绕线式异步电动机液体电阻启动器的使用

发布日期:2019-5-13 15:53:02 点击次数: 字体显示:【大】  【中】  【小】

      现代大型水泥生产企业中,设备已趋向大型化、自动化方向发展。磨机、大型风机等大型重载设备多采用绕线式异步电动机拖动,电动机的功率从几百千瓦到几千千瓦,要想平滑、稳定、恒转矩启动这些大型设备,需从启动到额定转速运行时,达到启动时间适当,无较大的电流冲击效果,传统上一般都采用金属电阻器或频敏变阻器来启动,目前国内有很多水泥厂都采用液体电阻启动器,我集团公司工业园1号线和2号线的大型设备用绕线式异步电动机拖动,采用的启动器是液体电阻启动(调速)器。因我公司使用的液体电阻启动器较多,现就本单位液体电阻启动器使用方面的经验和有关问题简单探讨,供公司有关维修人员参考。
     
一、液体电阻启动器启动的工作原理     
      1
、液体电阻启动器主要部件     
     
液体电阻启动器是有电液箱、动静电极、电动升降(移动)机构及电控系统组成。同时设有温度、电加热等检测装置。电液箱由高强度PVC塑料板经专用设备焊制而成,箱内储存有足量的电阻液。电动升降(移动)机构一般以皮带传动,导电板材质以电解铜为主,箱体和电极板的外形多为长方形。     
      2
、液体电阻启动器工作原理     
     
绕线式异步电动机启动时在转子回路中串入一定值电阻,该电阻阻值随着启动过程进行无级的减小,直到启动结束时该电阻短接,能有效地降低启动电流和启动瞬间电流和机械冲击。调速用液体电阻调速器在稳定运行时,绕线式异步电动机转子回路中还串联一定液体电阻,阻值一般由机械负载动行条件决定。     
     
利用液体电变阻器启动绕线式异步电机时,电机转子回路中接入的是液体电阻,由箱体内两道绝缘隔板分隔而成的三个液体柱组成。液体柱底部(侧部)有三个固定电极板,经绝缘母线引出箱体后与电机三相转子绕组相连。液柱上方(侧方)的三个活动电极板组成星形连接后与升降(移动)架固定在一起,随传动机械在限定的行程范围内上下或左右运动,以改变两极板间距离的方式调节有效液柱长度,过到改变启动变阻器阻值的目的。
     
二、几种启动器性能的比较     
     
液体电阻启动器与频敏变阻器、油浸变阻器、金属变阻器相比,具有启动平稳可靠、启动电流小、对电网无冲击、能连续多次启动等明显优点。液体电阻启动器因结构简单,维修方便造成价低被我公司广泛使用。液体电阻启动器在启动性能方面具有较大的优越性,当然对绕线式异步电动机转子回路串入附加电阻启动的技术原理必须熟知,才能更好的应用。
    
三、液体电阻启动器的阻值计算方法及其应用     
      1
、绕线式异步电动机转子回路串附加电阻的作用     
     
转子回路中串入附加电阻,不但使电动机启动电流减小,而且因转子功率因数提高,可使启动转矩增大。启动过程中转矩的变化情况如图1所示。

     M-转矩;S-转差率;SC-最大转差率;
      Me—
额定转差矩;r2-转子电阻

 

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      由图1可见,转子回路中串入的电阻不同,电机的转差率及机械特性也发生变化, 即附加电阻越大,起动力矩越大,且机械特性随起动过程中附加电阻由大到小变化而越来越强。大转子电阻可使临界转差率增大,而最大转矩几乎不变。由电机学知道,串接电阻阻值不同就可以得到不同的临界转差率,因此当外加电阻适当时,即可满足减小转子电流,提高启动转矩的作用。但电阻如果太大时,则起动转矩变小,机械特性太软就无法启动了,阻值适当则限制转子电流,转子功率因数也得其改善。转差率及临界转差率的变化影响启动转矩。所以启动转矩应根据电动机拖动的设备负荷大小,可取额定转矩的2倍左右,但不得大于最大转矩的85%
     2
、转子回路附加电阻的计算方法      
     
目前很多书中和厂家介绍液体变阻器电阻计算方法,常见的有:
R
=       (1式)
式中:R2f---附加电阻;
U2e---
转子额定电压;
I2e---
转子额定电流;
Km---
启动转矩比(1.1-1.3);
I1e---
定子额定电流;
I1---
定子运行电流
R
×-   (2式)
式中:nk---串入附加电阻后启动电流与额定电流之比;  
n---
不加附加电阻时启动电流与额定电流之比。
     
