漫谈磨机电动机和绕线型异步电动机起动设备的选型_湘电集团有限公司_湘潭电机股从限公司

球磨机是水泥厂中功率最大主机,减轻起动电流对电源电压影响,多采用绕线型异步电动机传动。发挥这种电动机起动转矩大、起动电流小优点,应使用单位具体条件和客观可能选配各种纯电阻性变阻器作为它起动器,但从60年代末期以来我国开始普遍采用频敏起动器,它普及并它性能和性价比比其它起动变阻器高出一筹,当时特定社会条件和片面宣传造成。近年来,又出现了一种否定频敏起动器,提倡液体变阻器趋向,大有取代频敏起动器之势。鉴于各种起动器都分别具有不同特点和适用范围,应该各自不同具体条件选用,本文将就此谈谈绕线型异步电动机起动设备选型问题。此外再介绍一些磨机电力传动一般情况和存问题。
1  起动器选用
     现代工业生产中,用最多电动机是鼠笼型异步电动机。它具有简单、可靠、价廉优点;大多数情况下只需外装一个电源开关就能随意开停。采用比它复杂、价昂绕线型异步电动机,是它能选择外接电阻人为设定和改变其起动转矩和电流,能大幅度降低起动电流同时,到使设备加速所需起动转矩。简言之,绕线型电动机比鼠笼型异步电动机起动转矩大、起动电流小。降低起动电流目是减轻大电流冲击对电源电压影响。选择其起动设备时,必须以能更好实现上述目为准绳,按各种起动器特点,具体条件和目选用。
1.1  频敏起动器
     频敏起动器优点是:可使起动过程自动化、没有可动部件、结构相对简单以及制造时对加工条件要求低,可以手工生产,容易普及等。缺点是:它本质上是一个品质因数极低电抗器,有电感成分,起动时功率因数低,采用频敏起动器绕线型异步电动机起动特性介于鼠笼型异步电动机与转子接上纯电阻起动器绕线型异步电动机之间;起动电流较大、起动转矩较小。且因它结构是把绝缘层容许温度有限绕组套故意使涡流损失特大以致温升较高铁心上,不容许短时间内多次起动。电源容量较大大、中型水泥厂磨机绕线型异步电动机采用频敏起动器起动是比较合适。例如:较早采用频敏起动器起动1000kW磨机电动机耀县水泥厂,该厂系由靠近厂区进线电压为110kV,单台变压器容量为10000kVA区域变电站以6 kV直接供电,可以用频敏起动器,直接起动1000kW鼠笼型异步电动机也毫无问题。70年代,天津市一个生产频敏起动器厂曾对用频敏起动器起动磨机电动机作过试验,发现要使起动转矩等于额定转矩1.2倍,起动电流不大于额定电流2.5倍而又只用一级时,最后能够达到转速偏低,负载越重,转速越是低多,短接时定子电流高达额定电流4倍,往往导致电动机电源断路器跳闸,造成起动失败。,起动级数不宜少于两级。由此可知,供电条件较好、较大起动电流会使母线电压下降超过15%厂,采用合理组配频敏起动器可以发挥其操作及维修简易优点。具体供电条件如何都选用频敏起动器,且无第二级,当然就难免“经常发生起动不成功现象”。“起动不成功现象”是起动过程中开关跳闸造成,还应该检查一下是否是最后短接时冲击电流太大是否是电动机和配电站继电保护装置按既能满足系统短路保护要求、又能保证不会电动机正常起动电流而动作原则整定,不能笼统都归疚于频敏起动器。
1.2  油浸起动变阻器
     油浸起动变阻器优点是起动时功率因数高,起动转矩相同时,起动电流比频敏起动器小多。油浸起动变阻器把转换器与电阻器集中装一个油箱里,级数多,切换时电流冲击小;机构紧凑,外形比风冷式起动变阻器小。缺点是现有产品皆为手动操作;检查和维修时必须借助滑轮等设备把内芯从油箱中抽出来。当电动机功率500kW以下不需要自动操作,着眼于简单可靠,并希望起动电流小小型水泥厂,采用油浸起动变阻器,并按起动电流为额定电流1～1.2倍选配电阻值,则是较佳方案之一。我国仿苏产品只能用于500kW以下电动机,可能和前苏联提倡采用同步电动机,380kW以上磨机一律采用磨机专用高起动转矩低速同步电动机有关。油浸起动变阻器是欧洲传统产品,例如峨嵋水泥厂设备是由丹麦成套供应,该厂绕线型异步电动机一律采用油浸起动变阻器起动,其中最大用于功率为两千多千瓦同步异步电动机。这样一个大型水泥厂,把一些本来应该选用鼠笼型异步电动机设备改用绕线型异步电动机,又是手动操作油浸起动变阻器,降低了操作自动化水平,可见这种设计是明显不合理。此外,配套供应电动机中,滑动轴承采用比例比当时国产电动机高,大部分电动机铭牌都被换成没有电机厂名称和出厂日期、配套公司名称铭牌。这就不能不令人怀疑是否把三、四十年代积压物资都清给了我们?
