［摘要］ 本文先簡要介紹常用繞線式電機及起動裝置存在問題后，介紹無刷自控電機軟起動器的原理、結構特點、主要性能、創(chuàng)新性、先進性、技術成熟程度及典型應用效果和存在的主要問題。 ［關鍵詞］ 水電阻 起動比 無刷自控 繞線電機 1 背景 　　三相繞線式轉子交流異步電動機(簡稱:繞線電機)因轉子可外接電阻、頻敏變阻器和反電勢。它不但能限制電機的起動電流，還能增加電機的起動轉矩和起動時的功率因素，使電機起動比(起動轉矩倍率與起動電流倍率之比)接近1（轉子串電阻和反電勢時，起動比接近 　　1，串頻敏變阻器時，起動比最高可以達到0.55）,是鼠籠電機的5倍以上。因此，三相繞線式轉子交流異步電動機在大容量、大轉矩的機械設備中得到廣泛應用。 　　繞線電機需將轉子電流通過電刷、滑環(huán)、電纜等引到地面控制柜，電刷與滑環(huán)間磨下的碳粉會導致電機絕緣的降低，引發(fā)電動機故障。滑環(huán)、電刷壓力彈簧銹蝕，引起電刷與滑環(huán)間打火。繞線電機常用起動裝置有頻敏變阻器和串電阻多級起動柜。頻敏變阻器起動柜起動比小于0.55，起動電流調整不方便。串電阻多級起動柜，起動裝置元器件多、結構復雜、且在切換電阻時，會產生沖擊電流。為了克服繞線電機的不足，發(fā)明了無刷無環(huán)起動器；為了克服起動裝置的不足，發(fā)明了水電阻軟起動柜。 　　無刷無環(huán)起動器是將頻敏變阻器直接安裝在電機轉子上，實現(xiàn)繞線式異步電動機無刷運行。它存在以下不足：（1）起動電流一經出廠，就無法調整。（2）電機正常運行時，頻敏變阻器不短接，會產生一定的功率消耗。（3）起動比小于0.5。 　　水電阻軟起動柜，它是控制控制原理如圖1，即將水電阻（水電阻具有電阻大小可通過極板面積、極板間的距離和電解液的濃度無級調整，成本低，熱容量大等特點）串入電機的轉子回路，通過伺服電機改變極板的距離，從而改變水電阻的大小，達到無級連續(xù)調整電機起動轉矩和起動電流的目的。它的最大優(yōu)點是：（1）起動電流可連續(xù)無級調整，（2）可以通過改變電解液的濃度，方便地改變起動電阻的大小，達到改變起動電機電流的目的；（3）電機起動比可以達到1。缺點是：不能實現(xiàn)繞線式異步電動機無刷運行。 2 無刷自控電機軟起動器技術原理 　　無刷自控電機軟起動器是結合了無刷無環(huán)起動器和水電阻起動柜的優(yōu)點且克服它們的不足而設計的。它的控制原理與繞線電機水電阻軟起動柜相當，所不同的是，將起動電阻直接安裝在電動機的轉軸上，利用電機旋轉時產生的離心力作為動力，控制起動電阻的大小，達到減少電機起動電流、增加起動轉矩，使繞線電機實現(xiàn)無刷自控運行的目的。它主要由機殼、電解液、動極板、施密特接觸裝置、彈簧、接線柱、安全閥、排氣閥等構成。它的內部原理結構簡圖如圖2所示。起動附加電阻就是極板與起動器外殼之間形成的水電阻，且與極板到外殼的距離成反比。當電機起動時，動極板在離心力的作用下，逐步靠近機殼，串入電機轉子內的電阻成比例地減少，并在達到額定轉速時，與外殼短接，電阻降為零。 　　為保證水電起動器使用壽命，無刷自控電機軟起動器在整體設計上應用了以下技術： 　　A. 選用具有下述特性的電解液為水電阻：A、對金屬（銅和鋼）具有防銹作用；B、通過大電流后，不發(fā)生電解液變質、極板腐蝕、產生氣體的化學反應；C、電解液的冰點為-25℃，沸點為120℃，以滿足不同環(huán)境下安全工作的要求。 　　B. 設置安全排氣閥，在電機轉速達到設定轉速后，自動打開排氣閥，使起動器內部的壓力與大氣壓一致；同時，為避免因電機長時間堵轉，電解液燒開、起動器內部壓力升高，設置了安全閥，保證電機及起動器的安全運行。 　　