以上两个公式在计算R2f时,有许多未知参数。在大型的设备特别是负荷有变化的,运行中电机电流也要变化,因此很难取出准确值,要靠估算,公式中的一些参数有时要靠人为去设定,这样免了有较大的差。我公司液体电阻启动器使用较多,用的设备负载也不一样,电机拖动的设备性能各有差异,如:磨机、风机等,功率从几百千瓦到几千千瓦,最大的2号线生料磨电机3550KW 。对于磨机应用1)式计算可能启动负载大(启动时负载受很多因素和环境制约,当时的物料情况、研磨体装载量情况、气候情况等),加之启动器两电极行程及启动时间固定,而产生电动机启动时过流跳闸。很难确定公式中的一些参数的准确合理值。所以我们为了方便计算,将以上两个公式中有些参数实际可以省略计算,电机转矩与转子电流有关,电流与转子电阻有关,在定子电源电压及频率不变的条件下,主磁通不变,定子电流只随转子电流变化,因此计算中可忽略定子电流情况,使计算方法比较简单。
      3
)启动时:R2f=2
                            
3)式
     
调速时:R2f=3
                            
4)式
通过以上公式计算的方法,配合液体阻值曲线(见图2),

    只要考虑转子额定电阻再乘上一个系数,从而得出的R2f值,还可以由电机学知识计算同启动时转差率、启动转距及机械特性。在多年生产应用中效果还是很好的。需求说明的是,在计算中利用转子电压电流计算电阻公式的含义是转子额定电阻,并非真正转子线圈电阻,一般电动机转子每相绕组要用双电桥才能测出。电动机出厂说明书中所标线圈电阻值与通过电机学公式计算值比有点偏大,因为电动机在设计制造成中因材料性能及线圈要有许多接头的接触电阻等到多种因素,理论设计数据及实际测量数据有些偏差,但绕线式电动机启动时转子回路的总电阻应为转子线圈电阻加附加电阻。

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      四、液体电阻液配制和测量     
     
液体电阻液一般采用工业用的无水碳酸钠(Na2CO3,再加上纯净水或自来水(最好是蒸馏水)配制。先将Na2CO3用热水溶解后,倒入液体变阻器水箱中混合均匀搅拌,一边测量动静极板之间的电阻,要逐相测量,测量阻值的方法采用电流表--电压表测量,使理论计算值和实测量值保持一致,直到计算值。如果使用结晶钠配制,则(3)式 的系数要改为2.7。在电阻液配制过程中,可先按计算电阻值调好,然后在开机过程中再根据启动负荷的大小适当调整。如配制的阻值偏大,电动机在启动时机械特性太软,当启动器极板行走 一段距离时电动机才转动,且启动电流小,在切除电阻器瞬间,有较大的冲击电流造成电动机速断跳闸。如配制的电阻液偏小,则在电极板行走过程中因启动电流太大造成电动机未启动就过流跳闸。一般我们使用时,控制阻值在R2f 1 ±5%)左右,因环境和负载的许多情况都不一样,所以要根据实际情况确定。总之,电阻液阻值要根据设备启动状况而定,使阻值调整到最大转矩发生在启动瞬间,也就是转差率较大时刻,符合图1 曲线的要求。
     
五、液体电阻器电极间距及行程时间的控制        
     
根据多年的使用权用经验,电极之间的距离所测得液体电阻值就电计算的附加电阻,而电极行走的时间就是电动机的启动时间。从现在使用情况来讲电动机功率大的启动时间要长一些,电动机功率小的启吉时间短一些。我们认为在启动附加电阻计算值确定后,重要的是启动器的电极间距及电极的行程时间,这个距离决定了电动机启动是否稳定、平滑、无冲击电流、满足电动机的启动机械特性的要求。电极行程时间总体来讲示宜太短,否则会出南上面所讲的过流、速断问题,但若太长则会使电阻液体发热。从使用经验来讲一般取20-45S为宜,有时特大的电动机也采用60S
     