　1.3  接触器屏式起动器
     用铸铁电阻栅和接触器组成起动器外形较大、电路比较复杂,可以满足各种自动化要求。500kW以上电动机,没有其他适用起动设备可选时,采用这种起动器是能够发挥大型绕线型电动机特长唯一方案。它优点是可以用产量最大通用接触器需要设计组装,控制电器品种比较少条件下也能满足不同企业各种要求。现代国产接触器外形比老产品已经缩小很多,有接触器还可附加机械锁定机构;硅整流器发展使采用直流控制电源消除交流接触器振动噪声和节电成为轻而易举措施;可以挪用油浸起动变阻器特点,采用外形更小单极直流接触器,每次只短接一相用相同空间增加起动级数,组配出性价比较高绕线型异步电动机起动器。
1.4  电动凸轮控制器式起动器
     国外用于大型绕线型电动机起动设备常采用带大电流触头电动凸轮控制器,级数可达十多级、每级只轮流短接一相,带有只能全部触头都开路条件下才能接通定子电源联锁触点;机构紧凑、外形小;既无接触器电磁铁噪音、起动后耗电;不必另配短接用交流接触器;控制电路也比接触器屏简单多。也有大电流触头,但因它和电阻并联,几乎没有烧蚀现象,可以随时打开外盖检查,维修比较方便,虽有因切换产生电流起伏,日常维护工作量较小。须要外配电阻栅,占面积稍大。多占几平方米方对一个装有几台磨机厂房有多大影响呢?目前国内尚无这种产品。当采用进口设备时,这也是可供选择方案之一。有人介绍液体起动变阻器优点之一是起动平滑,没有机械和电冲击时,过分强调了其它型式起动器有级起动对被传动设备损伤作用。其过分之处:磨机停机时反复摆动,并经减速机构增速后造成碰撞,对传动系统损伤作用远大于起动冲击影响,与此相比,有级起动产生冲击对设备寿命影响甚微。
1.5  液体起动变阻器
     液体起动变阻器新技术,但我国却是新产品。日本于40年代初我国东北建设水泥厂中已经普遍采用,习惯上称为“水电阻”。一般是充满液体圆桶形容器内有三组可以改变距离动、静电极,用小形伺服电动机传动机构改变动、静电极间距离,使电阻值从大到小变化。作为大型绕线型异步电动机起动器,电阻变化是无级,起动平滑;最后用接触器短接,使电动机进入运行状态。短接时有一次不大电流冲击。整个起动过程都可合上电动机电源开关后自动完成。伺服电动机出故障时,也可手动操作。它优点是电阻值是无级变化，没有切换时电流冲击;简单易制，消耗金属材料少；改变电阻液浓度就能很方便改换电阻值。这项优点恰好也是它缺点,须要经常注意检查电阻液蒸发、结冰、沉淀、浓度变化造成电阻值变化以及经年累月电极腐蚀等问题。
     起动用水电阻之外,还有用于调速水电阻。它利用水电阻电阻值可以无级变化特点,配以被控电动机转速反馈信号、按给定转速运行自动稳速环节,克服了绕线型电动机用转子电阻调速时转速随负载轻重变化较大缺点,既可调速又具备较硬机械特性。传动回转窑和大功率窑尾排风机,具有简单可靠、投资少、易维修特点。它效率与转速成正比,是个缺点,但生产正常时,回转窑长期较高转速运行,且其实需功率多磨机1/10以下,这个缺点不突出。排风机实需功率与转速三次方成比例,用此法调速和调阀门相比,节能效果比较明显,具有稳定风量稳定窑内热工制度作用。运行效率方面某些电子式调速系统,但因熟料烧成系统最怕突然性被迫停窑;主要矛盾是可靠性而效率。维持烧成系统长期稳定运行是取高效益基本条件,注重局部设备可靠性,正是满足这个基本条件。从70年代日本水泥协会刊物上看到,具有先进电子技术日本某些水泥厂仍使用此种调速设备。我国以前无此类产品原因主建国后强调仿苏,而前苏联工业产品基本是欧洲型。70年代,上海电机厂为给本厂生产球磨机用800kW同步异步电动机配套(亦称感应同步电动机,这种电动机转子电压较高),各电器厂都不愿供应情况下,曾参考日本产品试制了起动用水电阻。80年代从日本成套引进水泥厂电器设备中也有水电阻,被不了解情况人视为新事物。它结构简单,容易自制,有水泥厂自制自用之外,还对外出售。