C. 設置了施密特接觸裝置，使起動電阻按圖3所示曲線變化。它減少了短接觸頭動作次數(shù)和接觸電阻，提高觸頭使用壽命。 3 達到的效果 　　無刷自控電機軟起動器能以起動性能與繞線電機水軟起動柜相當，即起動電流連續(xù)無級變化；起動電流大小調整方便；起動比達到1。同時存在以下優(yōu)點： a) 。無刷自控電機軟起動器實現(xiàn)了繞線電機無刷自控運行，避免了繞線電機因存在滑環(huán)、碳刷，造成運行維護工作量大、故障率高的缺點。 b) 無刷自控電機軟起動器起動過程是電機根據(jù)本身的轉速自動完成，無需人去干涉。保證了電機及起動設備的安全可靠運行。 c) 如電機出現(xiàn)長期堵轉現(xiàn)象，消耗在水電阻上的功率遠大于消耗在電機繞組上的功率，電解液會很快燒干，電機轉子沒有通電回路，電機轉子電流會自動降為零，達到保護電機的目的。 d) 電機運行過程中，遇到突加負載（如軋鋼機在軋鋼過程中出現(xiàn)堵轉），隨著電機轉速的降低，起動電阻會自動串入轉子回路，達到增加轉矩，減少電流，保護電機安全的目的。 e) 價格僅為同類產品的1/3，且無需進行基建投資。 f) 電機和起動裝置合為一體變成了無刷自控電機。對用戶來說，它就是一臺具有優(yōu)良起動性能（起動比為1，起動電流可方便無級調整）的“鼠籠式異步電動機”。 4 技術的成熟程度，適用范圍 　　無刷自控電機軟起動器是已獲三項國家專利（專利號分別為：012774022、032197888、031128092），并通過省級性能鑒定和省級新產品鑒定。無刷自控電機軟起動器可廣泛應用于冶金、機械、化工、礦山、建材等所有工業(yè)領域的球磨機、破碎機、風機、水泵、打漿機等電機傳動設備中繞線電機的起動，它是頻敏變阻器起動裝置的理想替代品。 5 應用情況 　　無刷自控電機軟起動器自2003年3月投放市場，就以簡單的結構、優(yōu)良的起動性能、價格僅為同類起動裝置的30%左右等特點產品，受到了用戶廣泛的好評，創(chuàng)造了良好的社會效益和經濟效益。產品在兩年的時間內，就銷遍了中國大陸除西藏外的所有省、市主自治區(qū)，年產值達到300萬元。下面是一些典型應用實例： 　　天津市靜海水利局排灌中心站，有數(shù)十臺水泵電機，原均使用頻敏變阻器起動柜起動電機，由于它必須使用碳刷、滑環(huán)、起動控制柜等裝置，故障率高。該公司為提高排水裝置的可靠性，決定全部采用“無刷自控電機軟起動器”，使起動電流由電機額定電流的4倍降為額定電流的兩倍，滿足了該公司對起動裝置的要求。 　　湖南柿竹園有色金屬有限責任公司，有兩臺380V，280KW球磨機電動機，原均使用頻敏變阻器起動柜起動電機，電機起動時，起動電流達到電機額定電流的4倍以上，單臺電機起動時的電壓降達到電源額定電壓的10%以上。同時，由于該公司離電源中心較遠，電源電壓較低，經常出現(xiàn)電機起動失敗現(xiàn)象，嚴重時，出現(xiàn)起動裝置損壞。采用“無刷自控電機軟起動器”后，電機的起動電流降到電機額定電流的2倍左右，電機起動壓降降為額定電壓的6%，并且從未出現(xiàn)電機起動失敗現(xiàn)象，減少了電機運行維護工作量和故障率，受到了現(xiàn)場運行維護人員的喜愛。 　　海螺集團寧國水泥水的球磨電機起動裝置，已全部更換成無刷自控電機軟起動器。由于可靠性高，運行維護工作量小，不但降低了電機運行維護成本，同時增加了水泥廠的產量，引起了海螺集團公司的高度重視，該公司下文，要求各下屬水泥廠對現(xiàn)運行的球磨電機起動裝置進行無刷自控運行改造。