什么是無(wú)刷無(wú)環(huán)起動(dòng)器

【專家解說(shuō)】：專利申請(qǐng)?zhí)?200920092058.8 河南全新液態(tài)起動(dòng)設(shè)備有限公司自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),獨(dú)家生產(chǎn) 無(wú)刷自控電機(jī)液阻起動(dòng)器原理與應(yīng)用 1.背景技術(shù) 鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)，起動(dòng)電流達(dá)到電機(jī)額定電流的5-8倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩只有電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的0.6-1.2倍(隨著電機(jī)容量的增大,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越來(lái)越小)，電機(jī)的起動(dòng)比小于0.2。如采用降壓起動(dòng)，不但起動(dòng)設(shè)備復(fù)雜，成本高，還由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與起動(dòng)電流的平方成正比，電機(jī)的起動(dòng)比成正比地減少,因此, 鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)+起動(dòng)裝置,只能用在起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小的風(fēng)機(jī)、水泵等電機(jī)上，而不能用在球磨機(jī)、破碎機(jī)、軋鋼機(jī)等設(shè)備中。 三相繞線式轉(zhuǎn)子交流異步電動(dòng)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)。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。但三相繞線式轉(zhuǎn)子交流異步電動(dòng)機(jī)因需將轉(zhuǎn)子電流通過(guò)電刷、滑環(huán)、電纜等引到地面且常用起動(dòng)設(shè)備存在以下不足: A、頻敏變阻起動(dòng)柜:它是將繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子回路通過(guò)滑環(huán)、碳刷引入地面的頻敏變阻起動(dòng)柜內(nèi)，在電機(jī)起動(dòng)時(shí)，串入頻敏變阻器，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，轉(zhuǎn)子電流頻率的降低，頻敏變阻器阻抗逐步減少，達(dá)到連續(xù)限制電機(jī)起動(dòng)電流的目的。電機(jī)起動(dòng)結(jié)束后、還需通過(guò)接觸器或短路環(huán)將頻敏變阻短接(部分中小型電機(jī)在轉(zhuǎn)子上裝有短路環(huán))。串頻敏變阻器起動(dòng)，由于頻敏變阻器實(shí)際上是一個(gè)電感元件，它降低了電機(jī)的功率因數(shù)，電機(jī)的起動(dòng)比小于0.55。因此，它一般用在對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高的風(fēng)機(jī)、水泵、空壓機(jī)和球磨機(jī)電機(jī)上。它的變形產(chǎn)品: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)電機(jī)無(wú)刷運(yùn)行。無(wú)刷無(wú)環(huán)起動(dòng)器存在:(1)起動(dòng)電流一經(jīng)出廠，就無(wú)法調(diào)整。(2)重量是無(wú)刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器的2倍以上，且起動(dòng)器最大功率無(wú)法越過(guò)500KW。(3)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，降低了拖動(dòng)系統(tǒng)的效率。 B、繞線式異步電機(jī)串電阻多級(jí)起動(dòng)柜，它也是將電機(jī)轉(zhuǎn)子電流引入起動(dòng)柜內(nèi)，通過(guò)時(shí)間、電流或凸輪控制器改變電阻的大小，達(dá)到增加電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、減少起動(dòng)電流的目的。它的最大優(yōu)點(diǎn)是:由于串入轉(zhuǎn)子回路是純電阻，功率因數(shù)高，起動(dòng)比接近1。但起動(dòng)控制裝置復(fù)雜，且起動(dòng)過(guò)程中需頻繁切換起動(dòng)電阻，造成多次沖擊電流，因此，它只用在對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求特高的起重機(jī)，軋鋼機(jī)等設(shè)備上。它的變型產(chǎn)品是:繞線式異步電動(dòng)機(jī)液態(tài)電阻起動(dòng)柜，它是將液體電阻串入電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路，通過(guò)伺服電機(jī)改變極板的距離，從而改變液體電阻的大小，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。它與凸輪控制器改變電阻相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是:1)無(wú)級(jí)連續(xù)調(diào)整電機(jī)電流，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;缺點(diǎn)是:1)常見的繞線式異步電動(dòng)機(jī)液態(tài)電阻起動(dòng)柜，沒(méi)有考慮液體電阻對(duì)極板及其傳動(dòng)設(shè)備的腐蝕作用;2)沒(méi)有考慮裝置的密封和防爆、沒(méi)有考慮環(huán)境溫度對(duì)起動(dòng)裝置的影響，造成壽命低;3)電機(jī)起動(dòng)過(guò)程完全由伺服電機(jī)控制，不能自動(dòng)適應(yīng)電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程;4)應(yīng)用范圍小，不能安裝在有振動(dòng)的地方(如行車上)和北方的室外;5)體積大、運(yùn)行維護(hù)工作量大、造價(jià)高等缺點(diǎn)。 