1、概述
三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)是氧化鋁廠主要的拖動(dòng)設(shè)備之一，由于它的轉(zhuǎn)子上可以外接電阻或電抗，在啟動(dòng)時(shí)具有較高的功率因數(shù)和較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩以及能改變運(yùn)行速度等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于球磨機(jī)、熟料窯、鼓風(fēng)機(jī)、真空泵等設(shè)備上作為拖動(dòng)設(shè)備。但是，繞線式異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)必須在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串接電阻或電抗器以增加電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)力矩，降低啟動(dòng)電流。在啟動(dòng)過程中，這個(gè)電阻或電抗的數(shù)值還要從大到小逐級(jí)變化，直到***后為零時(shí)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程才結(jié)束，進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，要借助一個(gè)復(fù)雜的輔助啟動(dòng)裝置才能完成電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過程。它的啟動(dòng)輔助設(shè)備較為復(fù)雜，主要有接入電阻用的滑環(huán)、電刷、分段切除的金屬電阻（或者特性曲線較為平滑的頻敏電阻），短接轉(zhuǎn)子回路的提刷短路裝置和交流接觸器。這套裝置安裝、調(diào)試復(fù)雜、操作麻煩，事故率多、維修困難、備件消耗量大、檢修費(fèi)用高。且由于分段切除電阻，使電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性曲線成階梯狀，不能平滑啟動(dòng)和實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，特性較差，能耗大。需  有孚。光亨 貞吉  利涉大川
現(xiàn)在常用的頻敏變阻器，克服了分段切除電阻產(chǎn)生的階梯狀特性曲線的特點(diǎn)，在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)了電阻線性變化，無級(jí)變速，特性曲線平滑可靠。但它只解決了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性問題，沒有解決電動(dòng)機(jī)復(fù)雜的啟動(dòng)輔助裝置。
無刷變阻起動(dòng)器既解決了金屬電阻及電抗器啟動(dòng)特性差的特點(diǎn)，又解決了常用頻敏電阻啟動(dòng)輔助裝置復(fù)雜的問題，把繞線式電動(dòng)機(jī)原二次回路系統(tǒng)復(fù)雜的啟動(dòng)輔助裝置組成一個(gè)無觸點(diǎn)電磁元件，直接安裝到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸上，解決了繞線式電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)裝置的一大難題，顯示了強(qiáng)大生命力。
2、工作原理
無刷變阻起動(dòng)器是利用頻敏變阻器原理研制出來的新型線性變阻啟動(dòng)器，它是原二次回路系統(tǒng)的多觸點(diǎn)元件組成一個(gè)無觸點(diǎn)電磁元件，相當(dāng)于一個(gè)等值阻抗串入繞線轉(zhuǎn)子的回路中，作為啟動(dòng)時(shí)可變阻的啟動(dòng)設(shè)備，它與傳統(tǒng)的頻敏變阻起動(dòng)器***大的區(qū)別就是：在幫助電動(dòng)機(jī)完成變阻啟動(dòng)任務(wù)之后仍參與電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)全過程，而傳統(tǒng)的頻敏變阻器是不能參與電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)運(yùn)行的，如果不及時(shí)切除頻敏變阻起動(dòng)器，會(huì)造成變阻器過熱，甚至燒毀，異步電動(dòng)機(jī)不能在正常轉(zhuǎn)速下進(jìn)行，電流升高，甚至?xí)龤?/span>電機(jī)。
