摘要：一般繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)通常是采用串入液體電阻起動(dòng)器實(shí)現(xiàn)降壓起動(dòng)，可有效地限制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流和降低機(jī)械轉(zhuǎn)矩的沖擊。

本文從大功率立式繞線異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)技術(shù)要求入手，通過大功率液阻起動(dòng)器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，滿足起動(dòng)時(shí)能極大地降低機(jī)械轉(zhuǎn)矩沖擊、減少起動(dòng)電流的同時(shí)外還能滿足大功率繞線式異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)要求和長期連續(xù)可靠地運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：繞線電機(jī)  超大功率  傳動(dòng)機(jī)構(gòu)  連續(xù)起動(dòng)   不同速度

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生產(chǎn)設(shè)備的大型化，工業(yè)領(lǐng)域的球磨機(jī)、破碎機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備中的電動(dòng)機(jī)容量越來越大。繞線式交流異步電動(dòng)機(jī)以其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的特點(diǎn)，在大功率傳動(dòng)設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用，但由于其自身的特性暴露出了其起動(dòng)問題：

◆電機(jī)直接起動(dòng)時(shí)的電流是額定電流的5～7倍，對(duì)供電設(shè)備、電機(jī)及所拖動(dòng)的機(jī)械設(shè)備的造成極大的損害；

◆起動(dòng)時(shí)因過大的起動(dòng)電流產(chǎn)生過大的電壓降，嚴(yán)重威脅著鄰近用電設(shè)備的安全運(yùn)行。

1、液體電阻起動(dòng)器的歷史與發(fā)展

針對(duì)大中型繞線式異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)難的問題，在上世紀(jì)30年代，首先在發(fā)達(dá)國家出現(xiàn)了利用液體電阻在中壓繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)上實(shí)現(xiàn)了降低機(jī)械轉(zhuǎn)矩沖擊的起動(dòng)，其良好的起動(dòng)性能已完全可以替代其他的起動(dòng)方式，但由于其使用環(huán)境的局限和后來的電子技術(shù)的飛速發(fā)展，國外在電機(jī)的起動(dòng)領(lǐng)域里已完全被固態(tài)軟起動(dòng)或變頻技術(shù)所占據(jù)，而液體電阻起動(dòng)器真正的蓬勃發(fā)展在國內(nèi)。早在70年代末就有模仿日本技術(shù)生產(chǎn)的早期液體電阻起動(dòng)器，與國外產(chǎn)品比較，我們的制造成本較低，裝置簡單，便于維護(hù)，其性能和價(jià)位都非常適合我國國情。在90年代的這10年里大中型繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)已經(jīng)廣泛采用了這一技術(shù)，通過對(duì)電機(jī)的起動(dòng)性能的分析，對(duì)于電機(jī)來說一個(gè)好的起動(dòng)過程應(yīng)是對(duì)電網(wǎng)影響小，起動(dòng)耗時(shí)短，沖擊電流沖量小，機(jī)械沖擊力小，噪聲小，電動(dòng)機(jī)溫升小的過程。

2、大功率液體電阻起動(dòng)器技術(shù)要求概述

為改善大中型繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能，通常是采用液體電阻起動(dòng)器進(jìn)行起動(dòng)。它的工作原理是通過在電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入液體電阻，一方面可以減小起動(dòng)電流，另一方面又可以降低機(jī)械轉(zhuǎn)矩沖擊，通過傳動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無級(jí)調(diào)整電阻值，使該電阻由大變小最后為零，實(shí)現(xiàn)電機(jī)無沖擊平滑起動(dòng)。該產(chǎn)品克服了傳統(tǒng)起動(dòng)器起動(dòng)電流大、操作不便、不能連續(xù)起動(dòng)等諸多不足，徹底解決了大中型電機(jī)起動(dòng)難的問題。

當(dāng)大功率立式繞線異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)要求比較特殊時(shí)，我們需要通過特殊的方案設(shè)計(jì)來解決用戶不同需求。以下為某用戶具體技術(shù)要求內(nèi)容。

2.1電機(jī)參數(shù)：額定功率：Pe=8500KW(繞線電機(jī)立式結(jié)構(gòu))；額定電壓：Ue=6000V；額定電流：Ie=985A；二次電壓：U2e=2498V；二次電流：I2e=2062A；額定轉(zhuǎn)速：ne=490rpm；

2.2電機(jī)需連續(xù)起動(dòng)，每天起動(dòng)次數(shù)≥40次；

2.3電機(jī)起動(dòng)時(shí)間為8～20min，且以固定周期進(jìn)行調(diào)速；起動(dòng)時(shí)間根據(jù)要求可以調(diào)整變化；