C.柜式起動(dòng)設(shè)備均需將轉(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。因?qū)﹄姍C(jī)保養(yǎng)提出了更高的要求。同時(shí)電機(jī)起動(dòng)過(guò)程人為給定，不能適應(yīng)不同負(fù)載;起動(dòng)裝置元器件多、二次回路復(fù)雜、故障率高、維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)要求高、拖動(dòng)系統(tǒng)綜合價(jià)格高是它們共同的另一個(gè)通病。 2 技術(shù)原理 一.無(wú)刷自控電機(jī)液阻起動(dòng)器是結(jié)合了無(wú)刷無(wú)環(huán)起動(dòng)器和液態(tài)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)液態(tài)電阻起動(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，使繞線式異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)刷自控運(yùn)行的裝置。它主要由機(jī)殼、電解液、極板、壓力彈簧、接線柱、安全排氣閥等構(gòu)成。它的內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示: 當(dāng)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，一方面，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，動(dòng)靜極板在離心力的作用下，逐步靠近，串入電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)的電阻成比例地減少，并在接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，動(dòng)靜觸頭短接，電阻降為零;另一方面，動(dòng)靜極板間的水電阻，因通過(guò)電流而發(fā)熱，在水電阻負(fù)溫度特性的作用下，電阻也會(huì)逐步減少。在電機(jī)轉(zhuǎn)速和溫度兩方面的作用下，使電動(dòng)機(jī)以近似于恒定電流、恒定轉(zhuǎn)矩起動(dòng)。 無(wú)刷自控電機(jī)液阻起動(dòng)器出廠后，用戶可以通過(guò)改變電解液的濃度，改變起始電阻的大小，以達(dá)到方便無(wú)級(jí)調(diào)整電機(jī)的起始(堵轉(zhuǎn))電流，滿足不同負(fù)荷對(duì)起始電流的要求。 二.為保證水電阻能在電機(jī)轉(zhuǎn)子上長(zhǎng)期免維護(hù)運(yùn)行，無(wú)刷自控電機(jī)液阻起動(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:1、對(duì)金屬(銅和鋼)具有防銹作用;2、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);3、電解液的冰點(diǎn)為-25℃，沸點(diǎn)為100℃，以滿足不同環(huán)境下安全工作的要求。 B.起動(dòng)器采用金屬全密封結(jié)構(gòu)(只有接線柱與排氣閥孔)，盡可能減少密封面數(shù)量，以免泄漏。 C.設(shè)置安全排氣閥，在電機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速后，自動(dòng)打開排氣閥，保證正常運(yùn)行時(shí)，起動(dòng)器內(nèi)部的壓力與大氣壓一致;靜止時(shí)，為避免因電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)，電解液燒開、起動(dòng)器內(nèi)部壓力升高，安全排氣閥會(huì)自動(dòng)泄氣，保證電機(jī)及起動(dòng)器的安全。 3 性能指標(biāo) 無(wú)刷自控電機(jī)液阻起動(dòng)器實(shí)現(xiàn)了繞線式異步電動(dòng)機(jī)無(wú)刷自控運(yùn)行，避免了繞線式異步電機(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)，達(dá)到了以下效果: a)無(wú)刷自控電機(jī)液阻起動(dòng)器能以起動(dòng)比為1的方式起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。避免了鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)，起動(dòng)比小于0.2。安裝液態(tài)電阻(熱變電阻)、磁控電抗器、固態(tài)(晶閘管)軟起動(dòng)設(shè)備，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與起動(dòng)電流的平方成正比，當(dāng)電流降低50%時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低75%的影響，起動(dòng)比小于0.1這一缺點(diǎn)。 b)無(wú)刷自控電機(jī)液阻起動(dòng)器出廠后，用戶可以通過(guò)改變電解液的濃度，改變起始電阻的大小，以達(dá)到調(diào)整電機(jī)的起始(堵轉(zhuǎn))電流，滿足不同負(fù)荷對(duì)起始電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，避免了傳統(tǒng)起動(dòng)裝置起動(dòng)電流不能無(wú)級(jí)調(diào)整這一缺點(diǎn)。 