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          繞線式異步電動機液體電阻啟動器的使用

          發布日期:2019-5-13 15:53:02 點擊次數: 字體顯示:【大】  【中】  【小】

                現代大型水泥生產企業中,設備已趨向大型化、自動化方向發展。磨機、大型風機等大型重載設備多采用繞線式異步電動機拖動,電動機的功率從幾百千瓦到幾千千瓦,要想平滑、穩定、恒轉矩啟動這些大型設備,需從啟動到額定轉速運行時,達到啟動時間適當,無較大的電流沖擊效果,傳統上一般都采用金屬電阻器或頻敏變阻器來啟動,目前國內有很多水泥廠都采用液體電阻啟動器,我集團公司工業園1號線和2號線的大型設備用繞線式異步電動機拖動,采用的啟動器是液體電阻啟動(調速)器。因我公司使用的液體電阻啟動器較多,現就本單位液體電阻啟動器使用方面的經驗和有關問題簡單探討,供公司有關維修人員參考。
               
          一、液體電阻啟動器啟動的工作原理     
                1
          、液體電阻啟動器主要部件     
               
          液體電阻啟動器是有電液箱、動靜電極、電動升降(移動)機構及電控系統組成。同時設有溫度、電加熱等檢測裝置。電液箱由高強度PVC塑料板經專用設備焊制而成,箱內儲存有足量的電阻液。電動升降(移動)機構一般以皮帶傳動,導電板材質以電解銅為主,箱體和電極板的外形多為長方形。     
                2
          、液體電阻啟動器工作原理     
               
          繞線式異步電動機啟動時在轉子回路中串入一定值電阻,該電阻阻值隨著啟動過程進行無級的減小,直到啟動結束時該電阻短接,能有效地降低啟動電流和啟動瞬間電流和機械沖擊。調速用液體電阻調速器在穩定運行時,繞線式異步電動機轉子回路中還串聯一定液體電阻,阻值一般由機械負載動行條件決定。     
               
          利用液體電變阻器啟動繞線式異步電機時,電機轉子回路中接入的是液體電阻,由箱體內兩道絕緣隔板分隔而成的三個液體柱組成。液體柱底部(側部)有三個固定電極板,經絕緣母線引出箱體后與電機三相轉子繞組相連。液柱上方(側方)的三個活動電極板組成星形連接后與升降(移動)架固定在一起,隨傳動機械在限定的行程范圍內上下或左右運動,以改變兩極板間距離的方式調節有效液柱長度,過到改變啟動變阻器阻值的目的。
               
          二、幾種啟動器性能的比較     
               
          液體電阻啟動器與頻敏變阻器、油浸變阻器、金屬變阻器相比,具有啟動平穩可靠、啟動電流小、對電網無沖擊、能連續多次啟動等明顯優點。液體電阻啟動器因結構簡單,維修方便造成價低被我公司廣泛使用。液體電阻啟動器在啟動性能方面具有較大的優越性,當然對繞線式異步電動機轉子回路串入附加電阻啟動的技術原理必須熟知,才能更好的應用。
              
          三、液體電阻啟動器的阻值計算方法及其應用     
                1
          、繞線式異步電動機轉子回路串附加電阻的作用     
               
          轉子回路中串入附加電阻,不但使電動機啟動電流減小,而且因轉子功率因數提高,可使啟動轉矩增大。啟動過程中轉矩的變化情況如圖1所示。

               M-轉矩;S-轉差率;SC-最大轉差率;
                Me—
          額定轉差矩;r2-轉子電阻

           

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                由圖1可見,轉子回路中串入的電阻不同,電機的轉差率及機械特性也發生變化, 即附加電阻越大,起動力矩越大,且機械特性隨起動過程中附加電阻由大到小變化而越來越強。大轉子電阻可使臨界轉差率增大,而最大轉矩幾乎不變。由電機學知道,串接電阻阻值不同就可以得到不同的臨界轉差率,因此當外加電阻適當時,即可滿足減小轉子電流,提高啟動轉矩的作用。但電阻如果太大時,則起動轉矩變小,機械特性太軟就無法啟動了,阻值適當則限制轉子電流,轉子功率因數也得其改善。轉差率及臨界轉差率的變化影響啟動轉矩。所以啟動轉矩應根據電動機拖動的設備負荷大小,可取額定轉矩的2倍左右,但不得大于最大轉矩的85%。
               2
          、轉子回路附加電阻的計算方法      
               