根據(jù)技術(shù)要求公司研發(fā)人員在充分研究了目前各種起動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)、電機(jī)起動(dòng)溫升、起動(dòng)次數(shù)的限制等要求，并吸收了現(xiàn)代液體電阻技術(shù)的精華，研制出了新一代的液阻起動(dòng)器，并在大功率電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的串入使用，實(shí)現(xiàn)電機(jī)無沖擊地平滑起動(dòng)，減小了起動(dòng)力矩對(duì)機(jī)組的機(jī)械沖擊，大大改善了被控電機(jī)的機(jī)械特性，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)多次起停要求，并順利通過用戶的驗(yàn)收，成功地解決了其它各項(xiàng)特殊技術(shù)要求。

3、大功率液體電阻起動(dòng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1、技術(shù)要求分析

從上述特殊的技術(shù)要求進(jìn)行分析后不難看出，第一該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)首先要有足夠大的電解液箱，來滿足每天不少于40多次的起動(dòng)要求，第二電解液箱的結(jié)構(gòu)不但能夠滿足安裝串入電阻的電極(動(dòng)、定極板)組件，還需進(jìn)行內(nèi)外循環(huán)過程中的熱交換；第三要有較大的框架來滿足所有零件的安裝；第四要有一種或多種可以滿足上述時(shí)間要求的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，滿足不同速度的要求。

3.2、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)上述技術(shù)要求及其功能配置要求，實(shí)現(xiàn)大功率繞線電機(jī)起動(dòng)用液體電阻起動(dòng)器結(jié)構(gòu)需要由五大部分組成，分別是電解液箱組件部分、支撐框架部分、極板組件部分、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部分、循環(huán)系統(tǒng)部分組成。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的最下面是電解液箱組件部分，電解液箱上部是支撐框架組件部分，最上面是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部分，極板組件設(shè)置在電解液箱組件內(nèi)部，循環(huán)系統(tǒng)部分設(shè)置在電解液箱的右后部。

該產(chǎn)品的電解液箱組件包含有外部鋼質(zhì)焊接電解液箱和內(nèi)部為絕緣材質(zhì)的電解液桶；在絕緣電解液桶內(nèi)放置極板組件，并設(shè)置有極板導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；提升動(dòng)極板的升降架安裝在支撐框架內(nèi)，通過頂部變頻電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)極板的上升與下降。在支撐框架的前部設(shè)置有與動(dòng)極板組件平衡用的配重塊，保持使用中的平衡。

3.3、關(guān)鍵技術(shù)研究

為實(shí)現(xiàn)其功能要求，該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)部分最主要的是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如何滿足技術(shù)要求是關(guān)鍵；其它部分圍繞傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及起動(dòng)要求進(jìn)行配置，達(dá)到總體使用性能要求。下面主要以傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部分的運(yùn)動(dòng)過程及設(shè)計(jì)要求為主進(jìn)行講述。

常規(guī)液體電阻起動(dòng)器產(chǎn)品為滿足繞線異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)與調(diào)速要求時(shí)，設(shè)備所用皮帶輪帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)、蝸輪蝸桿減速機(jī)帶動(dòng)絲桿等類型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)絕緣水箱內(nèi)的動(dòng)極板上升、下降運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)均為定速傳動(dòng)形式，速度不能大范圍調(diào)整。

該超大功率繞線異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)要求比較特殊，起動(dòng)時(shí)間長，串入的液體電阻起動(dòng)器產(chǎn)品內(nèi)的動(dòng)極板以V1速度向下運(yùn)動(dòng)，直至電機(jī)起動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速；當(dāng)電機(jī)起動(dòng)完畢后，旁路斷路器迅速合閘，并要求液體電阻起動(dòng)器的動(dòng)極板以V2速度快速提升到電機(jī)在n轉(zhuǎn)速時(shí)對(duì)應(yīng)的位置為下一次電機(jī)起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速準(zhǔn)備；當(dāng)電機(jī)再次起動(dòng)時(shí)，動(dòng)極板以V3速度運(yùn)動(dòng)直至電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速；依次完成后續(xù)起動(dòng)次數(shù)后，每天停機(jī)之前以Vn速度快速回程到最高位置(對(duì)應(yīng)“0”轉(zhuǎn)速)。電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)位置示意圖如下圖所示。

第一次下降運(yùn)動(dòng)：當(dāng)電機(jī)從“0”轉(zhuǎn)速起動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速時(shí)，串于電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的液體電阻起動(dòng)器動(dòng)極板下降慢速運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過變頻器的預(yù)定設(shè)置，變頻電機(jī)采用一種固定轉(zhuǎn)速并帶動(dòng)換向減速機(jī)兩端輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其中安裝在輸出軸上一端的鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿減速機(jī)輸入軸(蝸桿軸)上安裝的鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)蝸輪軸旋轉(zhuǎn)輸出至過渡鏈輪上，過渡鏈輪旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)電磁離合器(此時(shí)為吸合狀態(tài))輸出卷輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過提升鏈條帶動(dòng)升降架組件運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)液體電阻起動(dòng)器內(nèi)動(dòng)極板以V1速度與升降架、提升鏈條一起下降運(yùn)動(dòng)。