c)無(wú)刷自控電機(jī)液阻起動(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。其它起動(dòng)裝置一般靠時(shí)間繼電器、電流繼電器等間接控制;電機(jī)起動(dòng)結(jié)束后，還要靠人去將起動(dòng)裝置退出運(yùn)行(特別是高壓電機(jī))，如退出時(shí)機(jī)不對(duì)，會(huì)威脅電機(jī)、機(jī)械、供電和起動(dòng)設(shè)備的安全運(yùn)行。 d)當(dāng)電網(wǎng)電壓較低或負(fù)載較重，造成電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不足時(shí)，水電阻的溫度會(huì)因通過(guò)電流而升高，電阻自動(dòng)降低，從而逐步提高電機(jī)電流，增加電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，確保電機(jī)一次起動(dòng)成功。 e)無(wú)刷自控電機(jī)液阻起動(dòng)器使電機(jī)的起動(dòng)電流限制在額定電流附近，避免過(guò)大的起動(dòng)電流對(duì)電機(jī)和供電設(shè)備造成的各種危害。 f)如電機(jī)出現(xiàn)長(zhǎng)期堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，電機(jī)會(huì)自動(dòng)加熱電解液。由于消耗在電解液上的有功功率遠(yuǎn)大于消耗在電機(jī)繞組上的有功功率，電解液會(huì)很快燒開，當(dāng)電解液燒干后，電機(jī)轉(zhuǎn)子沒(méi)有通電回路，相當(dāng)于起動(dòng)電阻變成無(wú)窮大，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。 g)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。 h)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(不用配置起動(dòng)控制柜及相應(yīng)電力電纜、控制電纜，不用考慮起動(dòng)設(shè)備安裝調(diào)試，就能使電機(jī)以起動(dòng)比為1起動(dòng))的“鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)”。起動(dòng)設(shè)備安裝完成后，對(duì)起動(dòng)裝置無(wú)需進(jìn)行任何操作和維護(hù)。 4 技術(shù)的創(chuàng)新性與先進(jìn)性 A.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，使繞線式異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)刷自控運(yùn)行。 B.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100℃，以滿足不同環(huán)境下安全工作和提高使用壽命的要求。 C.設(shè)置安全排氣閥，在電機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速后，自動(dòng)打開排氣閥，保證正常運(yùn)行時(shí)，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、起動(dòng)器內(nèi)部壓力升高，安全排氣閥會(huì)自動(dòng)泄氣，保證電機(jī)及起動(dòng)器的安全可靠運(yùn)行。 5 技術(shù)的成熟程度，適用范圍和安全性 無(wú)刷自控電機(jī)液阻起動(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)備中繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，它是頻敏變阻器起動(dòng)裝置的理想替代品。 無(wú)刷自控電機(jī)液阻起動(dòng)器由于采用了安全排氣閥，且安全排氣閥最高動(dòng)作壓力小于0.2MP，起動(dòng)器外殼承受壓力大于2MP;電解液的成分與汽車用防凍液相當(dāng)，保證了本裝置安全可靠運(yùn)行。同時(shí)，如電機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，電機(jī)會(huì)自動(dòng)加熱電解液。由于消耗在電解液上的有功功率遠(yuǎn)大于消耗在電機(jī)繞組上的有功功率，電解液會(huì)快速燒開，當(dāng)電解液燒干后，電機(jī)轉(zhuǎn)子沒(méi)有電流通路，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。 6 應(yīng)用情況及存在問(wèn)題 無(wú)刷自控電機(jī)液阻起動(dòng)器自2008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、運(yùn)行維護(hù)工作量少、自動(dòng)適應(yīng)不同的負(fù)載和電源電壓波動(dòng)、保護(hù)電機(jī)、使用壽命長(zhǎng)和價(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。 7無(wú)刷自控電機(jī)液阻起動(dòng)器存在的主要問(wèn)題是: ●但受起動(dòng)器散熱條件及體積的限制，無(wú)刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器只適合于起動(dòng)頻度每小時(shí)不超過(guò)六次，連續(xù)起動(dòng)不超過(guò)三次，功率范圍為22-2000kW的繞線式異步電動(dòng)機(jī)。如產(chǎn)品不能應(yīng)用于起停(正反轉(zhuǎn))特頻繁的起重機(jī)類負(fù)載上。 ●由于采用了水電阻，電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，每?jī)傻饺曜笥倚韪鼡Q一次水電阻，還不能達(dá)到使電機(jī)起動(dòng)裝置完全免維護(hù)運(yùn)行的目的。