          目前很多書中和廠家介紹液體變阻器電阻計算方法,常見的有:
          R
          =       (1式)
          式中:R2f---附加電阻;
          U2e---
          轉子額定電壓;
          I2e---
          轉子額定電流;
          Km---
          啟動轉矩比(1.1-1.3);
          I1e---
          定子額定電流;
          I1---
          定子運行電流
          R
          ×-   (2式)
          式中:nk---串入附加電阻后啟動電流與額定電流之比;  
          n---
          不加附加電阻時啟動電流與額定電流之比。
               
          以上兩個公式在計算R2f時,有許多未知參數。在大型的設備特別是負荷有變化的,運行中電機電流也要變化,因此很難取出準確值,要靠估算,公式中的一些參數有時要靠人為去設定,這樣免了有較大的差。我公司液體電阻啟動器使用較多,用的設備負載也不一樣,電機拖動的設備性能各有差異,如:磨機、風機等,功率從幾百千瓦到幾千千瓦,最大的2號線生料磨電機3550KW 。對于磨機應用1)式計算可能啟動負載大(啟動時負載受很多因素和環境制約,當時的物料情況、研磨體裝載量情況、氣候情況等),加之啟動器兩電極行程及啟動時間固定,而產生電動機啟動時過流跳閘。很難確定公式中的一些參數的準確合理值。所以我們為了方便計算,將以上兩個公式中有些參數實際可以省略計算,電機轉矩與轉子電流有關,電流與轉子電阻有關,在定子電源電壓及頻率不變的條件下,主磁通不變,定子電流只隨轉子電流變化,因此計算中可忽略定子電流情況,使計算方法比較簡單。
                3
          )啟動時:R2f=2
                                      
          3)式
               
          調速時:R2f=3
                                      
          4)式
          通過以上公式計算的方法,配合液體阻值曲線(見圖2),

              只要考慮轉子額定電阻再乘上一個系數,從而得出的R2f值,還可以由電機學知識計算同啟動時轉差率、啟動轉距及機械特性。在多年生產應用中效果還是很好的。需求說明的是,在計算中利用轉子電壓電流計算電阻公式的含義是轉子額定電阻,并非真正轉子線圈電阻,一般電動機轉子每相繞組要用雙電橋才能測出。電動機出廠說明書中所標線圈電阻值與通過電機學公式計算值比有點偏大,因為電動機在設計制造成中因材料性能及線圈要有許多接頭的接觸電阻等到多種因素,理論設計數據及實際測量數據有些偏差,但繞線式電動機啟動時轉子回路的總電阻應為轉子線圈電阻加附加電阻。

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                四、液體電阻液配制和測量     
               
          液體電阻液一般采用工業用的無水碳酸鈉(Na2CO3,再加上純凈水或自來水(最好是蒸餾水)配制。先將Na2CO3用熱水溶解后,倒入液體變阻器水箱中混合均勻攪拌,一邊測量動靜極板之間的電阻,要逐相測量,測量阻值的方法采用電流表--電壓表測量,使理論計算值和實測量值保持一致,直到計算值。如果使用結晶鈉配制,則(3)式 的系數要改為2.7。在電阻液配制過程中,可先按計算電阻值調好,然后在開機過程中再根據啟動負荷的大小適當調整。如配制的阻值偏大,電動機在啟動時機械特性太軟,當啟動器極板行走 一段距離時電動機才轉動,且啟動電流小,在切除電阻器瞬間,有較大的沖擊電流造成電動機速斷跳閘。如配制的電阻液偏小,則在電極板行走過程中因啟動電流太大造成電動機未啟動就過流跳閘。一般我們使用時,控制阻值在R2f 1 ±5%)左右,因環境和負載的許多情況都不一樣,所以要根據實際情況確定?傊,電阻液阻值要根據設備啟動狀況而定,使阻值調整到最大轉矩發生在啟動瞬間,也就是轉差率較大時刻,符合圖1 曲線的要求。
               
          五、液體電阻器電極間距及行程時間的控制        
               
          根據多年的使用權用經驗,電極之間的距離所測得液體電阻值就電計算的附加電阻,而電極行走的時間就是電動機的啟動時間。從現在使用情況來講電動機功率大的啟動時間要長一些,電動機功率小的啟吉時間短一些。我們認為在啟動附加電阻計算值確定后,重要的是啟動器的電極間距及電極的行程時間,這個距離決定了電動機啟動是否穩定、平滑、無沖擊電流、滿足電動機的啟動機械特性的要求。電極行程時間總體來講示宜太短,否則會出南上面所講的過流、速斷問題,但若太長則會使電阻液體發熱。從使用經驗來講一般取20-45S為宜,有時特大的電動機也采用60S。
               
