[摘要] 本文簡述了繞線式異步電動機的應用現狀，無刷變阻起動器的產品結構特點，工作原理，以及在氧化鋁廠的推廣使用狀況。
[關鍵詞] 起動器；無刷起動器；電磁元件；變阻器；轉子回路；穩速
[中國分類號]TF821 [文獻標識碼]B [文章編號]1008-5122（2004）04-0003-03
1、概述
三相繞線式異步電動機是氧化鋁廠主要的拖動設備之一，由于它的轉子上可以外接電阻或電抗，在啟動時具有較高的功率因數和較高的啟動轉矩以及能改變運行速度等優點，被廣泛應用于球磨機、熟料窯、鼓風機、真空泵等設備上作為拖動設備。但是，繞線式異步電動機在啟動時必須在電動機轉子回路中串接電阻或電抗器以增加電動機的啟動力矩，降低啟動電流。在啟動過程中，這個電阻或電抗的數值還要從大到小逐級變化，直到最后為零時，電動機啟動過程才結束，進入運行狀態，要借助一個復雜的輔助啟動裝置才能完成電動機的啟動過程。它的啟動輔助設備較為復雜，主要有接入電阻用的滑環、電刷、分段切除的金屬電阻（或者特性曲線較為平滑的頻敏電阻），短接轉子回路的提刷短路裝置和交流接觸器。這套裝置安裝、調試復雜、操作麻煩，事故率多、維修困難、備件消耗量大、檢修費用高。且由于分段切除電阻，使電動機的啟動特性曲線成階梯狀，不能平滑啟動和實現無級變速，特性較差，能耗大。
現在常用的頻敏變阻器，克服了分段切除電阻產生的階梯狀特性曲線的特點，在電動機啟動過程中實現了電阻線性變化，無級變速，特性曲線平滑可靠。但它只解決了電動機的啟動特性問題，沒有解決電動機復雜的啟動輔助裝置。
無刷變阻起動器既解決了金屬電阻及電抗器啟動特性差的特點，又解決了常用頻敏電阻啟動輔助裝置復雜的問題，把繞線式電動機原二次回路系統復雜的啟動輔助裝置組成一個無觸點電磁元件，直接安裝到電動機轉子軸上，解決了繞線式電動機啟動裝置的一大難題，顯示了強大生命力。
2、工作原理
無刷變阻起動器是利用頻敏變阻器原理研制出來的新型線性變阻啟動器，它是原二次回路系統的多觸點元件組成一個無觸點電磁元件，相當于一個等值阻抗串入繞線轉子的回路中，作為啟動時可變阻的啟動設備，它與傳統的頻敏變阻起動器最大的區別就是：在幫助電動機完成變阻啟動任務之后仍參與電動機拖動全過程，而傳統的頻敏變阻器是不能參與電動機拖動運行的，如果不及時切除頻敏變阻起動器，會造成變阻器過熱，甚至燒毀，異步電動機不能在正常轉速下進行，電流升高，甚至會燒毀電機。
無刷變阻起動器采用最佳磁路原理，它由線圈繞組、內外鐵芯、軸套、軛板、接線柱等零件組成一個無觸點電磁元件。它安裝在原電動機轉子上的滑環位置。它的獨特結構特點使無刷起動器在啟動開始時具有較大的阻抗值，而在運行狀態時阻抗值幾乎為零。整個啟動過程阻抗值線性變化，曲線平滑，實現了電動機的啟動無級變速，平穩可靠，且啟動力矩大，啟動電流小。當電動機定子回路剛接通電源的瞬間，感應到轉子繞組回路的電壓頻率為50Hz，作用到啟動器線圈上就成為一個較大阻抗的負載帶到轉子回路里，因此轉子回路電流變小，而對應定子回路中電流值也變小了，隨著轉速由慢到快變化，轉子回路感應電壓的頻率也由高到低變化，當轉子達到額定轉速時，轉子回路的感應頻率也接近零值，啟動器的阻抗也接近零值，完成了繞線電動機的啟動任務，此時，啟動器仍參與電動機的運行。由于此時啟動器的阻抗值接近零值，相當于碳刷滑環的運行狀態。故無刷變阻動器不會影響電動機的正常運行，是一種理想的啟動裝置。
3、應用實例
3.1 無刷變阻起動器在真空泵上的應用
1999年4月份，首先對四車間3#真空泵電機進行了改造，真空泵電機是廣州電機廠生產的JR127-6 185kW電動機，它采用二次回路串頻敏電阻器啟動方式，采用提刷短路機構和交流接觸器配合短接轉子回路。操作極為不便，常因短路啟動燒壞短路接點和電動機轉子線圈，有時因短路機構不靈活燒壞短路接點，電機滑環及碳刷經常發生故障。備件消耗量大，檢修費用高，滿足不了生產要求。改造后，去掉了繞線式電動機的啟動輔助裝置、頻敏變阻器及二次線路，操作簡便，操作工再也不用為短路啟動犯愁了，且檢修十分方便，運行六個多月來，未發生一次故障，且操作簡單，運行平穩，深受操作工人喜愛，改造前后見表1所示。
