純堿系統(tǒng)煅燒爐主傳電機(jī)及控制回路改造研究

趙以軍 劉強(qiáng)

摘 要 因我廠用煅燒爐電機(jī)原設(shè)計(jì)為水阻降壓繞線式電機(jī)，繞線式電機(jī)在運(yùn)行中碳刷磨損、碳粉進(jìn)入定子堂內(nèi)，使電機(jī)繞組絕緣性能下降，造成繞組燒毀，從而影響正常生產(chǎn)。為了解決定子繞組燒毀問題，徹底消除碳刷碳粉對定、轉(zhuǎn)子繞組的影響。我車間擬將 原設(shè)計(jì)中的繞線式電動(dòng)機(jī)更改為鼠籠式電機(jī)。在控制方面利用更先進(jìn)的變頻調(diào)速啟動(dòng)來代替繁瑣的水阻柜啟動(dòng)，在控制方面也得到了大大提高和改善，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)更便捷。

關(guān)鍵詞 水阻降壓;電動(dòng)機(jī);變頻器;改造

1水阻降壓的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

電機(jī)的啟動(dòng)和停止動(dòng)作以及在電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中都會(huì)對系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響，交流異步電機(jī)由于其工作原理決定了電機(jī)在直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流會(huì)超出電動(dòng)機(jī)額定電流，可達(dá)額定電流的4～7倍，而且電機(jī)繞組由于在短時(shí)間內(nèi)有大電流通過，繞組本身會(huì)產(chǎn)生較高的溫度，在這種狀況下，如果頻繁的對電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)操作，則很有可能造成繞組溫度超出絕緣涂層最大耐受溫度而造成繞組間絕緣系數(shù)的降低甚至短路，從而損壞電機(jī);而且電機(jī)屬于感性負(fù)載，在啟動(dòng)的瞬間會(huì)使線路及變壓器等載流元件的損耗增加而造成電網(wǎng)電壓下降。所以，對一些大功率電機(jī)，一般采用減小啟動(dòng)電流小、延長啟動(dòng)時(shí)間及通過串接電阻等來控制啟動(dòng)電流大的問題，即降壓起動(dòng)方式。

優(yōu)點(diǎn);相同材質(zhì)的電阻取決于材料的橫截面積和長度，而水阻降壓設(shè)備正是利用了改變其長度而控制電阻變化的原理，如圖1所示，在水阻降壓系統(tǒng)中，電機(jī)的繞組與水阻柜極板串聯(lián)而成，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)由于極板間的距離較遠(yuǎn)，此時(shí)電阻非常大，電機(jī)繞組無法產(chǎn)生大電流，因此對電網(wǎng)影響很小。極板之間的距離會(huì)隨著時(shí)間逐漸減小，此時(shí)電阻也會(huì)逐漸減小，而電機(jī)繞組的電流會(huì)逐漸增大。最終兩極板直接接觸，水阻降壓系統(tǒng)內(nèi)部電阻無效趨近于0，此時(shí)電機(jī)繞組電流才會(huì)達(dá)到最大值。這個(gè)過程可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定為10-40秒。這種利用電阻控制繞組電流大小的方式對電動(dòng)機(jī)、電網(wǎng)等方面有很好的保護(hù)作用。這種控制方法下，電機(jī)的啟動(dòng)電流一般只為額定電流的1.3倍，而且繞線式電機(jī)是純電阻性的，不會(huì)在分、合閘的時(shí)產(chǎn)生高電壓而損壞電機(jī)的絕緣。

缺點(diǎn);水阻柜裝置的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、二次回路有點(diǎn)復(fù)雜和煩瑣。在純堿行業(yè)里因環(huán)境等諸多問題造成觸點(diǎn)接觸不良停車。頻繁啟動(dòng)使水阻液體溫度升高、繞線式電機(jī)碳刷磨損、檢修維護(hù)量過大等問題。用此裝置時(shí)基本每個(gè)月都會(huì)有時(shí)段需停機(jī)維護(hù)，從而降低了運(yùn)行效率、提高了檢修成本。在二次回路方面?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)構(gòu)元器件多樣化，電氣及機(jī)械故障率明顯較高，給電工人員帶來了頻繁性的維護(hù)和保養(yǎng)，增加了各方面的成本。而且在設(shè)備運(yùn)行過程中液體長時(shí)間帶電，對維護(hù)人員自身帶來了安全隱患。

