无刷无环起动器在梅钢翻车机电机改造中的应用

杜颖

（上海梅山工业民用工程设计研究院有限公司，江苏南京210039）

无刷无环起动器在梅钢翻车机电机改造中的应用

杜颖

（上海梅山工业民用工程设计研究院有限公司，江苏南京210039）

采用无刷变阻起动器取代传统、繁琐、多触点元件组成的起动装置，节省了安装空间和二次回路电缆，减少起动装置的功率消耗，节省了电能。

绕线电机；无刷无环起动器；电机改造

1 引言

梅钢原料分厂烧结矿粉原料的运输是采用火车运输，卸车采用的是单车翻车机，该翻车机的传动电机的型号及功率为JR137-10，155 kW，属强制淘汰的高耗能产品，因此本次改造将电机更换为YZR4000L1，160 kW新型绕线式电机，并采用新型的WSQ3无刷无环起动器。

2 无刷无环起动器的工作原理

（1）无刷无环起动器是安装在电动机转子上作同步运行的一种降压装置。它采用最佳磁路原理和最佳导磁材料把原二次回路系统的多触点元件组成的电磁回路，通过工艺革新做成一个无触点的电磁元件，作为起动时可变阻的起动设备。它利用电动机在起动过程中，转子电流频率随转子转速升高而降低的关系，即转子转速由0变到额定转速Ned，转子电流的频率则由50 Hz平滑地降到l～2 Hz，起动器阻抗则由最大变到最小，等效于转子回路外接的电阻由最大变到最小，故能自动地随转子频率的变化作平滑调节。

（2）无刷无环起动器安装在电动机的转子轴上，与转子结合为一体，处于相对静止状态，相当于延长转子，其电动机的运转性能变得更加稳定。

（3）电动机转子线在转子轴上直接与“起动器”相连接，构成回路，既不发热又没有额外的线路损耗，因此可使转子回路始终处于最佳的起动和运行状态。

（4）无刷无环起动器直接安装在电动机的转子轴上，与转子结合为一体，一同运转，又相当于一个机械式储能和放能机构，在所拖动的负荷不稳时，既吸能又放能，提高了电动机的电磁应力。

3 电机起动方案比较

3.1 传统频敏变阻器起动特点

绕线电动机的转轴上装有滑环、碳刷、短路环等零件，它们与控制箱中的继电器、交流接触器、频敏变阻器等电器元件组成一个完整的二次回路系统，作为电动机的起动和运行的短接装置。电动机的这种工作方式有以下缺点：

（1）碳刷容易磨损，消耗过高，维修量大，且影响正常生产。

（2）碳刷与滑环之间容易产生火花，有些场所不能使用。

（3）碳刷与滑环的磨擦，增大了接触电阻，电机温升高。

（4）导电粉末易被吸入电机内部，是烧毁电机的一大隐患。

（5）时间继电器失控容易烧坏交流接触器和频敏变阻器，造成停机停产。

（6）设备占用空间大，且大功率的电机所配的电缆规格也大，相应的控制设备和电缆材料投资也高。

3.2 无刷无环起动器的特点

（1）省去滑环、碳刷及二次回路所有电气元件，从根本上降低了设备的维护、维修费用，节约了管理费用。

（2）增加电机起动转矩，减小电机起动电流。

（3）实现无刷变阻，电机起动过程平稳。

（4）无刷变阻起动。

（5）使用无刷无环起动器，使得电动机在起动时，只要给定电源，便自动起动并达到运行状态，在撤消电源后自动停止并恢复到起动状态，一切都是自动，无需任何人为操作，使电机起动方便、稳定，安全可靠。

（6）接线简单，转子线直接连接在“起动器”上，无任何间接接触元件，与使用碳刷、滑环的回路相比，彻底消除了因碳刷、滑环、短接环、接触器等元件磨损或接触不良而导致的转子回路缺相烧坏电动机这一严重现象，可靠地保护了电动机，延长了使用寿命（注：据统计，绕线转子电动机因转子回路缺相损坏的电动机占损坏的电动机总数80%以上，并且这一故障现象极不易被工作人员发觉）。

（7）降低了电动机的定子电流，同时减少了铁损、铜损及其他杂散损耗，在电动机运行中，不仅较以前提高了功率因数和运转效率（5%～8%），更减小了转差率，相应地提高了电动机的运行转速（注：电动机所标的额定转速，在使用上碳刷、滑环等组合元件后，运转时实际转速达不到额定转速）。

（8）电动机安装无刷无环起动器后，运行中比以前减少了电磁消耗，又因去掉了碳刷、滑环等发热元件，所产生的效果就是电动机的运行温度降低了5～8℃。

4 设备安装

WSQ3无刷无环起动器安装在电动机转轴上（原安装滑环的位置）与转子同时旋转、结构比较紧凑。它由轭板、线圈绕组、接线柱、内外铁芯、轴套等零件组成一个整体，见图1。

5 工程投资比较

5.1 工程如采用频敏变阻器起动方案，主要电气设备及材料用量如下：

（1）新增频敏起动控制柜（160 kW），2台（共有2台翻车机需改造）。

（2）敷设由电气室配电柜至现场频敏起动控制柜的电源电缆及由控制柜至电机的定子和转子的电缆，电缆规格为YJV-0.6/1kV-1（3×150+1×70），电缆总长约500 m。

5.2 工程采用无刷无环起动器方案，主要电气设备及材料用量如下：

（1）新增WSQ3无刷无环起动器，2台。

（2）不需敷设电缆，只要将电动机出头线接在起动器接线柱即可。

5.3 工程投资比较（估算）

（1）采用频敏变阻器起动方案的投资约24万元。

（2）采用无刷无环起动器方案的投资约1.5万元。

5.4 由以上两个起动控制方案的投资比较，采用无刷无环起动器方案可节约22.5万元，节省了可观的资金。

图1 无刷无环起动器安装示意

6 结束语

无刷无环起动器克服了传统的频敏变阻起动器缺点。它不仅使传统绕线转子电动机甩掉了庞大复杂的起动系统，而且它还解决了涡流损耗、漏电电抗、起动器发热等最主要的几个问题，它在延长电机使用寿命的同时，也保证了起动器自身的使用寿命。节省了控制设备及连接电缆，大大减少了工程的投资，另外不需备件，减少维修量，又能保证电机安全运行，一次安装、长期受益，根据用户反馈的使用情况，设备运行良好，本次改造深受用户好评。

由此看来，无刷无环起动器必将以优良的起动性能、低廉的价格、对电源和负载自适应的能力、微小的体积、节能和运行维护方便等特点，获得更广泛的应用，特别是老厂改造中，设备安装场地有限，投资紧张的情况下，值得推荐使用。

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

杜颖（1961-），女，大专学历，工程师，现从事电气自动化专业技术工作。