“無(wú)滑環(huán)繞線(xiàn)型”工業(yè)節能電動(dòng)機在粉磨設備上的應用
2015-11-15 23:49:57點(diǎn)擊：
編輯：湘潭電機廠(chǎng)
水泥企業(yè)是高耗能企業(yè)，而粉磨設備又占水泥企業(yè)總能耗的70%左右。因此，粉磨設備的節能降耗就必然成為我們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。作為粉磨設備的動(dòng)力裝置的電動(dòng)機的高效可靠運行、節約電能則更是我們所關(guān)注的。
針對有滑環(huán)繞線(xiàn)轉子異步電動(dòng)機所存在的上述問(wèn)題，武漢金路達電機有限公司與華中科技大學(xué)新型電機國家實(shí)驗室合作開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的變極起動(dòng)無(wú)滑環(huán)繞線(xiàn)轉子感應電動(dòng)機（以下簡(jiǎn)稱(chēng)新型電機）則很好地解決了有滑環(huán)繞線(xiàn)感應電機所存在的上述問(wèn)題。
新型電機去掉了滑環(huán)碳刷，去掉了串接的電阻，去掉了用于無(wú)功補償的進(jìn)相機，其外觀(guān)和鼠籠型電機相同。新型電機采用了變極起動(dòng)方案，其定子采用變極繞組技術(shù)，在定子上放置一套采用變極比為10/8的三相換相法變極繞組（以8極電機為例），其中10極繞組用于電機起動(dòng)，8極用于電機正常運行。而轉子回路采用復合線(xiàn)圈無(wú)感繞組技術(shù)。轉子在對應定子10極工作時(shí)，呈現出高阻抗狀態(tài)，使電機的起動(dòng)電流減小起動(dòng)轉矩增大；但當定子繞組切換為8極工作狀態(tài)時(shí)，轉子又自動(dòng)地轉換為標準繞組而進(jìn)行高效正常運行。
如前所述，新型電機是變極起動(dòng)，即用改變定子繞組的極數達到起動(dòng)目的的，因此它的轉子回路中無(wú)滑環(huán)、碳刷和電纜，也不串接電阻，這既簡(jiǎn)化了轉子的機械結構又消除了傳統電機所固有故障隱患，使電機長(cháng)時(shí)間的安全可靠運行，值班人員僅對電機軸承進(jìn)行常規保養即可。電機本身基本上處于免維護狀態(tài)。
由于新型電機的轉子繞組是一個(gè)完全閉合的回路，因此電機的控制系統也大為簡(jiǎn)化，由下圖所示，它同傳統繞線(xiàn)電機相比，控制系統省掉了起動(dòng)電阻柜和進(jìn)相機柜，其一次回路僅用兩只三相交流開(kāi)關(guān)即可（相當于一只三相雙擲閘刀），二次回路也僅再加一只時(shí)間繼電器、一只中間繼電器和過(guò)流保護裝置就滿(mǎn)足要求了，崗位工只需按下“起動(dòng)”按鈕，電機即可自動(dòng)全電壓瞬間起動(dòng)運行。一般情況下，起動(dòng)時(shí)間上6秒左右，當工人按下“停止”按鈕，電機立即停止運行，而對于傳統電機而言，起動(dòng)操作非常繁雜，有時(shí)會(huì )造成誤操作。
新型電機的功率因數是由轉子的槽形決定的，因此轉子槽形可按高功率因數設計，對于8極/6KV的電機來(lái)說(shuō)，其功率因數為0.915。而傳統繞線(xiàn)電機的功率因數僅0.8左右。因此新型電機運行時(shí)不需要外加無(wú)功補償裝置，由于功率因數的提高，可使供電系統的無(wú)功損耗減少。
傳統繞線(xiàn)電機需用進(jìn)相機進(jìn)行無(wú)功補償，而它付出的代價(jià)是消耗有功功率。一般來(lái)說(shuō)進(jìn)相機每小時(shí)耗能8~10kwh，新型電機不用進(jìn)相機，也就達到節約的目的。
