摘要：一般繞線式異步電動機的起動通常是采用串入液體電阻起動器實現(xiàn)降壓起動，可有效地限制電動機起動時的起動電流和降低機械轉(zhuǎn)矩的沖擊。

本文從大功率立式繞線異步電動機起動技術(shù)要求入手，通過大功率液阻起動器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計，滿足起動時能極大地降低機械轉(zhuǎn)矩沖擊、減少起動電流的同時外還能滿足大功率繞線式異步電動機起動要求和長期連續(xù)可靠地運行。

關(guān)鍵詞：繞線電機  超大功率  傳動機構(gòu)  連續(xù)起動   不同速度

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展及生產(chǎn)設(shè)備的大型化，工業(yè)領(lǐng)域的球磨機、破碎機、風(fēng)機、水泵等設(shè)備中的電動機容量越來越大。繞線式交流異步電動機以其起動轉(zhuǎn)矩大的特點，在大功率傳動設(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問題：

◆電機直接起動時的電流是額定電流的5～7倍，對供電設(shè)備、電機及所拖動的機械設(shè)備的造成極大的損害；

◆起動時因過大的起動電流產(chǎn)生過大的電壓降，嚴重威脅著鄰近用電設(shè)備的安全運行。

1、液體電阻起動器的歷史與發(fā)展

針對大中型繞線式異步電動機起動難的問題，在上世紀(jì)30年代，首先在發(fā)達國家出現(xiàn)了利用液體電阻在中壓繞線轉(zhuǎn)子電動機上實現(xiàn)了降低機械轉(zhuǎn)矩沖擊的起動，其良好的起動性能已完全可以替代其他的起動方式，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，國外在電機的起動領(lǐng)域里已完全被固態(tài)軟起動或變頻技術(shù)所占據(jù)，而液體電阻起動器真正的蓬勃發(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，其性能和價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機的起動已經(jīng)廣泛采用了這一技術(shù)，通過對電機的起動性能的分析，對于電機來說一個好的起動過程應(yīng)是對電網(wǎng)影響小，起動耗時短，沖擊電流沖量小，機械沖擊力小，噪聲小，電動機溫升小的過程。

2、大功率液體電阻起動器技術(shù)要求概述

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

當(dāng)大功率立式繞線異步電動機起動要求比較特殊時，我們需要通過特殊的方案設(shè)計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電機參數(shù)：額定功率：Pe=8500KW(繞線電機立式結(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電機需連續(xù)起動，每天起動次數(shù)≥40次；

2.3電機起動時間為8～20min，且以固定周期進行調(diào)速；起動時間根據(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方式的優(yōu)缺點、電機起動溫升、起動次數(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器，并在大功率電機轉(zhuǎn)子回路的串入使用，實現(xiàn)電機無沖擊地平滑起動，減小了起動力矩對機組的機械沖擊，大大改善了被控電機的機械特性，同時能夠?qū)崿F(xiàn)電機多次起停要求，并順利通過用戶的驗收，成功地解決了其它各項特殊技術(shù)要求。

3、大功率液體電阻起動器結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1、技術(shù)要求分析

從上述特殊的技術(shù)要求進行分析后不難看出，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、定極板)組件，還需進行內(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間要求的傳動機構(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，實現(xiàn)大功率繞線電機起動用液體電阻起動器結(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、傳動機構(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，最上面是傳動機構(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)向機構(gòu)；提升動極板的升降架安裝在支撐框架內(nèi)，通過頂部變頻電機帶動傳動機構(gòu)的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)動極板的上升與下降。在支撐框架的前部設(shè)置有與動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

為實現(xiàn)其功能要求，該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)部分最主要的是傳動機構(gòu)如何滿足技術(shù)要求是關(guān)鍵；其它部分圍繞傳動機構(gòu)及起動要求進行配置，達到總體使用性能要求。下面主要以傳動機構(gòu)部分的運動過程及設(shè)計要求為主進行講述。

常規(guī)液體電阻起動器產(chǎn)品為滿足繞線異步電動機起動與調(diào)速要求時，設(shè)備所用皮帶輪帶動絲桿旋轉(zhuǎn)傳動、蝸輪蝸桿減速機帶動絲桿等類型傳動機構(gòu)來實現(xiàn)絕緣水箱內(nèi)的動極板上升、下降運動，傳動均為定速傳動形式，速度不能大范圍調(diào)整。

