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“無滑環繞線型”工業節能電動機在粉磨設備上的應用

2015-11-15 23:49:57點擊: 編輯:湘潭電機廠
水泥企業是高耗能企業,而粉磨設備又占水泥企業總能耗的70%左右。因此,粉磨設備的節能降耗就必然成為我們關注的焦點之一。作為粉磨設備的動力裝置的電動機的高效可靠運行、節約電能則更是我們所關注的。  

球磨機是一種重載大型機械設備,它要求與之配套的電動機必須有足夠大的起動轉矩。長期以來人們普遍選用的電機是繞線轉子異步電動機。該電機的結構特點是電機轉子繞組線圈通過滑環碳刷和電纜將一定阻值的電阻串接到轉子回路中;電機起動時得到大的起動轉矩將磨機拖動。但磨機一旦轉入正常工作,電機的這一套起動裝置就成了電機的累贅,雖然起動電阻已被短接,但滑環、碳刷和電纜仍串在轉子回路中,強大的轉子感應電流就必然通過這些阻性元件而消耗電能,同時,由于滑環碳刷連續不斷的摩擦而使電機的機械故障經常發生。另外,由于轉子繞組回路中串接有電阻,又使電機的機械特性變軟,這對電機在重負荷下運行非常有害。為解決有滑環繞線電機所存在的這些問題,國內外的電機工作者進行了大量的研究工作,但都未能很好解決。  



針對有滑環繞線轉子異步電動機所存在的上述問題,武漢金路達電機有限公司與華中科技大學新型電機國家實驗室合作開發生產的變極起動無滑環繞線轉子感應電動機(以下簡稱新型電機)則很好地解決了有滑環繞線感應電機所存在的上述問題。  

新型電機去掉了滑環碳刷,去掉了串接的電阻,去掉了用于無功補償的進相機,其外觀和鼠籠型電機相同。新型電機采用了變極起動方案,其定子采用變極繞組技術,在定子上放置一套采用變極比為10/8的三相換相法變極繞組(以8極電機為例),其中10極繞組用于電機起動,8極用于電機正常運行。而轉子回路采用復合線圈無感繞組技術。轉子在對應定子10極工作時,呈現出高阻抗狀態,使電機的起動電流減小起動轉矩增大;但當定子繞組切換為8極工作狀態時,轉子又自動地轉換為標準繞組而進行高效正常運行。  

如前所述,新型電機是變極起動,即用改變定子繞組的極數達到起動目的的,因此它的轉子回路中無滑環、碳刷和電纜,也不串接電阻,這既簡化了轉子的機械結構又消除了傳統電機所固有故障隱患,使電機長時間的安全可靠運行,值班人員僅對電機軸承進行常規保養即可。電機本身基本上處于免維護狀態。  

由于新型電機的轉子繞組是一個完全閉合的回路,因此電機的控制系統也大為簡化,由下圖所示,它同傳統繞線電機相比,控制系統省掉了起動電阻柜和進相機柜,其一次回路僅用兩只三相交流開關即可(相當于一只三相雙擲閘刀),二次回路也僅再加一只時間繼電器、一只中間繼電器和過流保護裝置就滿足要求了,崗位工只需按下“起動”按鈕,電機即可自動全電壓瞬間起動運行。一般情況下,起動時間上6秒左右,當工人按下“停止”按鈕,電機立即停止運行,而對于傳統電機而言,起動操作非常繁雜,有時會造成誤操作。 

新型電機的功率因數是由轉子的槽形決定的,因此轉子槽形可按高功率因數設計,對于8極/6KV的電機來說,其功率因數為0.915。而傳統繞線電機的功率因數僅0.8左右。因此新型電機運行時不需要外加無功補償裝置,由于功率因數的提高,可使供電系統的無功損耗減少。  

傳統繞線電機需用進相機進行無功補償,而它付出的代價是消耗有功功率。一般來說進相機每小時耗能8~10kwh,新型電機不用進相機,也就達到節約的目的。  
如前所述,傳統繞線電機由于其機械特性軟,所以當磨機的負荷增加時,必然使電機的轉速降低,對于8極電機來說,其標稱額定轉速是735轉/分,而帶上負荷后,其轉速僅727轉/分左右,這樣就使球磨機偏離了最佳工作轉速,就不能確保研磨體沿拋物線下落的高度最大,也就不能確保最大限度地去破碎物料,嚴重地影響了產品的產量和質量。新型電機由于無滑環碳刷和電纜,所以它的機械特性是硬的,當負荷在較大范圍內波動時,其額定轉速保持不變,從而使球磨機一直在最佳工作轉速下運行。對于水泥磨而言,在保證產品質量的前提下(水泥的比表面積一定)則水泥的產量一般可提高5~10%,而對于選礦用的磨機而言,它所追求的是礦粉的細度,因為礦粉越細則選礦效果越好。此時,若確保礦粉產量同原來一樣,則新型電機所拖動的磨機生產的礦粉細度肯定會有一定的提高,從而提高選礦效果。  

綜上所述,無滑環繞線轉子感應電動機的應用可使用戶得到如下的經濟效益:  
1、用戶不需要購置無功補償裝置如進相機等,也不需要配置起動電阻柜,僅此兩項就可為用戶節約一次投資數萬元。  
2、用戶不需要購置碳刷、可控硅、交流接觸器等易損件,每月可節約推護費用數千元。  
3、由于新型電機處于免維護狀態,可長期連續可靠運行,相對傳統繞線電機而言,每月可多生產數小時(傳統繞線電機每月需停機數小時進行維護)。設備多生產數小時,對用戶帶來經濟效益是可想而知的。  
4、新型電機可使被拖動的設備在最佳速度狀態下運行,在保證產品質量的前提下可使設備產量提高5~10%,而在保證產量一定的前提下,又可使產品質量有很大提高。  
5、新型電機過負荷能力強,抗沖擊能力強,可在設備過負荷5%工況下運行。新型電機特別適合于軋鋼設備。  
6、在某一時段內,球磨機的耗電量和水泥產量相除即為單位能耗,然后再同傳統繞線電機拖動的球磨機單位能耗進行比較,即可算出單位能耗的節電率,單位能耗節電率為5~10%。新型電機節約的電能是相對于傳統繞線電機多浪費電能而言,它由以下幾部份組成:①強大的轉子電流流過滑環碳刷電纜消耗的電能,例如380KW/10KV轉子電流為471A電阻僅0.06歐姆,則耗電:471×471×0.06=13300W=13.3KW,電纜越長耗電越多。②進相機耗電5-10 KW。③傳統繞線電機轉差損耗比新型電機多一倍, 使電機發熱嚴重。④傳統電機滑環需用風扇降溫,風扇耗電1 KW④進相機,起動電阻柜各有一臺交流接觸器,每個接觸器線圈耗電500W。2×500 W=1KW
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