          六、液體電阻器使用中應注意的幾個問題     
                1
          、液體變阻器箱內液面太高,在電極移動過程中會造成液體溢出使相間短路而產生電弧燒壞箱體和電極;太低會造成液體在啟動過程中因液體太少使單位散熱量不能而沸騰。     
                2
          、活動電極的行程控制開關一定要可靠,下限開關不可靠時因液體電阻器不切除而造成液體箱沸騰和傳動機構損壞;上限不可靠時會使傳動機構卡死頂壞啟動器。因此我們在使用過程中,采取上下限位開關備用并聯雙保險式的控制方式。     
                3
          、動靜電極板應定期檢查、除銹、以防電極導電性能減退影響使用。最好每日一次,發現問題及時處理或更換。     
                4
          、三相電極絕緣箱之間及對外殼之間一定要絕緣良好(絕緣電阻一般最好不低于2M ),否則會造成短路燒壞設備。     
                5
          、切除液體電變阻用的接觸器,最好采用質量較好的,且接觸器內的觸頭要有足夠的接觸壓力 ,否則當三相接頭壓力不均衡時,會造成電動機運行電流擺動或星點母排線發熱,發現不及時甚至燒粘燒壞。     
                6
          、電動機啟動前要檢查啟動器極板是不在初使位置上,最好液體變阻器先空啟動一次 ,同時也看一看變阻器的各部份是否正常。     
                7
          、電動機啟動完成后看一看變阻器是否切除,極板是否回到初使位置。
               
          七、液體變阻器常見故障與處理     
               
          液體變阻器常見的故障有:上、下限位行程開關受腐蝕或磨損后接觸不良引起控制失靈;進線電源相序錯位后電動升降機構沖出極限位置運行而損壞起動裝置等。     
                1
          、行程開頭故障     
               
          液體變阻器一般采用機械式行程式開關,安裝在電液箱上方。由于電解液具有較強的腐蝕性,常出現行程開關外殼銹蝕和導電接點接觸不良等故障?稍谙渫鈧仍黾右粚ν愋托谐涕_關,將其觸點分別與第一組行程開關移至箱體外安裝,除了仍具有上面的保險作用外還減輕了電解液對開關的化學銹蝕作用;在可靠性方面有較高要求時則采用高精度無接點開關代替機械式行程開關,能有效消除因接觸不良引起的故障。     
                2
          、電源倒相故障      
                
          電源倒相在液體變阻器安裝調試階段極易出現,一般應先手動使動極板下降至箱體中間位置后再通電檢查電機旋轉方向,務必使電極升降與系統控制要求相一致。最好設計電源倒相電路,防止因倒相產生的事故。     
                3
          、電氣回路故障
               
          液體變阻器電氣控制大致可分三部分:1)主回路,包括電動機的定子和轉子接線;2)液體變阻器極板升降控制部分;3)二次控制回路。     
               
          二次控制回路接線故障較多。啟動回路,只有當內、外電路所有條件如溫度正常;極板位置正確、行程開關狀態正常;主電機短接接觸器斷電開路,以及其它電路中要求滿足的條件全部滿足啟動要求時,該回路才輸出允許啟動信號。該電路涉及的電氣元件多,有控制極板上下運行的行程開關等;且各類元件和接點分布地域廣,既有安裝在液體變阻器內的元件,又有安裝在高低壓電氣控制屏內的,還有安裝在進相機或電機現場的。相互之間距離較遠,采用導線連接時大部分接點以串聯的方式相連,任一個接點故障都會影響到正常工作,因而出現故障時查找比較困難。在日常運行中需要經常檢查變阻器的液位、溫度是否正常,檢查各接線連接是否完好,接觸是否緊密;各類接觸器、繼電器接點彈簧壓力是否正常,各行程開關位置是否準確等等;有時某個行程開關位置固定失當也會引起接點閉合不全而失常。     
               
          主回路電氣故障雖不多見,但也時有發生,出現啟動結束后轉子短接接觸器未及時閉合,造成變阻器長期通電,發生電機轉速下降,電解液溫度升高而沸騰,碳酸鈉溶液化作泡沫溢出箱外等事故。但從根本上說,此類故障仍應從查找控制短接接觸器的二次控制回路入手。     
                4
          、電液箱箱體故障     
               
          箱體滲漏故障的特點較隱蔽,查找困難,容易與電機轉子入地、轉子引出線入地等常見電氣故障相混淆。滲漏點往往位于箱體底部隱蔽處,附近既無明顯裂縫或孔洞,甚至連滲漏也往往不是連續的。要經常測量箱體和機架(地)之間的絕緣電阻,當此電阻小于1M時要詳細檢查箱體,如果箱體滲漏量不大,在電液箱體與金屬構架間墊一層2~mm厚度的絕緣軟橡皮將電阻液入地回路阻斷后就可暫時解決問題。滲漏嚴重時應該更換箱體或進行修補。      
                