該超大功率繞線異步電動機起動要求比較特殊，起動時間長，串入的液體電阻起動器產(chǎn)品內(nèi)的動極板以V1速度向下運動，直至電機起動至額定轉(zhuǎn)速；當(dāng)電機起動完畢后，旁路斷路器迅速合閘，并要求液體電阻起動器的動極板以V2速度快速提升到電機在n轉(zhuǎn)速時對應(yīng)的位置為下一次電機起動到額定轉(zhuǎn)速準(zhǔn)備；當(dāng)電機再次起動時，動極板以V3速度運動直至電機達到額定轉(zhuǎn)速；依次完成后續(xù)起動次數(shù)后，每天停機之前以Vn速度快速回程到最高位置(對應(yīng)“0”轉(zhuǎn)速)。電機轉(zhuǎn)速對應(yīng)運動位置示意圖如下圖所示。

第一次下降運動：當(dāng)電機從“0”轉(zhuǎn)速起動至額定轉(zhuǎn)速時，串于電機轉(zhuǎn)子回路的液體電阻起動器動極板下降慢速運動時，通過變頻器的預(yù)定設(shè)置，變頻電機采用一種固定轉(zhuǎn)速并帶動換向減速機兩端輸出軸轉(zhuǎn)動，其中安裝在輸出軸上一端的鏈輪轉(zhuǎn)動時帶動鏈條轉(zhuǎn)動，并驅(qū)動蝸輪蝸桿減速機輸入軸(蝸桿軸)上安裝的鏈輪轉(zhuǎn)動，通過鏈輪轉(zhuǎn)動帶動蝸輪軸旋轉(zhuǎn)輸出至過渡鏈輪上，過渡鏈輪旋轉(zhuǎn)并帶動電磁離合器(此時為吸合狀態(tài))輸出卷輪軸轉(zhuǎn)動，通過提升鏈條帶動升降架組件運動，從而實現(xiàn)液體電阻起動器內(nèi)動極板以V1速度與升降架、提升鏈條一起下降運動。

第一次快速上升：當(dāng)液體電阻起動器極板需上升到預(yù)定位置時，通過變頻器的預(yù)定設(shè)置(配合電氣控制)，變頻電機采用一種反向固定轉(zhuǎn)速并帶動換向減速機另外一端軸上安裝的單向聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)，單向離合器帶動換向減速機傳動，并將傳動輸出至卷輪軸上安裝的鏈輪，并通過提升鏈條帶動升降架組件運動，帶動帶有鏈輪的扭力限制器向相反方向轉(zhuǎn)動(此時電磁離合器為分開狀態(tài))，從而實現(xiàn)極板以V2速度快速上升，并為再次起動準(zhǔn)備。此時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動。

第二次下降運動：當(dāng)液體電阻起動器極板下降并再次慢速運動時，通過變頻器的預(yù)定設(shè)置，變頻電機采用V3轉(zhuǎn)速并帶動換向減速機、鏈條、蝸輪蝸桿減速機、電磁離合器(此時為吸合狀態(tài))、輸出卷輪軸旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)液體電阻起動器內(nèi)動極板下降并以V3速度下降運動，直至電機起動到額定轉(zhuǎn)速；之后根據(jù)控制要求實施后面40多次快速上升與慢速下降運動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動位置，等待第二天的開機起動。

通過以上設(shè)計分析，傳動機構(gòu)在整個設(shè)備的執(zhí)行過程中起動關(guān)鍵作用。為防止傳動失效需要對傳動系統(tǒng)進行保護。在整個傳動系統(tǒng)中當(dāng)傳動過程出現(xiàn)過載或因行程開關(guān)故障失效時，帶鏈輪的扭力限制器內(nèi)、外摩擦片自動脫離后，提升與旋轉(zhuǎn)部分分離，從而有效保護傳動機構(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)、外摩擦片自動結(jié)合，從而實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)傳動，有效地保護了整套傳動機構(gòu)可靠的運行與保護。

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

4、WYQ10-10000型大功率液體電阻起器的特點與應(yīng)用

4.1、優(yōu)點

1、設(shè)備能夠連續(xù)起動，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起動時間的要求；

3、傳動系統(tǒng)機械保護設(shè)置合理，安全可靠；

4、通過設(shè)置配重梁，傳動過程平穩(wěn)；

5、精確的內(nèi)外導(dǎo)向，滿足動、定極板正對面積要求。

4.2、缺點

1、設(shè)備體積大，安裝地基較大；

2、電解液箱容積大，設(shè)備檢修時電解液更換耗時長；

3、設(shè)備傳動部件多，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)計與應(yīng)用，并進行空載測試與帶載試驗、試運行和數(shù)月運行，滿足了用戶針對超大功率立式繞線電機設(shè)定的各項起動參數(shù)要求與各項技術(shù)要求，其卓越的起動性能受到用戶的一致好評；同時該大功率液體電阻起動器的投入使用，也創(chuàng)造了國內(nèi)繞線異步電動機之最。