如前所述，傳統繞線(xiàn)電機由于其機械特性軟，所以當磨機的負荷增加時(shí)，必然使電機的轉速降低，對于8極電機來(lái)說(shuō)，其標稱(chēng)額定轉速是735轉/分，而帶上負荷后，其轉速僅727轉/分左右，這樣就使球磨機偏離了最佳工作轉速，就不能確保研磨體沿拋物線(xiàn)下落的高度最大，也就不能確保最大限度地去破碎物料，嚴重地影響了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。新型電機由于無(wú)滑環(huán)碳刷和電纜，所以它的機械特性是硬的，當負荷在較大范圍內波動(dòng)時(shí)，其額定轉速保持不變，從而使球磨機一直在最佳工作轉速下運行。對于水泥磨而言，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下（水泥的比表面積一定）則水泥的產(chǎn)量一般可提高5~10%，而對于選礦用的磨機而言，它所追求的是礦粉的細度，因為礦粉越細則選礦效果越好。此時(shí)，若確保礦粉產(chǎn)量同原來(lái)一樣，則新型電機所拖動(dòng)的磨機生產(chǎn)的礦粉細度肯定會(huì )有一定的提高，從而提高選礦效果。
綜上所述，無(wú)滑環(huán)繞線(xiàn)轉子感應電動(dòng)機的應用可使用戶(hù)得到如下的經(jīng)濟效益：
1、用戶(hù)不需要購置無(wú)功補償裝置如進(jìn)相機等，也不需要配置起動(dòng)電阻柜，僅此兩項就可為用戶(hù)節約一次投資數萬(wàn)元。
2、用戶(hù)不需要購置碳刷、可控硅、交流接觸器等易損件，每月可節約推護費用數千元。
3、由于新型電機處于免維護狀態(tài)，可長(cháng)期連續可靠運行，相對傳統繞線(xiàn)電機而言，每月可多生產(chǎn)數小時(shí)（傳統繞線(xiàn)電機每月需停機數小時(shí)進(jìn)行維護）。設備多生產(chǎn)數小時(shí)，對用戶(hù)帶來(lái)經(jīng)濟效益是可想而知的。
4、新型電機可使被拖動(dòng)的設備在最佳速度狀態(tài)下運行，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下可使設備產(chǎn)量提高5~10%，而在保證產(chǎn)量一定的前提下，又可使產(chǎn)品質(zhì)量有很大提高。
5、新型電機過(guò)負荷能力強，抗沖擊能力強，可在設備過(guò)負荷5%工況下運行。新型電機特別適合于軋鋼設備。
6、在某一時(shí)段內，球磨機的耗電量和水泥產(chǎn)量相除即為單位能耗，然后再同傳統繞線(xiàn)電機拖動(dòng)的球磨機單位能耗進(jìn)行比較，即可算出單位能耗的節電率，單位能耗節電率為5~10%。新型電機節約的電能是相對于傳統繞線(xiàn)電機多浪費電能而言，它由以下幾部份組成：①強大的轉子電流流過(guò)滑環(huán)碳刷電纜消耗的電能，例如380KW/10KV轉子電流為471A電阻僅0.06歐姆，則耗電：471×471×0.06=13300W=13.3KW，電纜越長(cháng)耗電越多。②進(jìn)相機耗電5-10 KW。③傳統繞線(xiàn)電機轉差損耗比新型電機多一倍， 使電機發(fā)熱嚴重。④傳統電機滑環(huán)需用風(fēng)扇降溫，風(fēng)扇耗電1 KW④進(jìn)相機，起動(dòng)電阻柜各有一臺交流接觸器，每個(gè)接觸器線(xiàn)圈耗電500W。2×500 W=1KW