無刷變阻起動(dòng)器采用***佳磁路原理，它由線圈繞組、內(nèi)外鐵芯、軸套、軛板、接線柱等零件組成一個(gè)無觸點(diǎn)電磁元件。它安裝在原電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的滑環(huán)位置。它的獨(dú)特結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使無刷起動(dòng)器在啟動(dòng)開始時(shí)具有較大的阻抗值，而在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)阻抗值幾乎為零。整個(gè)啟動(dòng)過程阻抗值線性變化，曲線平滑，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)無級(jí)變速，平穩(wěn)可靠，且啟動(dòng)力矩大，啟動(dòng)電流小。當(dāng)電動(dòng)機(jī)定子回路剛接通電源的瞬間，感應(yīng)到轉(zhuǎn)子繞組回路的電壓頻率為50Hz，作用到啟動(dòng)器線圈上就成為一個(gè)較大阻抗的負(fù)載帶到轉(zhuǎn)子回路里，因此轉(zhuǎn)子回路電流變小，而對(duì)應(yīng)定子回路中電流值也變小了，隨著轉(zhuǎn)速由慢到快變化，轉(zhuǎn)子回路感應(yīng)電壓的頻率也由高到低變化，當(dāng)轉(zhuǎn)子達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子回路的感應(yīng)頻率也接近零值，啟動(dòng)器的阻抗也接近零值，完成了繞線電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)任務(wù)，此時(shí)，啟動(dòng)器仍參與電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。由于此時(shí)啟動(dòng)器的阻抗值接近零值，相當(dāng)于碳刷滑環(huán)的運(yùn)行狀態(tài)。故無刷變阻動(dòng)器不會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行，是一種理想的啟動(dòng)裝置。
3、應(yīng)用實(shí)例
3.1 無刷變阻起動(dòng)器在真空泵上的應(yīng)用
1999年4月份，首先對(duì)四車間3#真空泵電機(jī)進(jìn)行了改造，真空泵電機(jī)是廣州電機(jī)廠生產(chǎn)的JR127-6 185kW電動(dòng)機(jī)，它采用二次回路串頻敏電阻器啟動(dòng)方式，采用提刷短路機(jī)構(gòu)和交流接觸器配合短接轉(zhuǎn)子回路。操作極為不便，常因短路啟動(dòng)燒壞短路接點(diǎn)和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子線圈，有時(shí)因短路機(jī)構(gòu)不靈活燒壞短路接點(diǎn)，電機(jī)滑環(huán)及碳刷經(jīng)常發(fā)生故障。備件消耗量大，檢修費(fèi)用高，滿足不了生產(chǎn)要求。改造后，去掉了繞線式電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)輔助裝置、頻敏變阻器及二次線路，操作簡便，操作工再也不用為短路啟動(dòng)犯愁了，且檢修十分方便，運(yùn)行六個(gè)多月來，未發(fā)生一次故障，且操作簡單，運(yùn)行平穩(wěn)，深受操作工人喜愛，改造前后見表1所示。
表1 真空泵電動(dòng)機(jī)改造前后技術(shù)數(shù)據(jù)對(duì)比
啟動(dòng)電 啟動(dòng)時(shí) 功率 運(yùn)行電 工作溫 年節(jié)電
流(A) 間(S) 因數(shù) 流(A) 度(℃) 效果(元)
改造前 560 12 0.86 220 55
改造后 540 8 0.87 210 40 20148
注：電價(jià)0.46元/kWh
從改造前后技術(shù)數(shù)據(jù)對(duì)照表可看出：改造后電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流減小了，啟動(dòng)性能改變了，且運(yùn)行電流下降，功率因數(shù)提高了。在環(huán)境溫度為30℃的情況下，啟動(dòng)器的運(yùn)行溫度小于40℃，啟動(dòng)性能良好，是一種理想的啟動(dòng)元件。
3.2無刷變阻起動(dòng)器在球磨機(jī)上的應(yīng)用
在對(duì)全廠十幾臺(tái)真空泵成功改造的基礎(chǔ)上，我們對(duì)四車間2#濕磨進(jìn)行了改造。2#濕磨是一臺(tái)球磨機(jī)，配用電機(jī)JR128-8 155kW繞線式異步電動(dòng)機(jī)，采用頻敏變阻器啟動(dòng)。由于球磨機(jī)停車時(shí)，鋼球堆積在磨子底部，且磨子底部殘留許多積料，啟動(dòng)相當(dāng)困難，有時(shí)不得不在原頻敏電阻的基礎(chǔ)上串聯(lián)一段金屬電阻來改變電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性。采用無刷變阻起動(dòng)器后，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能大大改善，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大大提高，啟動(dòng)電流降低，啟動(dòng)時(shí)間短，完全滿足了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)要求，解決了長期困擾我們的難題，減少了大量的檢修時(shí)間，為其它球磨機(jī)的改造奠定了基礎(chǔ)。由于球磨機(jī)進(jìn)料量的變化及生產(chǎn)工藝條件的改變，電動(dòng)機(jī)會(huì)過載使電流升高，以至過流動(dòng)作使電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。