第一次快速上升：當(dāng)液體電阻起動(dòng)器極板需上升到預(yù)定位置時(shí)，通過變頻器的預(yù)定設(shè)置(配合電氣控制)，變頻電機(jī)采用一種反向固定轉(zhuǎn)速并帶動(dòng)換向減速機(jī)另外一端軸上安裝的單向聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)，單向離合器帶動(dòng)換向減速機(jī)傳動(dòng)，并將傳動(dòng)輸出至卷輪軸上安裝的鏈輪，并通過提升鏈條帶動(dòng)升降架組件運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)帶有鏈輪的扭力限制器向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)(此時(shí)電磁離合器為分開狀態(tài))，從而實(shí)現(xiàn)極板以V2速度快速上升，并為再次起動(dòng)準(zhǔn)備。此時(shí)安裝在卷輪軸上電磁離合器必須為失電狀態(tài)，才能保障卷輪軸向相反方向旋轉(zhuǎn)來提升升降架組件向上運(yùn)動(dòng)。

第二次下降運(yùn)動(dòng)：當(dāng)液體電阻起動(dòng)器極板下降并再次慢速運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過變頻器的預(yù)定設(shè)置，變頻電機(jī)采用V3轉(zhuǎn)速并帶動(dòng)換向減速機(jī)、鏈條、蝸輪蝸桿減速機(jī)、電磁離合器(此時(shí)為吸合狀態(tài))、輸出卷輪軸旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)液體電阻起動(dòng)器內(nèi)動(dòng)極板下降并以V3速度下降運(yùn)動(dòng)，直至電機(jī)起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速；之后根據(jù)控制要求實(shí)施后面40多次快速上升與慢速下降運(yùn)動(dòng)直至每天最后一次以Vn速度快速上升到每天第一次下降運(yùn)動(dòng)位置，等待第二天的開機(jī)起動(dòng)。

通過以上設(shè)計(jì)分析，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在整個(gè)設(shè)備的執(zhí)行過程中起動(dòng)關(guān)鍵作用。為防止傳動(dòng)失效需要對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。在整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中當(dāng)傳動(dòng)過程出現(xiàn)過載或因行程開關(guān)故障失效時(shí)，帶鏈輪的扭力限制器內(nèi)、外摩擦片自動(dòng)脫離后，提升與旋轉(zhuǎn)部分分離，從而有效保護(hù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與提升零件、組件；當(dāng)過載解除或電源斷開后，帶扭力限制器內(nèi)、外摩擦片自動(dòng)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)，有效地保護(hù)了整套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可靠的運(yùn)行與保護(hù)。

通過以上主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并配合各位設(shè)計(jì)功能，組裝成完整的產(chǎn)品，經(jīng)廠內(nèi)按技術(shù)要求檢驗(yàn)與用戶現(xiàn)場試驗(yàn)，產(chǎn)品滿足各項(xiàng)技術(shù)要求。

4、WYQ10-10000型大功率液體電阻起器的特點(diǎn)與應(yīng)用

4.1、優(yōu)點(diǎn)

1、設(shè)備能夠連續(xù)起動(dòng)，不受溫度上升影響；

2、適用范圍廣，可以滿足不同大功率電機(jī)起動(dòng)時(shí)間的要求；

3、傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械保護(hù)設(shè)置合理，安全可靠；

4、通過設(shè)置配重梁，傳動(dòng)過程平穩(wěn)；

5、精確的內(nèi)外導(dǎo)向，滿足動(dòng)、定極板正對(duì)面積要求。

4.2、缺點(diǎn)

1、設(shè)備體積大，安裝地基較大；

2、電解液箱容積大，設(shè)備檢修時(shí)電解液更換耗時(shí)長；

3、設(shè)備傳動(dòng)部件多，速度多，程序控制復(fù)雜；

5、結(jié)束語

通過大功率液體電阻起器產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，并進(jìn)行空載測試與帶載試驗(yàn)、試運(yùn)行和數(shù)月運(yùn)行，滿足了用戶針對(duì)超大功率立式繞線電機(jī)設(shè)定的各項(xiàng)起動(dòng)參數(shù)要求與各項(xiàng)技術(shù)要求，其卓越的起動(dòng)性能受到用戶的一致好評(píng)；同時(shí)該大功率液體電阻起動(dòng)器的投入使用，也創(chuàng)造了國內(nèi)繞線異步電動(dòng)機(jī)之最。