無刷變阻啟動器在礦山重載電機中的應(yīng)用分析

王忠明

（大冶有色金屬股份有限公司銅山口銅礦機動能源部，湖北 黃石 435122）

一、無刷無環(huán)啟動器的工作原理

無刷無環(huán)啟動器是利用頻敏變阻器原理研制出來的新型線性變阻啟動器，是由原二次回路系統(tǒng)的多觸點元件組成一個無觸點電磁元件，相當(dāng)于一個等值阻抗串入繞線轉(zhuǎn)子的回路中，作為啟動時可變阻的啟動設(shè)備。它與傳統(tǒng)的頻敏變阻啟動器最大的區(qū)別就是在幫助電動機完成變阻啟動任務(wù)之后仍參與電動機拖動全過程。無刷無環(huán)啟動器可以解決金屬電阻及電抗器啟動特性差，以及常用頻敏電阻啟動輔助裝置復(fù)雜的問題，即解決了繞線式電動機啟動裝置復(fù)雜的難題。

無刷無環(huán)啟動器采用最佳磁路原理和最新導(dǎo)磁材料，它由線圈繞組、內(nèi)外鐵芯、軸套、軛板、接線柱等組成一個無觸點電磁元件。安裝在原電動機轉(zhuǎn)子上的滑環(huán)位置。其獨特的結(jié)構(gòu)特點使無刷啟動器在啟動開始時具有較大的阻抗值，而在運行狀態(tài)時阻抗值幾乎為零。整個啟動過程阻抗值呈線性變化，曲線平滑，實現(xiàn)了電動機的啟動無級變速，平穩(wěn)可靠，且啟動力矩大，啟動電流小。當(dāng)電動機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，作用到啟動器線圈上就成為一個較大阻抗的負(fù)載帶到轉(zhuǎn)子回路里，因此轉(zhuǎn)子回路電流變小，而對應(yīng)定子回路中的電流值變小。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，轉(zhuǎn)子回路的感應(yīng)頻率接近零值，啟動器的阻抗也接近零值，完成了繞線電動機的啟動，此時，啟動器仍參與電動機的運行。由于此時啟動器的阻抗值接近零值，相當(dāng)于碳刷滑環(huán)的運行狀態(tài)，故無刷無環(huán)啟動器不會影響電動機的正常運行，是一種理想的啟動裝置。同時體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡單、免除維護(hù)、過載穩(wěn)速、運行可靠、經(jīng)濟(jì)節(jié)能耐用、產(chǎn)品性價比高等性能特點。

二、應(yīng)用實例

1.無刷無環(huán)啟動器在鄂式破碎機上的應(yīng)用

2008年6月，對選礦車間鄂式破碎機電機進(jìn)行了改造，沈陽電機廠生產(chǎn)的JR136-8180kW電動機，采用二次回路串頻敏電阻器啟動方式，提刷短路機構(gòu)和交流接觸器配合短接轉(zhuǎn)子回路，操作極為不便。特別是礦石粉塵大，由于粉塵堆積，經(jīng)常燒壞電機滑環(huán)及碳刷，使備件消耗量大，檢修費用高，滿足不了生產(chǎn)要求。改造后，去掉了繞線式電動機的啟動輔助裝置、頻敏變阻器及二次線路，操作簡便，檢修方便，運行兩年多來，未發(fā)生一次故障，改造前后技術(shù)及成本對比見表1。

表1 鄂式破碎機電動機（180kW）改造前后技術(shù)及費用對比（1年）

由表1可看出改造后電動機的啟動電流減小，啟動性能改變，功率因數(shù)提高，節(jié)約了能源，維修保養(yǎng)費用大幅下降，是一種理想的啟動元件。

2.無刷無環(huán)啟動器在球磨機上的應(yīng)用

2010年4～5月，對選礦二車間1#、2#球磨電機、勞動公司選廠1#、2#球磨電機進(jìn)行了改造，配用電機分別是JR117-880kW、JR137-8210kW、JR116-695kW、JR126-6155kW繞線式異步電動機，采用頻敏變阻器啟動。由于球磨機停車時鋼球堆積在磨子底部，且磨子底部殘留許多積料，啟動困難。采用無刷無環(huán)啟動器后，啟動轉(zhuǎn)矩大大提高，啟動電流降低，啟動時間短，完全滿足了電動機的啟動要求，減少了大量的檢修時間。由于球磨機進(jìn)料量的變化及生產(chǎn)工藝條件的改變，電動機會因過載使電流升高而停止運行。由于負(fù)載電流大，電動機的滑環(huán)碳刷發(fā)熱、刺火，甚至燒毀電動機轉(zhuǎn)子線圈。采用無刷無環(huán)啟動器后，當(dāng)電動機由于過載而減速運行時，轉(zhuǎn)子回路的感應(yīng)頻率隨轉(zhuǎn)速下降而升高，啟動器的阻抗值相應(yīng)增大，從而既增大了電動機的拖動力矩，還可使電動機的電流減小，避免了球磨機因過流而跳閘。實際運行中，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時，電動機電流發(fā)生波動后，電動機的轉(zhuǎn)速能迅速恢復(fù)正常，電動機的轉(zhuǎn)速基本保持不變，即無刷無環(huán)啟動器具有穩(wěn)速功能。同時，球磨機給礦均勻時，電動機運行電流比采用頻敏變阻器時下降5%左右，功率因數(shù)由0.8提高到0.87，達(dá)到了顯著的節(jié)能效果。