球磨機是一種重載大型機械設備，它要求與之配套的電動(dòng)機必須有足夠大的起動(dòng)轉矩。長(cháng)期以來(lái)人們普遍選用的電機是繞線(xiàn)轉子異步電動(dòng)機。該電機的結構特點(diǎn)是電機轉子繞組線(xiàn)圈通過(guò)滑環(huán)碳刷和電纜將一定阻值的電阻串接到轉子回路中；電機起動(dòng)時(shí)得到大的起動(dòng)轉矩將磨機拖動(dòng)。但磨機一旦轉入正常工作，電機的這一套起動(dòng)裝置就成了電機的累贅，雖然起動(dòng)電阻已被短接，但滑環(huán)、碳刷和電纜仍串在轉子回路中，強大的轉子感應電流就必然通過(guò)這些阻性元件而消耗電能，同時(shí)，由于滑環(huán)碳刷連續不斷的摩擦而使電機的機械故障經(jīng)常發(fā)生。另外，由于轉子繞組回路中串接有電阻，又使電機的機械特性變軟，這對電機在重負荷下運行非常有害。為解決有滑環(huán)繞線(xiàn)電機所存在的這些問(wèn)題，國內外的電機工作者進(jìn)行了大量的研究工作，但都未能很好解決。
針對有滑環(huán)繞線(xiàn)轉子異步電動(dòng)機所存在的上述問(wèn)題，武漢金路達電機有限公司與華中科技大學(xué)新型電機國家實(shí)驗室合作開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的變極起動(dòng)無(wú)滑環(huán)繞線(xiàn)轉子感應電動(dòng)機（以下簡(jiǎn)稱(chēng)新型電機）則很好地解決了有滑環(huán)繞線(xiàn)感應電機所存在的上述問(wèn)題。
新型電機去掉了滑環(huán)碳刷，去掉了串接的電阻，去掉了用于無(wú)功補償的進(jìn)相機，其外觀(guān)和鼠籠型電機相同。新型電機采用了變極起動(dòng)方案，其定子采用變極繞組技術(shù)，在定子上放置一套采用變極比為10/8的三相換相法變極繞組（以8極電機為例），其中10極繞組用于電機起動(dòng)，8極用于電機正常運行。而轉子回路采用復合線(xiàn)圈無(wú)感繞組技術(shù)。轉子在對應定子10極工作時(shí)，呈現出高阻抗狀態(tài)，使電機的起動(dòng)電流減小起動(dòng)轉矩增大；但當定子繞組切換為8極工作狀態(tài)時(shí)，轉子又自動(dòng)地轉換為標準繞組而進(jìn)行高效正常運行。
如前所述，新型電機是變極起動(dòng)，即用改變定子繞組的極數達到起動(dòng)目的的，因此它的轉子回路中無(wú)滑環(huán)、碳刷和電纜，也不串接電阻，這既簡(jiǎn)化了轉子的機械結構又消除了傳統電機所固有故障隱患，使電機長(cháng)時(shí)間的安全可靠運行，值班人員僅對電機軸承進(jìn)行常規保養即可。電機本身基本上處于免維護狀態(tài)。
由于新型電機的轉子繞組是一個(gè)完全閉合的回路，因此電機的控制系統也大為簡(jiǎn)化，由下圖所示，它同傳統繞線(xiàn)電機相比，控制系統省掉了起動(dòng)電阻柜和進(jìn)相機柜，其一次回路僅用兩只三相交流開(kāi)關(guān)即可（相當于一只三相雙擲閘刀），二次回路也僅再加一只時(shí)間繼電器、一只中間繼電器和過(guò)流保護裝置就滿(mǎn)足要求了，崗位工只需按下“起動(dòng)”按鈕，電機即可自動(dòng)全電壓瞬間起動(dòng)運行。一般情況下，起動(dòng)時(shí)間上6秒左右，當工人按下“停止”按鈕，電機立即停止運行，而對于傳統電機而言，起動(dòng)操作非常繁雜，有時(shí)會(huì )造成誤操作。
新型電機的功率因數是由轉子的槽形決定的，因此轉子槽形可按高功率因數設計，對于8極/6KV的電機來(lái)說(shuō)，其功率因數為0.915。而傳統繞線(xiàn)電機的功率因數僅0.8左右。因此新型電機運行時(shí)不需要外加無(wú)功補償裝置，由于功率因數的提高，可使供電系統的無(wú)功損耗減少。