2   绕线型异步电动机起动器电阻值正确选择前提是要掌握磨机加速过程阻转矩特性
     为绕线型电动机选择起动器时首先必须处理好两个互相矛盾关系:既要尽量减小起动电流,又要使起动转矩满足磨机顺利起动要求;矛盾主要方面是要掌握磨机转速从零加速到运行转速时阻转矩变化规律和数据。笔者曾起动过用各种起动方法起动异步和同步电动机传动磨机近千次,收获有两点,其一是:看准断电瞬间磨筒体上人孔盖位置与筒体摆动停止后人孔盖位置角度关系明确拉闸断电提前量,操作熟练后可以做到只起动一次、就能使人孔停留所要求位置。没有辅助传动装置(也称“慢传动装置”)磨机,这是避免使人孔停留指定位置而不不多次起动导致起动器过热窍门。其二是:用特制、电阻值可调范围大且容许长时间大电流水电阻起动磨机时,其起动电流等于或稍小于额定电流,起伏很小现象;又从加速过程、筒体加速度变化中感觉到磨机起动初期阻转矩不大。人为加大起动电阻值,使起动电流降低到实际运行电流0.8,电动机也能顺利开始转动。但伴随筒体旋转角度增大,加速度有所下降,转矩不够,就会中途停滞,进入堵转状态。这是阻转矩磨内研磨体提升高度增加而增大。超过某个角度之后,筒体加速度又突然增大,磨机迅速进入运行转速。这是研磨体开始抛落,使阻转矩突然下降造成。由此可以定性认识到:过去冶金部和一机部协商制定:“磨机属于重载起动设备,磨机专用同步电动机起动转矩不小于额定转矩1.7倍”提法只能认为是针对冶金矿山棒磨机,不一定符合水泥厂球磨机实际情况。后来又用特制仪器测出了“磨机加速过程中阻转矩变化曲线”取了定量数据(参见本刊1990年6期17页《也谈磨机慢传动装置用途》)。由此到一个重要经验是:了解生产系统时,不要把自己局限所从事专业范围内。各种专业互相渗透气氛中,才能到更符合实际认识。
3  磨机电动机选型方面存问题
     工业企业中,选择电动机原则是:需要变速等特殊要求电动机以外,电源容量容许前提下,应该力争采用鼠笼型异步电动机;对磨机等用大型电动机,应该尽可能选用同步电动机。我国40年代及以前建设水泥厂磨机采用低速同步电动机传动比较多。当时电网容量比较小,这些同步电动机都是采用空载降压起动,待牵入同步运行状态之后再电磁离合器或空气离合器起动磨机。还有一种“超同步电动机”,它定子也能旋转。起动时先使定子同步旋转,然后用刹车慢慢把定子刹停,定、转子之间保持同步转速状态下,转子带动磨机加速到正常运行状态。凡是参与过这类电动机维护工作人,都对这种电动机故障率之低,印象深刻。其故障都出减压起动设备和电磁离合器方面。建国后新建水泥厂磨机则较多采用了绕线型异步电动机,这是当时国产电机和电器设备供应紧张,国内还没有生产成套水泥设备能力,水泥厂建设包括前苏联援建范围之内,只好从前东德等东欧国家进口。当时报价,进口一台带电磁离合器低速同步电动机比绕线型异步电动机加上减速机还贵多,国内电机厂都不肯接受大型电磁离合器订货。前一机部统一制定价格表上,硅钢片用量少、制造省工同步电动机也比同功率、同转速绕线型异步电动机价格高,节省外汇,只好采用绕线型异步电动机加减速机方案。但试生产过程才发现这些进口减速机质量低劣,给有关工厂生产留下了后患。其后从前东德进口磨机有些就改为用低速同步电动机加电磁离合器传动方式。但同一时期由前苏联援建冶金企业磨机则一律用“磨机专用同步电动机”传动,这种电动机不需附加电磁离合器之类附属设备,可以全电压直接起动;运行时功率因数可以达到超前0.9,额定转速多100～167r/min之间,定、转子之间空气隙比异步电动机大多,很少产生“扫膛”故障,配合边缘传动磨机使传动系统非常简单,运行可靠性很高。热电厂球磨机一律用鼠笼型异步电动机传动,电动机和控制设备都很简单,故障很少。这两种电动机起动电流皆为额定电流6.5～7倍,这些企业都具备电源容量大优势,一两千千瓦电动机起动电流冲击对全厂电源电压影响很小。