏變阻器繞組的勵磁電抗;Rm代表頻敏變阻器鐵損耗的等效電阻。異步電動機在啟動過程中，轉(zhuǎn)子電流頻率f2與電源頻率f1的關系為f2=sf1。在啟動開始的瞬間，電動機轉(zhuǎn)速為零，s=1，f2=f1;隨著電動機轉(zhuǎn)速的上升，s減小，f2下降，啟動完畢正常運行時f2下降到僅幾赫茲，而Xm∝f2，Rm與鐵芯磁通密度幅值的平方以及頻率的平方二者之積成正比，因此隨著啟動的進行，Rm及Xm都將變小，也就是說頻敏變阻器的阻抗能夠隨著轉(zhuǎn)子電流頻率的下降而自動減小，相當于逐步切除電阻，電動機平穩(wěn)啟動。

頻敏變阻器帶短路線圈，能有效提高功率因數(shù)，增大啟動力矩，符合熱剪電動機重載啟動的要求。轉(zhuǎn)子串帶短路線圈的頻敏變阻器的啟動方式具有結構簡單、運行可靠、維護方便，在整個啟動過程中都能始終保持較大的啟動轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)電動機的平滑無極近恒轉(zhuǎn)矩啟動的特點。

2 帶短路線圈的頻敏電阻器用于電動機轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)

熱剪在運轉(zhuǎn)過程中會出現(xiàn)高達電動機額定轉(zhuǎn)矩2.5倍以上的尖峰負荷，且尖峰負荷持續(xù)時間較短。為了減小電動機容量以及削平尖峰負荷，可采用帶飛輪傳動裝置的電動機，并設有帶短路線圈的頻敏變阻器用作轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)器，使電動機的轉(zhuǎn)速能隨著尖峰負荷的有無而自動升降，利用飛輪儲能來克服尖峰負荷。

頻敏變阻器的阻抗能夠隨著電動機轉(zhuǎn)子頻率的變化而自動變化。這種頻敏特性使得它能根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩的增加而自動調(diào)節(jié)，充分釋放飛輪儲能，但其功率因數(shù)較低。為了提高功率因數(shù)，改善電動機特性，在普通頻敏變阻器的主磁路上裝設適當匝數(shù)的“短路圈”以增加有功功率成分，降低無功損耗，從而獲得較高的功率因數(shù)和轉(zhuǎn)矩，改善轉(zhuǎn)差率特性。增加短路線圈后，電動機機械特性曲線上部趨近于“挖土機”特性，飛輪和主電機的能力均得以充分利用，極大地提高了電動機的平均轉(zhuǎn)矩，并縮短了回升時間。

3 帶短路線圈的頻敏變阻器在電動機啟動和轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)方面的綜合應用

在電動機啟動時，帶短路線圈的三相頻敏變阻器星形連接，串入轉(zhuǎn)子繞組，做啟動用變阻器，實現(xiàn)電動機的平滑、無極、自動啟動。這種啟動方式與轉(zhuǎn)子串電阻分級啟動相比，因無需逐級切除啟動電阻，避免了因切除啟動電阻時產(chǎn)生較大電流和轉(zhuǎn)矩沖擊，啟動較為平穩(wěn)、安全。

啟動完成后，通過接觸器開閉改變主回路接線，將帶短路線圈的三相頻敏變阻器改為三角形連接，串入轉(zhuǎn)子繞組，頻敏變阻器進入轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)工作狀態(tài)。與接觸器電阻式轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)器相比，主電機平均轉(zhuǎn)矩增大，回升時間縮短，調(diào)節(jié)裝置穩(wěn)定性和可靠性均有所提高。

4 實際應用效果分析

以某鋼廠棒材生產(chǎn)線熱剪電動機為例，介紹帶短路線圈的頻敏變阻器在熱剪電動機啟動和轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)方面綜合應用的工作原理及實際運行效果。