由于負(fù)載電流大，電動(dòng)機(jī)的滑環(huán)碳刷就會(huì)發(fā)熱，刺火，甚至燒紅碳刷，灼傷滑環(huán)，以至燒毀電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子線圈。采用無刷變阻起動(dòng)器后，當(dāng)電動(dòng)機(jī)由于過載而減速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子回路的感應(yīng)頻率隨轉(zhuǎn)速下降而升高，啟動(dòng)器的阻抗值相應(yīng)增大，從而既增大了電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)力矩，還可使電動(dòng)機(jī)的電流減小，避免了球磨機(jī)因過流而跳閘。實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流發(fā)生波動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能迅速恢復(fù)正常，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速基本保持不變，所以說無刷變阻起動(dòng)器具有穩(wěn)速功能。
3.3無刷變阻起器在高壓電機(jī)上的應(yīng)用
煤粉磨電機(jī)是磨制煤粉的高壓電機(jī)，電機(jī)為JR157-8 320kW繞線式異步電動(dòng)機(jī)，額定電壓為6KV，轉(zhuǎn)子電壓為501V，轉(zhuǎn)子電流為391A，采用頻敏變阻器啟動(dòng)。煤粉車間防火等級(jí)要求較高，繞線式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)裝置較為復(fù)雜，且存在安全隱患。煤粉磨屬于球磨機(jī)，具有球磨機(jī)的所有特性，由于磨制干煤粉，負(fù)荷相對(duì)濕磨較低，因此我們?cè)趯?duì)濕磨電機(jī)成功改造經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)煤粉磨電機(jī)進(jìn)行了無刷無環(huán)改造，改造后非常成功，效果明顯，改造前后對(duì)比見表2所示。
表2 高壓電動(dòng)機(jī)改造前后技術(shù)數(shù)據(jù)對(duì)比
啟動(dòng)電 啟動(dòng)時(shí) 功率 運(yùn)行電 工作溫 年節(jié)電
流(A) 間(S) 因數(shù) 流(A) 度(℃) 效果(元)
改造前 82 15 0.85 36 43
改造后 80 13 0.86 35.2 38 44326
注：電價(jià)0.46元/kWh

4、應(yīng)用過程中注意的幾個(gè)問題
（1） 無刷變阻起動(dòng)器應(yīng)選用專業(yè)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，否則會(huì)造成啟動(dòng)困難。
（2） 應(yīng)用于球磨機(jī)上應(yīng)充分考慮負(fù)荷情況，合理選定過負(fù)荷系數(shù)。
（3） 系統(tǒng)電壓低是無刷無環(huán)啟動(dòng)器啟動(dòng)困難的主要原因之一。
（4） 無刷變阻起動(dòng)器不能參與調(diào)速，不能應(yīng)用于調(diào)速設(shè)備上。
5、結(jié)束語
無刷變阻起動(dòng)器的應(yīng)用去掉了滑環(huán)、碳刷、刷盒、短路環(huán)二次回路等復(fù)雜的啟動(dòng)系統(tǒng)，不但可以直接啟動(dòng)，而且還保持了繞線電動(dòng)機(jī)的優(yōu)良性能，同時(shí)在負(fù)載過載時(shí)具有穩(wěn)速功能。是操作簡便，免維修，運(yùn)行無事故，節(jié)能高效的繞線電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)設(shè)備。無刷變阻起動(dòng)器的應(yīng)用，大大簡化了操作工人的操作程序，每年可節(jié)約大量的檢修費(fèi)用，每臺(tái)無刷變阻起動(dòng)器每年節(jié)約備件費(fèi)（滑環(huán)、碳刷、刷盒和短路環(huán)、交流接觸器、繼電器）價(jià)值約8000元左右，節(jié)電20000-50000元左右，值得在全廠范圍推廣。無刷啟動(dòng)器參與電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，運(yùn)行的全過程，不參與電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，不適用于需要調(diào)速的設(shè)備上，但它在氧化鋁生產(chǎn)中仍有著廣闊的發(fā)展前景。目前，氧化鋁廠全部的真空泵電機(jī)、四車間球磨機(jī)電機(jī)、煤粉磨電機(jī)（高壓）、煤粉橋吊卷揚(yáng)電機(jī)、大車電機(jī)、8#回轉(zhuǎn)窯排風(fēng)機(jī)電機(jī)（高壓）已全部應(yīng)用無刷起動(dòng)器，節(jié)能效果較為明顯。
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