球磨機是水泥廠中功率最大主機,減輕起動電流對電源電壓影響,多采用繞線型異步電動機傳動。發揮這種電動機起動轉矩大、起動電流小優點,應使用單位具體條件和客觀可能選配各種純電阻性變阻器作為它起動器,但從60年代末期以來我國開始普遍采用頻敏起動器,它普及并它性能和性價比比其它起動變阻器高出一籌,當時特定社會條件和片面宣傳造成。近年來,又出現了一種否定頻敏起動器,提倡液體變阻器趨向,大有取代頻敏起動器之勢。鑒于各種起動器都分別具有不同特點和適用范圍,應該各自不同具體條件選用,本文將就此談談繞線型異步電動機起動設備選型問題。此外再介紹一些磨機電力傳動一般情況和存問題。
1 起動器選用
現代工業生產中,用最多電動機是鼠籠型異步電動機。它具有簡單、可靠、價廉優點;大多數情況下只需外裝一個電源開關就能隨意開停。采用比它復雜、價昂繞線型異步電動機,是它能選擇外接電阻人為設定和改變其起動轉矩和電流,能大幅度降低起動電流同時,到使設備加速所需起動轉矩。簡言之,繞線型電動機比鼠籠型異步電動機起動轉矩大、起動電流小。降低起動電流目是減輕大電流沖擊對電源電壓影響。選擇其起動設備時,必須以能更好實現上述目為準繩,按各種起動器特點,具體條件和目選用。
1.1 頻敏起動器
頻敏起動器優點是:可使起動過程自動化、沒有可動部件、結構相對簡單以及制造時對加工條件要求低,可以手工生產,容易普及等。缺點是:它本質上是一個品質因數極低電抗器,有電感成分,起動時功率因數低,采用頻敏起動器繞線型異步電動機起動特性介于鼠籠型異步電動機與轉子接上純電阻起動器繞線型異步電動機之間;起動電流較大、起動轉矩較小。且因它結構是把絕緣層容許溫度有限繞組套故意使渦流損失特大以致溫升較高鐵心上,不容許短時間內多次起動。電源容量較大大、中型水泥廠磨機繞線型異步電動機采用頻敏起動器起動是比較合適。例如:較早采用頻敏起動器起動1000kW磨機電動機耀縣水泥廠,該廠系由靠近廠區進線電壓為110kV,單臺變壓器容量為10000kVA區域變電站以6 kV直接供電,可以用頻敏起動器,直接起動1000kW鼠籠型異步電動機也毫無問題。70年代,天津市一個生產頻敏起動器廠曾對用頻敏起動器起動磨機電動機作過試驗,發現要使起動轉矩等于額定轉矩1.2倍,起動電流不大于額定電流2.5倍而又只用一級時,最后能夠達到轉速偏低,負載越重,轉速越是低多,短接時定子電流高達額定電流4倍,往往導致電動機電源斷路器跳閘,造成起動失敗。,起動級數不宜少于兩級。由此可知,供電條件較好、較大起動電流會使母線電壓下降超過15%廠,采用合理組配頻敏起動器可以發揮其操作及維修簡易優點。具體供電條件如何都選用頻敏起動器,且無第二級,當然就難免“經常發生起動不成功現象”。“起動不成功現象”是起動過程中開關跳閘造成,還應該檢查一下是否是最后短接時沖擊電流太大是否是電動機和配電站繼電保護裝置按既能滿足系統短路保護要求、又能保證不會電動機正常起動電流而動作原則整定,不能籠統都歸疚于頻敏起動器。
1.2 油浸起動變阻器
油浸起動變阻器優點是起動時功率因數高,起動轉矩相同時,起動電流比頻敏起動器小多。油浸起動變阻器把轉換器與電阻器集中裝一個油箱里,級數多,切換時電流沖擊小;機構緊湊,外形比風冷式起動變阻器小。缺點是現有產品皆為手動操作;檢查和維修時必須借助滑輪等設備把內芯從油箱中抽出來。當電動機功率500kW以下不需要自動操作,著眼于簡單可靠,并希望起動電流小小型水泥廠,采用油浸起動變阻器,并按起動電流為額定電流1～1.2倍選配電阻值,則是較佳方案之一。我國仿蘇產品只能用于500kW以下電動機,可能和前蘇聯提倡采用同步電動機,380kW以上磨機一律采用磨機專用高起動轉矩低速同步電動機有關。油浸起動變阻器是歐洲傳統產品,例如峨嵋水泥廠設備是由丹麥成套供應,該廠繞線型異步電動機一律采用油浸起動變阻器起動,其中最大用于功率為兩千多千瓦同步異步電動機。這樣一個大型水泥廠,把一些本來應該選用鼠籠型異步電動機設備改用繞線型異步電動機,又是手動操作油浸起動變阻器,降低了操作自動化水平,可見這種設計是明顯不合理。此外,配套供應電動機中,滑動軸承采用比例比當時國產電動機高,大部分電動機銘牌都被換成沒有電機廠名稱和出廠日期、配套公司名稱銘牌。這就不能不令人懷疑是否把三、四十年代積壓物資都清給了我們?