          箱體變形故障主要是材質和制造質量問題,箱體外筒壁和隔離板需要用1mm厚度的PVC塑料板強度不足或焊接質量不良引起。連續啟動產生的熱量積聚使電解液溫度升高,長期過熱后箱體出現變形。對于嚴重變形的箱體應及時更換。設計不當有時也會引起箱體變形,箱體容積大小決定了液體變阻器熱容量的大小,液體變阻器能連續多次啟動而不出現較大溫升,主要是電解液具有較大的熱容量。因而一般要求變阻器箱體盡可能大,以保證有足夠的熱容量,否則,應考慮擴大箱體容積。      

           

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                5、傳動機構和極板故障     
               
          液體變阻器最常見的傳動方式是電機通過皮帶輪減速后由絲桿拖動傳動架在導軌或導槽內運動,導軌與滑塊結合面越緊密,則傳動架在移動過程中越平穩。其常見故障為滑塊松動、滑塊卡滯和傳動皮帶張力不當。因而在日常維修保養中要經常注意傳動機械的潤滑,及時調整皮帶的松緊程度。傳動機構的運行速度對電機啟動性能也有一定影響,運行速度過快,電機啟動時間短,運動過程中的沖擊力相應增大,行程開關受沖撞造成開關過度磨損,且容易產生行程過沖。因而導致板傳動架的移動線速度不宜超過2mms,啟動過程時間一般在20~45s之間。      
                
          極板以電解銅材料為主,極板通常厚度為68㎜,機械強度較差,在長期運行中容易引起變形。嚴重時曾發現過厚度2~3㎜的極板在使用中出現極板卷曲事故。同時電解銅導電極板受電解液腐蝕,在表面出現一層深綠色氧化物,時間長久后也會對啟動帶來不良影響。最好能在其外表均勻鍍錫,以增加防腐性能,還要定期進行清洗。     
               
          安裝極板時必須注意水平度和垂直度,確保運行中極板平面保持平行。     
                6
          、電阻液故障     
               
          電阻液是一種弱酸強堿性鹽溶液,呈堿性。水泥廠生產現場的灰塵污物等容易進入電液箱內并在箱體底部沉積,需定期對箱體進行清洗和電阻液箱內濃度發生較大變化時也必須重新配置電阻液。     
               
          電阻液常因發熱、蒸發和環境條件、溫度變化等因素引起水分大量消耗,為了保持箱體內正常液位,需經常向電液箱內增添純凈水進行補充。一旦箱體內液位低于動電極板,此時如不及時采取補液措施,電機啟動時相當于轉子回路開路,必須會引起很大的沖擊電流而導致系統跳閘,其后果十分危險。電液箱內液體總量顯著減少,會使變阻器的熱容量遠小于設計值,電機啟動過程中產生的熱量會引起電阻液溫度上升過快。     
                7
          、啟動性能不理想     
               
          電動機啟動電流大:電解液濃度過大即電阻值小,會引起電機啟動電流增大,對電網沖擊變大。先將箱體內溶液用水泵或其它設備取出部分,使箱內液內液面顯著下降后,再加入純凈水稀釋溶液濃度,使溶液電阻與計算值相接近。當然電機啟動電流的大小與機械負荷的變化也有一定關系。     
               
          正常運行較長時間后發生啟動電流增大,如果不存在機械等方面原因,一般需要對變阻器內電阻值重新測量,特別是高溫環境下或干燥冬季的過量蒸發容易使箱體內水分大量減少,引起溶液濃縮而阻值顯著減小。液體變阻器啟動時可以將啟動電流控制在1.1~1.2倍電機額定電流范圍內。     
               
          二次沖擊電流大:一臺配置合理的液體變阻器能夠使啟動過程中電流變化接近一條直線。二次沖擊電流是指電機由啟動轉入運行過程時出現的一個較大的短暫沖擊電流值。一般認為由啟動電阻配置不當或電機沒有完成啟動過程而提前進入運行引起。合理調整啟動電阻值,調整動、靜電極板間行程以延長啟動時間都是常用方法。此外還可考慮改變變阻器移動機構運行速度來增加啟動時間。     
               
          啟動速度慢:電解液濃度過小,電阻值大,易出現啟動轉矩顯著減小而電機無法正常啟動,即使能勉強啟動,啟動結束后的二次沖擊電流也相當大。如果出現這類情況,一般首先應考慮電阻液配置方面存在的問題。檢測后如果確認需要降低電阻值,可有40~6溫水溶解少量粉狀碳酸鈉作為母液,逐相均勻摻入電液箱內以降低電阻值,但需隨時測量電阻具體數值,切忌過度。直至能滿足啟動要求為止。

           

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