［摘要］ 本文先簡(jiǎn)要介紹常用繞線式電機(jī)及起動(dòng)裝置存在問(wèn)題后，介紹無(wú)刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器的原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、主要性能、創(chuàng)新性、先進(jìn)性、技術(shù)成熟程度及典型應(yīng)用效果和存在的主要問(wèn)題。 ［關(guān)鍵詞］ 水電阻 起動(dòng)比 無(wú)刷自控 繞線電機(jī) 1 背景 　　三相繞線式轉(zhuǎn)子交流異步電動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱:繞線電機(jī))因轉(zhuǎn)子可外接電阻、頻敏變阻器和反電勢(shì)。它不但能限制電機(jī)的起動(dòng)電流，還能增加電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)時(shí)的功率因素，使電機(jī)起動(dòng)比(起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍率與起動(dòng)電流倍率之比)接近1（轉(zhuǎn)子串電阻和反電勢(shì)時(shí)，起動(dòng)比接近 　　1，串頻敏變阻器時(shí)，起動(dòng)比最高可以達(dá)到0.55）,是鼠籠電機(jī)的5倍以上。因此，三相繞線式轉(zhuǎn)子交流異步電動(dòng)機(jī)在大容量、大轉(zhuǎn)矩的機(jī)械設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。 　　繞線電機(jī)需將轉(zhuǎn)子電流通過(guò)電刷、滑環(huán)、電纜等引到地面控制柜，電刷與滑環(huán)間磨下的碳粉會(huì)導(dǎo)致電機(jī)絕緣的降低，引發(fā)電動(dòng)機(jī)故障?；h(huán)、電刷壓力彈簧銹蝕，引起電刷與滑環(huán)間打火。繞線電機(jī)常用起動(dòng)裝置有頻敏變阻器和串電阻多級(jí)起動(dòng)柜。頻敏變阻器起動(dòng)柜起動(dòng)比小于0.55，起動(dòng)電流調(diào)整不方便。串電阻多級(jí)起動(dòng)柜，起動(dòng)裝置元器件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、且在切換電阻時(shí)，會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。為了克服繞線電機(jī)的不足，發(fā)明了無(wú)刷無(wú)環(huán)起動(dòng)器；為了克服起動(dòng)裝置的不足，發(fā)明了水電阻軟起動(dòng)柜。 　　無(wú)刷無(wú)環(huán)起動(dòng)器是將頻敏變阻器直接安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子上，實(shí)現(xiàn)繞線式異步電動(dòng)機(jī)無(wú)刷運(yùn)行。它存在以下不足：（1）起動(dòng)電流一經(jīng)出廠，就無(wú)法調(diào)整。（2）電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，頻敏變阻器不短接，會(huì)產(chǎn)生一定的功率消耗。（3）起動(dòng)比小于0.5。 　　水電阻軟起動(dòng)柜，它是控制控制原理如圖1，即將水電阻（水電阻具有電阻大小可通過(guò)極板面積、極板間的距離和電解液的濃度無(wú)級(jí)調(diào)整，成本低，熱容量大等特點(diǎn)）串入電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路，通過(guò)伺服電機(jī)改變極板的距離，從而改變水電阻的大小，達(dá)到無(wú)級(jí)連續(xù)調(diào)整電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流的目的。它的最大優(yōu)點(diǎn)是：（1）起動(dòng)電流可連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)整，（2）可以通過(guò)改變電解液的濃度，方便地改變起動(dòng)電阻的大小，達(dá)到改變起動(dòng)電機(jī)電流的目的；（3）電機(jī)起動(dòng)比可以達(dá)到1。缺點(diǎn)是：不能實(shí)現(xiàn)繞線式異步電動(dòng)機(jī)無(wú)刷運(yùn)行。 2 無(wú)刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器技術(shù)原理 　　無(wú)刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器是結(jié)合了無(wú)刷無(wú)環(huán)起動(dòng)器和水電阻起動(dòng)柜的優(yōu)點(diǎn)且克服它們的不足而設(shè)計(jì)的。它的控制原理與繞線電機(jī)水電阻軟起動(dòng)柜相當(dāng)，所不同的是，將起動(dòng)電阻直接安裝在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，利用電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力作為動(dòng)力，控制起動(dòng)電阻的大小，達(dá)到減少電機(jī)起動(dòng)電流、增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使繞線電機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)刷自控運(yùn)行的目的。它主要由機(jī)殼、電解液、動(dòng)極板、施密特接觸裝置、彈簧、接線柱、安全閥、排氣閥等構(gòu)成。它的內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。起動(dòng)附加電阻就是極板與起動(dòng)器外殼之間形成的水電阻，且與極板到外殼的距離成反比。當(dāng)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，動(dòng)極板在離心力的作用下，逐步靠近機(jī)殼，串入電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)的電阻成比例地減少，并在達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，與外殼短接，電阻降為零。 　　為保證水電起動(dòng)器使用壽命，無(wú)刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器在整體設(shè)計(jì)上應(yīng)用了以下技術(shù)： 　　A. 選用具有下述特性的電解液為水電阻：A、對(duì)金屬（銅和鋼）具有防銹作用；B、通過(guò)大電流后，不發(fā)生電解液變質(zhì)、極板腐蝕、產(chǎn)生氣體的化學(xué)反應(yīng)；C、電解液的冰點(diǎn)為-25℃，沸點(diǎn)為120℃，以滿足不同環(huán)境下安全工作的要求。 　　B. 設(shè)置安全排氣閥，在電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速后，自動(dòng)打開(kāi)排氣閥，使起動(dòng)器內(nèi)部的壓力與大氣壓一致；同時(shí)，為避免因電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)，電解液燒開(kāi)、起動(dòng)器內(nèi)部壓力升高，設(shè)置了安全閥，保證電機(jī)及起動(dòng)器的安全運(yùn)行。 　　