1.3 接觸器屏式起動器
用鑄鐵電阻柵和接觸器組成起動器外形較大、電路比較復雜,可以滿足各種自動化要求。500kW以上電動機,沒有其他適用起動設備可選時,采用這種起動器是能夠發揮大型繞線型電動機特長唯一方案。它優點是可以用產量最大通用接觸器需要設計組裝,控制電器品種比較少條件下也能滿足不同企業各種要求。現代國產接觸器外形比老產品已經縮小很多,有接觸器還可附加機械鎖定機構;硅整流器發展使采用直流控制電源消除交流接觸器振動噪聲和節電成為輕而易舉措施;可以挪用油浸起動變阻器特點,采用外形更小單極直流接觸器,每次只短接一相用相同空間增加起動級數,組配出性價比較高繞線型異步電動機起動器。
1.4 電動凸輪控制器式起動器
國外用于大型繞線型電動機起動設備常采用帶大電流觸頭電動凸輪控制器,級數可達十多級、每級只輪流短接一相,帶有只能全部觸頭都開路條件下才能接通定子電源聯鎖觸點;機構緊湊、外形小;既無接觸器電磁鐵噪音、起動后耗電;不必另配短接用交流接觸器;控制電路也比接觸器屏簡單多。也有大電流觸頭,但因它和電阻并聯,幾乎沒有燒蝕現象,可以隨時打開外蓋檢查,維修比較方便,雖有因切換產生電流起伏,日常維護工作量較小。須要外配電阻柵,占面積稍大。多占幾平方米方對一個裝有幾臺磨機廠房有多大影響呢?目前國內尚無這種產品。當采用進口設備時,這也是可供選擇方案之一。有人介紹液體起動變阻器優點之一是起動平滑,沒有機械和電沖擊時,過分強調了其它型式起動器有級起動對被傳動設備損傷作用。其過分之處:磨機停機時反復擺動,并經減速機構增速后造成碰撞,對傳動系統損傷作用遠大于起動沖擊影響,與此相比,有級起動產生沖擊對設備壽命影響甚微。
1.5 液體起動變阻器
液體起動變阻器新技術,但我國卻是新產品。日本于40年代初我國東北建設水泥廠中已經普遍采用,習慣上稱為“水電阻”。一般是充滿液體圓桶形容器內有三組可以改變距離動、靜電極,用小形伺服電動機傳動機構改變動、靜電極間距離,使電阻值從大到小變化。作為大型繞線型異步電動機起動器,電阻變化是無級,起動平滑;最后用接觸器短接,使電動機進入運行狀態。短接時有一次不大電流沖擊。整個起動過程都可合上電動機電源開關后自動完成。伺服電動機出故障時,也可手動操作。它優點是電阻值是無級變化，沒有切換時電流沖擊;簡單易制，消耗金屬材料少；改變電阻液濃度就能很方便改換電阻值。這項優點恰好也是它缺點,須要經常注意檢查電阻液蒸發、結冰、沉淀、濃度變化造成電阻值變化以及經年累月電極腐蝕等問題。
起動用水電阻之外,還有用于調速水電阻。它利用水電阻電阻值可以無級變化特點,配以被控電動機轉速反饋信號、按給定轉速運行自動穩速環節,克服了繞線型電動機用轉子電阻調速時轉速隨負載輕重變化較大缺點,既可調速又具備較硬機械特性。傳動回轉窯和大功率窯尾排風機,具有簡單可靠、投資少、易維修特點。它效率與轉速成正比,是個缺點,但生產正常時,回轉窯長期較高轉速運行,且其實需功率多磨機1/10以下,這個缺點不突出。排風機實需功率與轉速三次方成比例,用此法調速和調閥門相比,節能效果比較明顯,具有穩定風量穩定窯內熱工制度作用。運行效率方面某些電子式調速系統,但因熟料燒成系統最怕突然性被迫停窯;主要矛盾是可靠性而效率。維持燒成系統長期穩定運行是取高效益基本條件,注重局部設備可靠性,正是滿足這個基本條件。從70年代日本水泥協會刊物上看到,具有先進電子技術日本某些水泥廠仍使用此種調速設備。我國以前無此類產品原因主建國后強調仿蘇,而前蘇聯工業產品基本是歐洲型。70年代,上海電機廠為給本廠生產球磨機用800kW同步異步電動機配套(亦稱感應同步電動機,這種電動機轉子電壓較高),各電器廠都不愿供應情況下,曾參考日本產品試制了起動用水電阻。80年代從日本成套引進水泥廠電器設備中也有水電阻,被不了解情況人視為新事物。它結構簡單,容易自制,有水泥廠自制自用之外,還對外出售。