冶金厂磨机同步电动机控制设备中还有当电源电压下降超过10%～15%时自动短时加强励磁电路,目是既能保持同步电动机不会失步,且能借助同步电动机向电源短时反馈电能作用减轻电压下降趋势。也就是使正运行同步电动机短时输出超前无功电流方法减轻其它同步电动机起动时滞后无功电流冲击对电源电压影响。有些大型水泥厂本来也具备这种优势,但因有些磨机设计人员认为:采用进口或引进技术制造大功率、高质量减速机中心传动方案比边缘传动方案效率高、寿命长;边缘传动机构敞露多灰尘环境中,振动大、寿命短;用低速同步电动机边缘传动比有减速机边缘传动减速比大,当需要比现有磨机规格更大磨机时,则其小齿轮和大齿圈设计和制造方面有难点。中心传动磨机上采用高速鼠笼型异步电动机或同步电动机方案,热电厂等企业已是“司空见惯”,但水泥厂煤磨以外却是“史无前例”,想要打破传统习惯势力是很不容易。此外,从设备设计和生产供应角度看,进行一项磨机定型设计和选择配套电动机时,总是要考虑使它具有对环境条件尽可能广泛适应性,丹麦史密斯公司磨机大多配套供应同步异步电动机主要原因就此。这种电动机起动特性与绕线型异步电动机相同,运行特性与同步电动机相同,具有起动电流小和功率因数高双重优点,符合该公司产品须要面向全世界特点。采用数量多了还会电动机生产成本下降而部分抵消价格偏高缺陷。国内也有个别厂采用同步异步电动机。上海和兰州两个电机厂也都生产过这种电动机。但因价格较高,未被普遍采用。考虑到采用这种电动机可以省掉厂区配电站装设改善功率因数电容器柜及其开关控制设备以及建筑物投资等因素,这种方案可取。从工厂电力传动系统设计角度看,则应不同电网容量和供电条件,具体情况具体对待。尽可能采用运行特性好同步电动机。不已时才采用绕线型异步电动机。冶金部门常用磨机专用同步电动机起动电流之高达额定电流7倍,是要求其起动转矩不小于额定转矩1.7倍造成,按电机厂设计人员说法:“水泥厂磨机实际情况,求其起动转矩不小于额定转矩,则把起动电流降到5倍左右是可能”。目前普遍采用,给绕线型异步电动机加装进相机方法已经建成厂作为一项提高功率因数补救措施尚可,但新建大中型厂就不合理了。生产同步电动机原材料成本和加工成本都比绕线型异步电动机低,还要配置可控硅励磁装置,总成本比绕线型异步电动机加上进相机低。同步电动机功率因数可需要调节和运行可靠性高优点却是前者无法比拟。由此可知,从技术经济角度上看,磨机电动机选型一个值继续深入探讨问题。打破行业界限,加强技术交流,将有利于取进一步认识。
4  结束语
     本文目是说明绕线型异步电动机起动设备频敏起动器和油浸起动变阻器之外还应该有其它品种,磨机也只能用绕线型异步电动机传动。磨机电动机和绕线型异步电动机起动设备选型中存着很多矛盾和客观条件制约。充分了解有关机、电设备技术特点,掌握包括价格内供应情况等基础上,客观、实事求是、反复深入比较作出决择,才能少犯和不犯错误。水泥工业电力传动领域中类似问题还有很多,有待有心人去探讨。,家用电器产品琳琅满目今天,绕线型异步电动机起动设备品种却少可怜。当频敏起动器流行时候,油浸起动变阻器名字就《控制电器产品手册》中消失了;看来,液体起动变阻器复兴,将会使频敏起动器位岌岌可危。位最稳固是接触器屏式起动器,它可各种订货要求随时用标准电器组装而不必担心积压,它还比较适用于频繁开停和反向设备,用途比较广泛。产品品种少,选择余就小,这是一种不正常现象。和这种现象有联系是大多数介绍新产品、新技术文章都是只谈优点,不谈或很少谈及缺点。这些文章都是来自设备制造厂家,好象还情有可原,不少这类文章却出自用户,这就令人感到不可思议了。最后,欢迎具有不同意见文章使本文中缺陷和错误到充实和修正。

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