傳統繞線(xiàn)電機需用進(jìn)相機進(jìn)行無(wú)功補償，而它付出的代價(jià)是消耗有功功率。一般來(lái)說(shuō)進(jìn)相機每小時(shí)耗能8~10kwh，新型電機不用進(jìn)相機，也就達到節約的目的。
如前所述，傳統繞線(xiàn)電機由于其機械特性軟，所以當磨機的負荷增加時(shí)，必然使電機的轉速降低，對于8極電機來(lái)說(shuō)，其標稱(chēng)額定轉速是735轉/分，而帶上負荷后，其轉速僅727轉/分左右，這樣就使球磨機偏離了最佳工作轉速，就不能確保研磨體沿拋物線(xiàn)下落的高度最大，也就不能確保最大限度地去破碎物料，嚴重地影響了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。新型電機由于無(wú)滑環(huán)碳刷和電纜，所以它的機械特性是硬的，當負荷在較大范圍內波動(dòng)時(shí)，其額定轉速保持不變，從而使球磨機一直在最佳工作轉速下運行。對于水泥磨而言，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下（水泥的比表面積一定）則水泥的產(chǎn)量一般可提高5~10%，而對于選礦用的磨機而言，它所追求的是礦粉的細度，因為礦粉越細則選礦效果越好。此時(shí)，若確保礦粉產(chǎn)量同原來(lái)一樣，則新型電機所拖動(dòng)的磨機生產(chǎn)的礦粉細度肯定會(huì )有一定的提高，從而提高選礦效果。
綜上所述，無(wú)滑環(huán)繞線(xiàn)轉子感應電動(dòng)機的應用可使用戶(hù)得到如下的經(jīng)濟效益：
1、用戶(hù)不需要購置無(wú)功補償裝置如進(jìn)相機等，也不需要配置起動(dòng)電阻柜，僅此兩項就可為用戶(hù)節約一次投資數萬(wàn)元。
2、用戶(hù)不需要購置碳刷、可控硅、交流接觸器等易損件，每月可節約推護費用數千元。
3、由于新型電機處于免維護狀態(tài)，可長(cháng)期連續可靠運行，相對傳統繞線(xiàn)電機而言，每月可多生產(chǎn)數小時(shí)（傳統繞線(xiàn)電機每月需停機數小時(shí)進(jìn)行維護）。設備多生產(chǎn)數小時(shí)，對用戶(hù)帶來(lái)經(jīng)濟效益是可想而知的。
4、新型電機可使被拖動(dòng)的設備在最佳速度狀態(tài)下運行，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下可使設備產(chǎn)量提高5~10%，而在保證產(chǎn)量一定的前提下，又可使產(chǎn)品質(zhì)量有很大提高。
5、新型電機過(guò)負荷能力強，抗沖擊能力強，可在設備過(guò)負荷5%工況下運行。新型電機特別適合于軋鋼設備。
6、在某一時(shí)段內，球磨機的耗電量和水泥產(chǎn)量相除即為單位能耗，然后再同傳統繞線(xiàn)電機拖動(dòng)的球磨機單位能耗進(jìn)行比較，即可算出單位能耗的節電率，單位能耗節電率為5~10%。新型電機節約的電能是相對于傳統繞線(xiàn)電機多浪費電能而言，它由以下幾部份組成：①強大的轉子電流流過(guò)滑環(huán)碳刷電纜消耗的電能，例如380KW/10KV轉子電流為471A電阻僅0.06歐姆，則耗電：471×471×0.06=13300W=13.3KW，電纜越長(cháng)耗電越多。②進(jìn)相機耗電5-10 KW。③傳統繞線(xiàn)電機轉差損耗比新型電機多一倍， 使電機發(fā)熱嚴重。④傳統電機滑環(huán)需用風(fēng)扇降溫，風(fēng)扇耗電1 KW④進(jìn)相機，起動(dòng)電阻柜各有一臺交流接觸器，每個(gè)接觸器線(xiàn)圈耗電500W。2×500 W=1KW