2 繞線型異步電動機起動器電阻值正確選擇前提是要掌握磨機加速過程阻轉矩特性
為繞線型電動機選擇起動器時首先必須處理好兩個互相矛盾關系:既要盡量減小起動電流,又要使起動轉矩滿足磨機順利起動要求;矛盾主要方面是要掌握磨機轉速從零加速到運行轉速時阻轉矩變化規律和數據。筆者曾起動過用各種起動方法起動異步和同步電動機傳動磨機近千次,收獲有兩點,其一是:看準斷電瞬間磨筒體上人孔蓋位置與筒體擺動停止后人孔蓋位置角度關系明確拉閘斷電提前量,操作熟練后可以做到只起動一次、就能使人孔停留所要求位置。沒有輔助傳動裝置(也稱“慢傳動裝置”)磨機,這是避免使人孔停留指定位置而不不多次起動導致起動器過熱竅門。其二是:用特制、電阻值可調范圍大且容許長時間大電流水電阻起動磨機時,其起動電流等于或稍小于額定電流,起伏很小現象;又從加速過程、筒體加速度變化中感覺到磨機起動初期阻轉矩不大。人為加大起動電阻值,使起動電流降低到實際運行電流0.8,電動機也能順利開始轉動。但伴隨筒體旋轉角度增大,加速度有所下降,轉矩不夠,就會中途停滯,進入堵轉狀態。這是阻轉矩磨內研磨體提升高度增加而增大。超過某個角度之后,筒體加速度又突然增大,磨機迅速進入運行轉速。這是研磨體開始拋落,使阻轉矩突然下降造成。由此可以定性認識到:過去冶金部和一機部協商制定:“磨機屬于重載起動設備,磨機專用同步電動機起動轉矩不小于額定轉矩1.7倍”提法只能認為是針對冶金礦山棒磨機,不一定符合水泥廠球磨機實際情況。后來又用特制儀器測出了“磨機加速過程中阻轉矩變化曲線”取了定量數據(參見本刊1990年6期17頁《也談磨機慢傳動裝置用途》)。由此到一個重要經驗是:了解生產系統時,不要把自己局限所從事專業范圍內。各種專業互相滲透氣氛中,才能到更符合實際認識。
3 磨機電動機選型方面存問題
工業企業中,選擇電動機原則是:需要變速等特殊要求電動機以外,電源容量容許前提下,應該力爭采用鼠籠型異步電動機;對磨機等用大型電動機,應該盡可能選用同步電動機。我國40年代及以前建設水泥廠磨機采用低速同步電動機傳動比較多。當時電網容量比較小,這些同步電動機都是采用空載降壓起動,待牽入同步運行狀態之后再電磁離合器或空氣離合器起動磨機。還有一種“超同步電動機”,它定子也能旋轉。起動時先使定子同步旋轉,然后用剎車慢慢把定子剎停,定、轉子之間保持同步轉速狀態下,轉子帶動磨機加速到正常運行狀態。凡是參與過這類電動機維護工作人,都對這種電動機故障率之低,印象深刻。其故障都出減壓起動設備和電磁離合器方面。建國后新建水泥廠磨機則較多采用了繞線型異步電動機,這是當時國產電機和電器設備供應緊張,國內還沒有生產成套水泥設備能力,水泥廠建設包括前蘇聯援建范圍之內,只好從前東德等東歐國家進口。當時報價,進口一臺帶電磁離合器低速同步電動機比繞線型異步電動機加上減速機還貴多,國內電機廠都不肯接受大型電磁離合器訂貨。前一機部統一制定價格表上,硅鋼片用量少、制造省工同步電動機也比同功率、同轉速繞線型異步電動機價格高,節省外匯,只好采用繞線型異步電動機加減速機方案。但試生產過程才發現這些進口減速機質量低劣,給有關工廠生產留下了后患。其后從前東德進口磨機有些就改為用低速同步電動機加電磁離合器傳動方式。但同一時期由前蘇聯援建冶金企業磨機則一律用“磨機專用同步電動機”傳動,這種電動機不需附加電磁離合器之類附屬設備,可以全電壓直接起動;運行時功率因數可以達到超前0.9,額定轉速多100～167r/min之間,定、轉子之間空氣隙比異步電動機大多,很少產生“掃膛”故障,配合邊緣傳動磨機使傳動系統非常簡單,運行可靠性很高。熱電廠球磨機一律用鼠籠型異步電動機傳動,電動機和控制設備都很簡單,故障很少。這兩種電動機起動電流皆為額定電流6.5～7倍,這些企業都具備電源容量大優勢,一兩千千瓦電動機起動電流沖擊對全廠電源電壓影響很小。