2三相異步繞線式電動(dòng)機(jī)

三相異步電機(jī)在化工企業(yè)普遍采用，它是通過電磁感應(yīng)原理，在定子和轉(zhuǎn)子繞組通過正弦交流電流以后，產(chǎn)生磁場。因?yàn)槎ㄗ雍娃D(zhuǎn)子在同一時(shí)刻磁場存在夾角，由同性相斥，異性相吸的作用產(chǎn)生力矩而推動(dòng)轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)動(dòng)。三相異步電機(jī)主要由定子鐵芯、繞組、冷卻風(fēng)扇和基座等部件組成[1]。按結(jié)構(gòu)分為鼠籠式和繞線式兩種電動(dòng)機(jī)。第一種是鼠籠式異步電機(jī)，它的轉(zhuǎn)子是由3～5㎜的硅鋼片組成的鐵芯組成，結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、適用場合普遍。第二種是我們這次牽扯到的電機(jī)說的是繞線式三相異步電機(jī)，他的轉(zhuǎn)子是銅線繞制的線圈，線圈后面是通過滑環(huán)引到控制設(shè)備上，它具有啟動(dòng)電流小且可以控制和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等特性，在功率較大的電機(jī)上得到了使用。缺點(diǎn)是它的調(diào)速性能較差，在運(yùn)行時(shí)從配電電網(wǎng)吸收無功功率，使電網(wǎng)的功率因數(shù)變差，從而還要加裝補(bǔ)償裝置來補(bǔ)償功率因數(shù)，因我廠從設(shè)計(jì)方面考慮節(jié)能要素，而這一點(diǎn)并不妨礙繞線式異步電動(dòng)機(jī)的廣泛使用。繞線式異步電動(dòng)機(jī)的種類按各種需求、環(huán)境的不同之分，從不同的使用場所有不同的類別法分很多種，本文不做論述。

3變頻器控制

變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與電子技術(shù)，采用獨(dú)特的控制方式來實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩、高精度的設(shè)備。它能滿足各種環(huán)境溫度差、現(xiàn)場粉塵大的惡劣場所，大大提高了運(yùn)行的可靠性。一般情況下，市電的頻率為50Hz，變頻器的作用就是改變對電機(jī)繞組供電時(shí)的頻率，當(dāng)這個(gè)頻率低于50Hz時(shí)稱為變頻運(yùn)行，當(dāng)頻率等于50Hz時(shí)稱為工頻運(yùn)行，此時(shí)變頻器退出變頻狀態(tài)，使得電機(jī)在工頻下運(yùn)行。而改變對電機(jī)繞組供電頻率的這一控制狀態(tài)能夠有效調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速從而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。另外，變頻器還提供了豐富多樣的外置接口，包括過流、過壓、過載保護(hù)等，通過利用這些接口能夠更好地保護(hù)電動(dòng)機(jī)免受損壞。在PI、簡易PLC還有靈活的端子控制方面也大大提升了空間。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的使用。我廠用變頻器是高性能開環(huán)適量變頻器，可用來控制交流異步電動(dòng)機(jī)和永磁同步電機(jī)，具有防跳閘和適應(yīng)惡劣電網(wǎng)、溫度和粉塵的性能，提高了運(yùn)行的可靠性。它采用多重化PWM方式控制技術(shù)和電磁兼容性整體設(shè)計(jì)，應(yīng)對了場所的噪音、低電磁干擾的環(huán)保要求輸出電壓波形接近正弦波。而且變頻器都采用了模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)更緊湊，維護(hù)更方便，增強(qiáng)了產(chǎn)品的互換性[2]。而且我公司對變頻器控制回路加裝了光電耦合模塊，能夠抵抗電磁干擾，粉塵等不利因素，使得系統(tǒng)運(yùn)行更可靠、更穩(wěn)定。

4結(jié)束語

經(jīng)過將水阻降壓系統(tǒng)更換為變頻器，改變電動(dòng)機(jī)的選型切實(shí)能夠提高生產(chǎn)效益，減少了對電機(jī)的維護(hù)量，安全性能方面也得到了提高，運(yùn)行更穩(wěn)定，真正實(shí)現(xiàn)了集中控制一體化，對降低設(shè)備成本，提高設(shè)備可靠性具有極大的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 文孟莉.電氣技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009：55.

[2] 劉紅安.變頻器應(yīng)用中存在的干擾問題及對策[J].中外企業(yè)家， 2020（5）：23-24.