無刷無環起動器在梅鋼翻車機電機改造中的應用

杜穎

（上海梅山工業民用工程設計研究院有限公司，江蘇南京210039）

無刷無環起動器在梅鋼翻車機電機改造中的應用

杜穎

（上海梅山工業民用工程設計研究院有限公司，江蘇南京210039）

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

繞線電機；無刷無環起動器；電機改造

1 引言

梅鋼原料分廠燒結礦粉原料的運輸是采用火車運輸，卸車采用的是單車翻車機，該翻車機的傳動電機的型號及功率為JR137-10，155 kW，屬強制淘汰的高耗能產品，因此本次改造將電機更換為YZR4000L1，160 kW新型繞線式電機，并采用新型的WSQ3無刷無環起動器。

2 無刷無環起動器的工作原理

（1）無刷無環起動器是安裝在電動機轉子上作同步運行的一種降壓裝置。它采用最佳磁路原理和最佳導磁材料把原二次回路系統的多觸點元件組成的電磁回路，通過工藝革新做成一個無觸點的電磁元件，作為起動時可變阻的起動設備。它利用電動機在起動過程中，轉子電流頻率隨轉子轉速升高而降低的關系，即轉子轉速由0變到額定轉速Ned，轉子電流的頻率則由50 Hz平滑地降到l～2 Hz，起動器阻抗則由最大變到最小，等效于轉子回路外接的電阻由最大變到最小，故能自動地隨轉子頻率的變化作平滑調節。

（2）無刷無環起動器安裝在電動機的轉子軸上，與轉子結合為一體，處于相對靜止狀態，相當于延長轉子，其電動機的運轉性能變得更加穩定。

（3）電動機轉子線在轉子軸上直接與“起動器”相連接，構成回路，既不發熱又沒有額外的線路損耗，因此可使轉子回路始終處于最佳的起動和運行狀態。

（4）無刷無環起動器直接安裝在電動機的轉子軸上，與轉子結合為一體，一同運轉，又相當于一個機械式儲能和放能機構，在所拖動的負荷不穩時，既吸能又放能，提高了電動機的電磁應力。

3 電機起動方案比較

3.1 傳統頻敏變阻器起動特點

繞線電動機的轉軸上裝有滑環、碳刷、短路環等零件，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完整的二次回路系統，作為電動機的起動和運行的短接裝置。電動機的這種工作方式有以下缺點：

（1）碳刷容易磨損，消耗過高，維修量大，且影響正常生產。

（2）碳刷與滑環之間容易產生火花，有些場所不能使用。

（3）碳刷與滑環的磨擦，增大了接觸電阻，電機溫升高。

（4）導電粉末易被吸入電機內部，是燒毀電機的一大隱患。

（5）時間繼電器失控容易燒壞交流接觸器和頻敏變阻器，造成停機停產。

（6）設備占用空間大，且大功率的電機所配的電纜規格也大，相應的控制設備和電纜材料投資也高。

3.2 無刷無環起動器的特點

（1）省去滑環、碳刷及二次回路所有電氣元件，從根本上降低了設備的維護、維修費用，節約了管理費用。

（2）增加電機起動轉矩，減小電機起動電流。

（3）實現無刷變阻，電機起動過程平穩。

（4）無刷變阻起動。

（5）使用無刷無環起動器，使得電動機在起動時，只要給定電源，便自動起動并達到運行狀態，在撤消電源后自動停止并恢復到起動狀態，一切都是自動，無需任何人為操作，使電機起動方便、穩定，安全可靠。

（6）接線簡單，轉子線直接連接在“起動器”上，無任何間接接觸元件，與使用碳刷、滑環的回路相比，徹底消除了因碳刷、滑環、短接環、接觸器等元件磨損或接觸不良而導致的轉子回路缺相燒壞電動機這一嚴重現象，可靠地保護了電動機，延長了使用壽命（注：據統計，繞線轉子電動機因轉子回路缺相損壞的電動機占損壞的電動機總數80%以上，并且這一故障現象極不易被工作人員發覺）。

（7）降低了電動機的定子電流，同時減少了鐵損、銅損及其他雜散損耗，在電動機運行中，不僅較以前提高了功率因數和運轉效率（5%～8%），更減小了轉差率，相應地提高了電動機的運行轉速（注：電動機所標的額定轉速，在使用上碳刷、滑環等組合元件后，運轉時實際轉速達不到額定轉速）。

（8）電動機安裝無刷無環起動器后，運行中比以前減少了電磁消耗，又因去掉了碳刷、滑環等發熱元件，所產生的效果就是電動機的運行溫度降低了5～8℃。

4 設備安裝

WSQ3無刷無環起動器安裝在電動機轉軸上（原安裝滑環的位置）與轉子同時旋轉、結構比較緊湊。它由軛板、線圈繞組、接線柱、內外鐵芯、軸套等零件組成一個整體，見圖1。

5 工程投資比較

5.1 工程如采用頻敏變阻器起動方案，主要電氣設備及材料用量如下：

（1）新增頻敏起動控制柜（160 kW），2臺（共有2臺翻車機需改造）。

（2）敷設由電氣室配電柜至現場頻敏起動控制柜的電源電纜及由控制柜至電機的定子和轉子的電纜，電纜規格為YJV-0.6/1kV-1（3×150+1×70），電纜總長約500 m。

5.2 工程采用無刷無環起動器方案，主要電氣設備及材料用量如下：

（1）新增WSQ3無刷無環起動器，2臺。

（2）不需敷設電纜，只要將電動機出頭線接在起動器接線柱即可。

5.3 工程投資比較（估算）

（1）采用頻敏變阻器起動方案的投資約24萬元。

（2）采用無刷無環起動器方案的投資約1.5萬元。

5.4 由以上兩個起動控制方案的投資比較，采用無刷無環起動器方案可節約22.5萬元，節省了可觀的資金。

圖1 無刷無環起動器安裝示意

6 結束語

無刷無環起動器克服了傳統的頻敏變阻起動器缺點。它不僅使傳統繞線轉子電動機甩掉了龐大復雜的起動系統，而且它還解決了渦流損耗、漏電電抗、起動器發熱等最主要的幾個問題，它在延長電機使用壽命的同時，也保證了起動器自身的使用壽命。節省了控制設備及連接電纜，大大減少了工程的投資，另外不需備件，減少維修量，又能保證電機安全運行，一次安裝、長期受益，根據用戶反饋的使用情況，設備運行良好，本次改造深受用戶好評。

由此看來，無刷無環起動器必將以優良的起動性能、低廉的價格、對電源和負載自適應的能力、微小的體積、節能和運行維護方便等特點，獲得更廣泛的應用，特別是老廠改造中，設備安裝場地有限，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，大專學歷，工程師，現從事電氣自動化專業技術工作。