冶金廠磨機同步電動機控制設備中還有當電源電壓下降超過10%～15%時自動短時加強勵磁電路,目是既能保持同步電動機不會失步,且能借助同步電動機向電源短時反饋電能作用減輕電壓下降趨勢。也就是使正運行同步電動機短時輸出超前無功電流方法減輕其它同步電動機起動時滯后無功電流沖擊對電源電壓影響。有些大型水泥廠本來也具備這種優勢,但因有些磨機設計人員認為:采用進口或引進技術制造大功率、高質量減速機中心傳動方案比邊緣傳動方案效率高、壽命長;邊緣傳動機構敞露多灰塵環境中,振動大、壽命短;用低速同步電動機邊緣傳動比有減速機邊緣傳動減速比大,當需要比現有磨機規格更大磨機時,則其小齒輪和大齒圈設計和制造方面有難點。中心傳動磨機上采用高速鼠籠型異步電動機或同步電動機方案,熱電廠等企業已是“司空見慣”,但水泥廠煤磨以外卻是“史無前例”,想要打破傳統習慣勢力是很不容易。此外,從設備設計和生產供應角度看,進行一項磨機定型設計和選擇配套電動機時,總是要考慮使它具有對環境條件盡可能廣泛適應性,丹麥史密斯公司磨機大多配套供應同步異步電動機主要原因就此。這種電動機起動特性與繞線型異步電動機相同,運行特性與同步電動機相同,具有起動電流小和功率因數高雙重優點,符合該公司產品須要面向全世界特點。采用數量多了還會電動機生產成本下降而部分抵消價格偏高缺陷。國內也有個別廠采用同步異步電動機。上海和蘭州兩個電機廠也都生產過這種電動機。但因價格較高,未被普遍采用。考慮到采用這種電動機可以省掉廠區配電站裝設改善功率因數電容器柜及其開關控制設備以及建筑物投資等因素,這種方案可取。從工廠電力傳動系統設計角度看,則應不同電網容量和供電條件,具體情況具體對待。盡可能采用運行特性好同步電動機。不已時才采用繞線型異步電動機。冶金部門常用磨機專用同步電動機起動電流之高達額定電流7倍,是要求其起動轉矩不小于額定轉矩1.7倍造成,按電機廠設計人員說法:“水泥廠磨機實際情況,求其起動轉矩不小于額定轉矩,則把起動電流降到5倍左右是可能”。目前普遍采用,給繞線型異步電動機加裝進相機方法已經建成廠作為一項提高功率因數補救措施尚可,但新建大中型廠就不合理了。生產同步電動機原材料成本和加工成本都比繞線型異步電動機低,還要配置可控硅勵磁裝置,總成本比繞線型異步電動機加上進相機低。同步電動機功率因數可需要調節和運行可靠性高優點卻是前者無法比擬。由此可知,從技術經濟角度上看,磨機電動機選型一個值繼續深入探討問題。打破行業界限,加強技術交流,將有利于取進一步認識。
4 結束語
本文目是說明繞線型異步電動機起動設備頻敏起動器和油浸起動變阻器之外還應該有其它品種,磨機也只能用繞線型異步電動機傳動。磨機電動機和繞線型異步電動機起動設備選型中存著很多矛盾和客觀條件制約。充分了解有關機、電設備技術特點,掌握包括價格內供應情況等基礎上,客觀、實事求是、反復深入比較作出決擇,才能少犯和不犯錯誤。水泥工業電力傳動領域中類似問題還有很多,有待有心人去探討。,家用電器產品琳瑯滿目今天,繞線型異步電動機起動設備品種卻少可憐。當頻敏起動器流行時候,油浸起動變阻器名字就《控制電器產品手冊》中消失了;看來,液體起動變阻器復興,將會使頻敏起動器位岌岌可危。位最穩固是接觸器屏式起動器,它可各種訂貨要求隨時用標準電器組裝而不必擔心積壓,它還比較適用于頻繁開停和反向設備,用途比較廣泛。產品品種少,選擇余就小,這是一種不正常現象。和這種現象有聯系是大多數介紹新產品、新技術文章都是只談優點,不談或很少談及缺點。這些文章都是來自設備制造廠家,好象還情有可原,不少這類文章卻出自用戶,這就令人感到不可思議了。最后,歡迎具有不同意見文章使本文中缺陷和錯誤到充實和修正。
熱門產品：高效電機 高壓電機 低壓電機 變頻電機 防爆電機 同步電機 直流電機 電機配件 電機維修 水泵配件 電機節能改造
快速鏈接：湘電集團有限公司 湘電股份有限公司 湘電風能有限公司 湘電新能源有限公司 湘電長沙水泵廠 湘潭電機廠