表1 真空泵電動機改造前后技術數據對比
啟動電 啟動時 功率 運行電 工作溫 年節電
流(A) 間(S) 因數 流(A) 度(℃) 效果(元)
改造前 560 12 0.86 220 55
改造后 540 8 0.87 210 40 20148
注：電價0.46元/kWh
從改造前后技術數據對照表可看出：改造后電動機的啟動電流減小了，啟動性能改變了，且運行電流下降，功率因數提高了。在環境溫度為30℃的情況下，啟動器的運行溫度小于40℃，啟動性能良好，是一種理想的啟動元件。
3.2無刷變阻起動器在球磨機上的應用
在對全廠十幾臺真空泵成功改造的基礎上，我們對四車間2#濕磨進行了改造。2#濕磨是一臺球磨機，配用電機JR128-8 155kW繞線式異步電動機，采用頻敏變阻器啟動。由于球磨機停車時，鋼球堆積在磨子底部，且磨子底部殘留許多積料，啟動相當困難，有時不得不在原頻敏電阻的基礎上串聯一段金屬電阻來改變電動機的啟動特性。采用無刷變阻起動器后，電動機的啟動性能大大改善，啟動轉矩大大提高，啟動電流降低，啟動時間短，完全滿足了電動機的啟動要求，解決了長期困擾我們的難題，減少了大量的檢修時間，為其它球磨機的改造奠定了基礎。由于球磨機進料量的變化及生產工藝條件的改變，電動機會過載使電流升高，以至過流動作使電動機停止運行。由于負載電流大，電動機的滑環碳刷就會發熱，刺火，甚至燒紅碳刷，灼傷滑環，以至燒毀電動機轉子線圈。采用無刷變阻起動器后，當電動機由于過載而減速運行時，轉子回路的感應頻率隨轉速下降而升高，啟動器的阻抗值相應增大，從而既增大了電動機的拖動力矩，還可使電動機的電流減小，避免了球磨機因過流而跳閘。實際運行中，當負載發生變化時，電動機電流發生波動后，電動機的轉速能迅速恢復正常，電動機的轉速基本保持不變，所以說無刷變阻起動器具有穩速功能。
3.3無刷變阻起器在高壓電機上的應用
煤粉磨電機是磨制煤粉的高壓電機，電機為JR157-8 320kW繞線式異步電動機，額定電壓為6KV，轉子電壓為501V，轉子電流為391A，采用頻敏變阻器啟動。煤粉車間防火等級要求較高，繞線式異步電動機的啟動裝置較為復雜，且存在安全隱患。煤粉磨屬于球磨機，具有球磨機的所有特性，由于磨制干煤粉，負荷相對濕磨較低，因此我們在對濕磨電機成功改造經驗的基礎上，對煤粉磨電機進行了無刷無環改造，改造后非常成功，效果明顯，改造前后對比見表2所示。
表2 高壓電動機改造前后技術數據對比
啟動電 啟動時 功率 運行電 工作溫 年節電
流(A) 間(S) 因數 流(A) 度(℃) 效果(元)
改造前 82 15 0.85 36 43
改造后 80 13 0.86 35.2 38 44326
注：電價0.46元/kWh

4、應用過程中注意的幾個問題
（1） 無刷變阻起動器應選用專業廠家生產的產品，否則會造成啟動困難。
（2） 應用于球磨機上應充分考慮負荷情況，合理選定過負荷系數。
（3） 系統電壓低是無刷無環啟動器啟動困難的主要原因之一。
（4） 無刷變阻起動器不能參與調速，不能應用于調速設備上。
5、結束語
無刷變阻起動器的應用去掉了滑環、碳刷、刷盒、短路環二次回路等復雜的啟動系統，不但可以直接啟動，而且還保持了繞線電動機的優良性能，同時在負載過載時具有穩速功能。是操作簡便，免維修，運行無事故，節能高效的繞線電動機啟動設備。無刷變阻起動器的應用，大大簡化了操作工人的操作程序，每年可節約大量的檢修費用，每臺無刷變阻起動器每年節約備件費（滑環、碳刷、刷盒和短路環、交流接觸器、繼電器）價值約8000元左右，節電20000-50000元左右，值得在全廠范圍推廣。無刷啟動器參與電動機啟動，運行的全過程，不參與電動機的調速，不適用于需要調速的設備上，但它在氧化鋁生產中仍有著廣闊的發展前景。目前，氧化鋁廠全部的真空泵電機、四車間球磨機電機、煤粉磨電機（高壓）、煤粉橋吊卷揚電機、大車電機、8#回轉窯排風機電機（高壓）已全部應用無刷起動器，節能效果較為明顯。