C. 設(shè)置了施密特接觸裝置，使起動(dòng)電阻按圖3所示曲線變化。它減少了短接觸頭動(dòng)作次數(shù)和接觸電阻，提高觸頭使用壽命。 3 達(dá)到的效果 　　無(wú)刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器能以起動(dòng)性能與繞線電機(jī)水軟起動(dòng)柜相當(dāng)，即起動(dòng)電流連續(xù)無(wú)級(jí)變化；起動(dòng)電流大小調(diào)整方便；起動(dòng)比達(dá)到1。同時(shí)存在以下優(yōu)點(diǎn)： a) 。無(wú)刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器實(shí)現(xiàn)了繞線電機(jī)無(wú)刷自控運(yùn)行，避免了繞線電機(jī)因存在滑環(huán)、碳刷，造成運(yùn)行維護(hù)工作量大、故障率高的缺點(diǎn)。 b) 無(wú)刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器起動(dòng)過(guò)程是電機(jī)根據(jù)本身的轉(zhuǎn)速自動(dòng)完成，無(wú)需人去干涉。保證了電機(jī)及起動(dòng)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。 c) 如電機(jī)出現(xiàn)長(zhǎng)期堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，消耗在水電阻上的功率遠(yuǎn)大于消耗在電機(jī)繞組上的功率，電解液會(huì)很快燒干，電機(jī)轉(zhuǎn)子沒(méi)有通電回路，電機(jī)轉(zhuǎn)子電流會(huì)自動(dòng)降為零，達(dá)到保護(hù)電機(jī)的目的。 d) 電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，遇到突加負(fù)載（如軋鋼機(jī)在軋鋼過(guò)程中出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)），隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的降低，起動(dòng)電阻會(huì)自動(dòng)串入轉(zhuǎn)子回路，達(dá)到增加轉(zhuǎn)矩，減少電流，保護(hù)電機(jī)安全的目的。 e) 價(jià)格僅為同類產(chǎn)品的1/3，且無(wú)需進(jìn)行基建投資。 f) 電機(jī)和起動(dòng)裝置合為一體變成了無(wú)刷自控電機(jī)。對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，它就是一臺(tái)具有優(yōu)良起動(dòng)性能（起動(dòng)比為1，起動(dòng)電流可方便無(wú)級(jí)調(diào)整）的“鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)”。 4 技術(shù)的成熟程度，適用范圍 　　無(wú)刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器是已獲三項(xiàng)國(guó)家專利（專利號(hào)分別為：012774022、032197888、031128092），并通過(guò)省級(jí)性能鑒定和省級(jí)新產(chǎn)品鑒定。無(wú)刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器可廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、化工、礦山、建材等所有工業(yè)領(lǐng)域的球磨機(jī)、破碎機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵、打漿機(jī)等電機(jī)傳動(dòng)設(shè)備中繞線電機(jī)的起動(dòng)，它是頻敏變阻器起動(dòng)裝置的理想替代品。 5 應(yīng)用情況 　　無(wú)刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器自2003年3月投放市場(chǎng)，就以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的起動(dòng)性能、價(jià)格僅為同類起動(dòng)裝置的30%左右等特點(diǎn)產(chǎn)品，受到了用戶廣泛的好評(píng)，創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。產(chǎn)品在兩年的時(shí)間內(nèi)，就銷遍了中國(guó)大陸除西藏外的所有省、市主自治區(qū)，年產(chǎn)值達(dá)到300萬(wàn)元。下面是一些典型應(yīng)用實(shí)例： 　　天津市靜海水利局排灌中心站，有數(shù)十臺(tái)水泵電機(jī)，原均使用頻敏變阻器起動(dòng)柜起動(dòng)電機(jī)，由于它必須使用碳刷、滑環(huán)、起動(dòng)控制柜等裝置，故障率高。該公司為提高排水裝置的可靠性，決定全部采用“無(wú)刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器”，使起動(dòng)電流由電機(jī)額定電流的4倍降為額定電流的兩倍，滿足了該公司對(duì)起動(dòng)裝置的要求。 　　湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司，有兩臺(tái)380V，280KW球磨機(jī)電動(dòng)機(jī)，原均使用頻敏變阻器起動(dòng)柜起動(dòng)電機(jī)，電機(jī)起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流達(dá)到電機(jī)額定電流的4倍以上，單臺(tái)電機(jī)起動(dòng)時(shí)的電壓降達(dá)到電源額定電壓的10%以上。同時(shí)，由于該公司離電源中心較遠(yuǎn)，電源電壓較低，經(jīng)常出現(xiàn)電機(jī)起動(dòng)失敗現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)，出現(xiàn)起動(dòng)裝置損壞。采用“無(wú)刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器”后，電機(jī)的起動(dòng)電流降到電機(jī)額定電流的2倍左右，電機(jī)起動(dòng)壓降降為額定電壓的6%，并且從未出現(xiàn)電機(jī)起動(dòng)失敗現(xiàn)象，減少了電機(jī)運(yùn)行維護(hù)工作量和故障率，受到了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)人員的喜愛(ài)。 　　海螺集團(tuán)寧國(guó)水泥水的球磨電機(jī)起動(dòng)裝置，已全部更換成無(wú)刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器。由于可靠性高，運(yùn)行維護(hù)工作量小，不但降低了電機(jī)運(yùn)行維護(hù)成本，同時(shí)增加了水泥廠的產(chǎn)量，引起了海螺集團(tuán)公司的高度重視，該公司下文，要求各下屬水泥廠對(duì)現(xiàn)運(yùn)行的球磨電機(jī)起動(dòng)裝置進(jìn)行無(wú)刷自控運(yùn)行改造。