六、液体电阻器使用中应注意的几个问题     
      1
、液体变阻器箱内液面太高,在电极移动过程中会造成液体溢出使相间短路而产生电弧烧坏箱体和电极;太低会造成液体在启动过程中因液体太少使单位散热量不能而沸腾。     
      2
、活动电极的行程控制开关一定要可靠,下限开关不可靠时因液体电阻器不切除而造成液体箱沸腾和传动机构损坏;上限不可靠时会使传动机构卡死顶坏启动器。因此我们在使用过程中,采取上下限位开关备用并联双保险式的控制方式。     
      3
、动静电极板应定期检查、除锈、以防电极导电性能减退影响使用。最好每日一次,发现问题及时处理或更换。     
      4
、三相电极绝缘箱之间及对外壳之间一定要绝缘良好(绝缘电阻一般最好不低于2M ),否则会造成短路烧坏设备。     
      5
、切除液体电变阻用的接触器,最好采用质量较好的,且接触器内的触头要有足够的接触压力 ,否则当三相接头压力不均衡时,会造成电动机运行电流摆动或星点母排线发热,发现不及时甚至烧粘烧坏。     
      6
、电动机启动前要检查启动器极板是不在初使位置上,最好液体变阻器先空启动一次 ,同时也看一看变阻器的各部份是否正常。     
      7
、电动机启动完成后看一看变阻器是否切除,极板是否回到初使位置。
     
七、液体变阻器常见故障与处理     
     
液体变阻器常见的故障有:上、下限位行程开关受腐蚀或磨损后接触不良引起控制失灵;进线电源相序错位后电动升降机构冲出极限位置运行而损坏起动装置等。     
      1
、行程开头故障     
     
液体变阻器一般采用机械式行程式开关,安装在电液箱上方。由于电解液具有较强的腐蚀性,常出现行程开关外壳锈蚀和导电接点接触不良等故障。可在箱外侧增加一对同类型行程开关,将其触点分别与第一组行程开关移至箱体外安装,除了仍具有上面的保险作用外还减轻了电解液对开关的化学锈蚀作用;在可靠性方面有较高要求时则采用高精度无接点开关代替机械式行程开关,能有效消除因接触不良引起的故障。     
      2
、电源倒相故障      
      
电源倒相在液体变阻器安装调试阶段极易出现,一般应先手动使动极板下降至箱体中间位置后再通电检查电机旋转方向,务必使电极升降与系统控制要求相一致。最好设计电源倒相电路,防止因倒相产生的事故。     
      3
、电气回路故障
     
液体变阻器电气控制大致可分三部分:1)主回路,包括电动机的定子和转子接线;2)液体变阻器极板升降控制部分;3)二次控制回路。     
     
二次控制回路接线故障较多。启动回路,只有当内、外电路所有条件如温度正常;极板位置正确、行程开关状态正常;主电机短接接触器断电开路,以及其它电路中要求满足的条件全部满足启动要求时,该回路才输出允许启动信号。该电路涉及的电气元件多,有控制极板上下运行的行程开关等;且各类元件和接点分布地域广,既有安装在液体变阻器内的元件,又有安装在高低压电气控制屏内的,还有安装在进相机或电机现场的。相互之间距离较远,采用导线连接时大部分接点以串联的方式相连,任一个接点故障都会影响到正常工作,因而出现故障时查找比较困难。在日常运行中需要经常检查变阻器的液位、温度是否正常,检查各接线连接是否完好,接触是否紧密;各类接触器、继电器接点弹簧压力是否正常,各行程开关位置是否准确等等;有时某个行程开关位置固定失当也会引起接点闭合不全而失常。     
     
主回路电气故障虽不多见,但也时有发生,出现启动结束后转子短接接触器未及时闭合,造成变阻器长期通电,发生电机转速下降,电解液温度升高而沸腾,碳酸钠溶液化作泡沫溢出箱外等事故。但从根本上说,此类故障仍应从查找控制短接接触器的二次控制回路入手。     
      4
、电液箱箱体故障     
     
箱体渗漏故障的特点较隐蔽,查找困难,容易与电机转子入地、转子引出线入地等常见电气故障相混淆。渗漏点往往位于箱体底部隐蔽处,附近既无明显裂缝或孔洞,甚至连渗漏也往往不是连续的。要经常测量箱体和机架(地)之间的绝缘电阻,当此电阻小于1M时要详细检查箱体,如果箱体渗漏量不大,在电液箱体与金属构架间垫一层2~mm厚度的绝缘软橡皮将电阻液入地回路阻断后就可暂时解决问题。渗漏严重时应该更换箱体或进行修补。      
      