4.1 設備資料

1)主電機

電機型號為YR355M4－8;額定功率 Pe=200 kW;額定轉(zhuǎn)速nN=730 r/min;過載能力λ=1.8 r/min;定子額定電壓UN=380 V;定子額定電流IN=402 A;轉(zhuǎn)子額定電壓Uze=383 V;轉(zhuǎn)子額定電流Ize=317 A。

2)頻敏變阻器

對于頻敏變阻器的選擇，要求考慮負載類型和電動機功率2個方面，故選擇適用于重載啟動和斷續(xù)周期工作制用頻敏變阻器類型即可。本研究選擇BP4G系列的頻敏變阻器，其鐵芯柱采用厚壁鋼管，軛鐵采用厚鋼板共同組成骨架，作為導磁及感應產(chǎn)生渦流的機構，鋼管外裝有線圈，線圈外加裝鋁管作為二次短路線圈以提高功率因數(shù)和增大啟動轉(zhuǎn)矩。

4.2 工作原理

熱剪電動機轉(zhuǎn)子接線圖如圖1所示。

圖1 熱剪電動機轉(zhuǎn)子接線圖

圖1中:QA為斷路器;KM、KY、KD均為接觸器;KR為熱繼電器;1TA、2TA均為電流互感器;A表示電流表;BP為帶短路線圈的頻敏變阻器(BP4G系列)?？刂苹芈啡鐖D2所示。

圖2 熱剪電動機控制回路原理圖

圖2中:QA、QL均表示斷路器;KM、KY、KD均為接觸器;KR為熱繼電器;K1、K2均表示中間繼電器;KT為時間繼電器;W1、R2、C3為指示燈;X1為端子排。

合上斷路器QA后，中間繼電器K1瞬時吸合，合閘指示燈W1亮。PLC運行指令到達后，接觸器KM線圈得電，觸點吸合，運行指示燈C3亮，接觸器KY和時間繼電器KT線圈得電，KY觸點瞬時吸合，頻敏變阻器星形連接，串入電動機轉(zhuǎn)子繞組，熱剪電動機開始啟動。隨著電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速平穩(wěn)上升，三相星形連接的頻敏變阻器阻抗自動下降，當轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速后，時間繼電器KT觸點吸合，接觸器KD線圈得電，其常閉觸點斷開，接觸器KY線圈失電，觸點斷開，同時KD常開觸點閉合，三相頻敏變阻器改為三角形連接，電動機啟動過程結束，進入轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)運行階段。當啟動和運行過程中發(fā)生故障時，故障指示燈R2亮。

如上所述，只需通過接觸器的開閉來改變電動機主回路的接線，啟動用頻敏變阻器就能兼作轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)變阻器使用，獲得無接點的轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)用頻敏變阻器，使啟動和調(diào)節(jié)系統(tǒng)大為簡化，維護和檢修工作量減少。

4.3 實際運行情況分析

長期生產(chǎn)實踐表明:該鋼廠棒材生產(chǎn)線自投入運行以來，熱剪電動機的啟動和運行情況均良好?，F(xiàn)場監(jiān)控儀表的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)表明:帶短路線圈的頻敏變阻器在熱剪電動機啟動和運行過程中作用顯著，電動機啟動電流較小，啟動時間較短，啟動聲音正常，啟動平穩(wěn);轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)運行時，熱剪電動機工作正常，功率因數(shù)較高，滿足電網(wǎng)的要求，對生產(chǎn)和降低電耗都起到了一定的作用，適用于目前的生產(chǎn)狀況。

5 結束語

轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器是繞線式異步電動機常用的啟動器件，帶短路線圈的頻敏變阻器作為轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)器又具有無可比擬的優(yōu)點。通過電動機主接線的簡單變化實現(xiàn)啟動用頻敏變阻器兼做轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)器使用，節(jié)省了投資、簡化了線路、運行安全可靠，滿足了實際生產(chǎn)要求。

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