箱体变形故障主要是材质和制造质量问题,箱体外筒壁和隔离板需要用1mm厚度的PVC塑料板强度不足或焊接质量不良引起。连续启动产生的热量积聚使电解液温度升高,长期过热后箱体出现变形。对于严重变形的箱体应及时更换。设计不当有时也会引起箱体变形,箱体容积大小决定了液体变阻器热容量的大小,液体变阻器能连续多次启动而不出现较大温升,主要是电解液具有较大的热容量。因而一般要求变阻器箱体尽可能大,以保证有足够的热容量,否则,应考虑扩大箱体容积。      

 

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      5、传动机构和极板故障     
     
液体变阻器最常见的传动方式是电机通过皮带轮减速后由丝杆拖动传动架在导轨或导槽内运动,导轨与滑块结合面越紧密,则传动架在移动过程中越平稳。其常见故障为滑块松动、滑块卡滞和传动皮带张力不当。因而在日常维修保养中要经常注意传动机械的润滑,及时调整皮带的松紧程度。传动机构的运行速度对电机启动性能也有一定影响,运行速度过快,电机启动时间短,运动过程中的冲击力相应增大,行程开关受冲撞造成开关过度磨损,且容易产生行程过冲。因而导致板传动架的移动线速度不宜超过2mms,启动过程时间一般在20~45s之间。      
      
极板以电解铜材料为主,极板通常厚度为68㎜,机械强度较差,在长期运行中容易引起变形。严重时曾发现过厚度2~3㎜的极板在使用中出现极板卷曲事故。同时电解铜导电极板受电解液腐蚀,在表面出现一层深绿色氧化物,时间长久后也会对启动带来不良影响。最好能在其外表均匀镀锡,以增加防腐性能,还要定期进行清洗。     
     
安装极板时必须注意水平度和垂直度,确保运行中极板平面保持平行。     
      6
、电阻液故障     
     
电阻液是一种弱酸强碱性盐溶液,呈碱性。水泥厂生产现场的灰尘污物等容易进入电液箱内并在箱体底部沉积,需定期对箱体进行清洗和电阻液箱内浓度发生较大变化时也必须重新配置电阻液。     
     
电阻液常因发热、蒸发和环境条件、温度变化等因素引起水分大量消耗,为了保持箱体内正常液位,需经常向电液箱内增添纯净水进行补充。一旦箱体内液位低于动电极板,此时如不及时采取补液措施,电机启动时相当于转子回路开路,必须会引起很大的冲击电流而导致系统跳闸,其后果十分危险。电液箱内液体总量显著减少,会使变阻器的热容量远小于设计值,电机启动过程中产生的热量会引起电阻液温度上升过快。     
      7
、启动性能不理想     
     
电动机启动电流大:电解液浓度过大即电阻值小,会引起电机启动电流增大,对电网冲击变大。先将箱体内溶液用水泵或其它设备取出部分,使箱内液内液面显著下降后,再加入纯净水稀释溶液浓度,使溶液电阻与计算值相接近。当然电机启动电流的大小与机械负荷的变化也有一定关系。     
     
正常运行较长时间后发生启动电流增大,如果不存在机械等方面原因,一般需要对变阻器内电阻值重新测量,特别是高温环境下或干燥冬季的过量蒸发容易使箱体内水分大量减少,引起溶液浓缩而阻值显著减小。液体变阻器启动时可以将启动电流控制在1.1~1.2倍电机额定电流范围内。     
     
二次冲击电流大:一台配置合理的液体变阻器能够使启动过程中电流变化接近一条直线。二次冲击电流是指电机由启动转入运行过程时出现的一个较大的短暂冲击电流值。一般认为由启动电阻配置不当或电机没有完成启动过程而提前进入运行引起。合理调整启动电阻值,调整动、静电极板间行程以延长启动时间都是常用方法。此外还可考虑改变变阻器移动机构运行速度来增加启动时间。     
     
启动速度慢:电解液浓度过小,电阻值大,易出现启动转矩显著减小而电机无法正常启动,即使能勉强启动,启动结束后的二次冲击电流也相当大。如果出现这类情况,一般首先应考虑电阻液配置方面存在的问题。检测后如果确认需要降低电阻值,可有40~6温水溶解少量粉状碳酸钠作为母液,逐相均匀掺入电液箱内以降低电阻值,但需随时测量电阻具体数值,切忌过度。直至能满足启动要求为止。