1 繞線式電機的發(fā)展

1.1 屈氏集電器

本文作者所著《提高大功率電機變頻節(jié)能工況可靠性分析》一文發(fā)表于江蘇《機電信息》雜志2015年1月刊，文中筆者推薦的作為備用起動的繞線式電動機由于其自身集電裝置難維護、易損壞的致命缺陷仿佛已經(jīng)被淘汰了，但是200年傳統(tǒng)的繞線電機在鼠籠式電機各種軟啟動蓬勃發(fā)展的同時也有了自身的發(fā)展，首先我們來了解屈氏集電器的性能指標：⑴無抖動——從根本上解決了傳統(tǒng)滑環(huán)抖動而產(chǎn)生打火的問題；⑵低線速、高壽命——滑環(huán)的線速度降低一半，電刷的壽命從原來5000小時延長到現(xiàn)在30000小時，是傳統(tǒng)集電器電刷6倍；⑶滑環(huán)使用壽命平均為10年，使維護量大大減小，3年之內(nèi)免維護；

是無刷自控技術(shù)所實現(xiàn)的啟動器微型化、電流連續(xù)無級變化的優(yōu)越經(jīng)濟、技術(shù)性能是無可忽視的，建議無刷自控技術(shù)應(yīng)考慮向著提升材料質(zhì)量和運行安全的方向發(fā)展，如果無刷自控軟啟動器的鋼材料像SKF 那么耐用，彈簧像ABB開關(guān)操作機構(gòu)那么有保證，轉(zhuǎn)速與電阻的無級變化曲線每次都能保證到達限流和提升轉(zhuǎn)矩的*佳效果，液體電阻的研究再向深遠發(fā)展，*好能保證無液體電阻損失，再加裝一個裝甲車外殼材料的防護罩，總而言之，就是如果無刷自控軟啟動器安裝之后就像轉(zhuǎn)子繞組直接短接那么可靠的話，那么它占領(lǐng)市場的時機也就指日可待了。我想申明的一點是無刷自控軟啟動器不需要靠熬干液體電阻液來完成堵轉(zhuǎn)保護，這個簡單的保護完全可以由繼電保護來實現(xiàn)，現(xiàn)在應(yīng)該考慮的是怎么保證無液體電阻損失，以避免很麻煩的檢修、維護工作量。以上觀點只代表筆者個人意見，僅供參考。

2 繞線式電動機起動和運行過程中限流和提升轉(zhuǎn)矩的深入分析

2.1 廠用380V繞線式電機頻敏變阻器起動、運行中限流控制圖a為《提高大功率電機變頻節(jié)能工況可靠性分析》中圖2的改進設(shè)計，是個模型，明顯的亮點是增加了一個限流熱繼電器RJ1，不僅可以在電機起動時串入轉(zhuǎn)子電阻，限制起動電流，提高起動轉(zhuǎn)矩，運行過程中如遇負荷突然增加也可串入轉(zhuǎn)⑷配有全自動電刷磨損檢測裝置。我所在單位沒使用過屈氏集電器，但是我知道傳統(tǒng)的繞線電動機要想生存，發(fā)展趨勢之一是這個。就像當年我們使用進口的SKF、NSK 軸承取代國產(chǎn)的HRB、ZWZ，而不是因為電機的軸承總是壞就取消所有電機的軸承而以軸瓦取而代之。

1.2 無刷自控技術(shù)

因為本文的宗旨是提供變頻器故障后短時間內(nèi)限流起動的可靠備用，所以這里淺談近20年中繞線式電動機發(fā)展的重大碩果——無刷自控技術(shù)。無可否認無刷自控技術(shù)*終**的發(fā)展結(jié)果就是取代已經(jīng)很長時間被大家認可的變頻器，但是無刷自控技術(shù)目前發(fā)展的水平我們還不敢保證占領(lǐng)主導地位，主要原因顯而易見，如果運行過程中無刷自控軟啟動器故障或電阻液缺失導致轉(zhuǎn)子繞組開路就無法以其它的方式實現(xiàn)電機的連續(xù)運行，所以需要連續(xù)運行可靠性要求高的電動機目前是不會選擇無刷自控軟啟動器的，但是無刷自控技術(shù)所實現(xiàn)的啟動器微型化、電流連續(xù)無級變化的優(yōu)越經(jīng)濟、技術(shù)性能是無可忽視的，建議無刷自控技術(shù)應(yīng)考慮向著提升材料質(zhì)量和運行安全的方向發(fā)展，如果無刷自控軟啟動器的鋼材料像SKF 那么耐用，彈簧像ABB開關(guān)操作機構(gòu)那么有保證，轉(zhuǎn)速與電阻的無級變化曲線每次都能保證到達限流和提升轉(zhuǎn)矩的*佳效果，液體電阻的研究再向深遠發(fā)展，*好能保證無液體電阻損失，再加裝一個

裝甲車外殼材料的防護罩，總而言之，就是如果無刷自控軟啟動器安裝之后就像轉(zhuǎn)子繞組直接短接那么可靠的話，那么它占領(lǐng)市場的時機也就指日可待了。我想申明的一點是無刷自控軟啟動器不需要靠熬干液體電阻液來完成堵轉(zhuǎn)保護，這個簡單的保護完全可以由繼電保護來實現(xiàn)，現(xiàn)在應(yīng)該考慮的是怎么保證無液體電阻損失，以避免很麻煩的檢修、維護工作量。以上觀點只代表筆者個人意見，僅供參考。

2 繞線式電動機起動和運行過程中限流和提升轉(zhuǎn)矩的深入分析

2.1 廠用380V繞線式電機頻敏變阻器起動、運行中限流控制圖a為《提高大功率電機變頻節(jié)能工況可靠性分析》中圖2的改進設(shè)計，是個模型，明顯的亮點是增加了一個限流熱繼電器RJ1，不僅可以在電機起動時串入轉(zhuǎn)子電阻，限制起動電流，提高起動轉(zhuǎn)矩，運行過程中如遇負荷突然增加也可串入轉(zhuǎn)子電阻限制過流，提高轉(zhuǎn)矩，保護電動機。因為大功率電機的起動、運行電流很大，所以熱繼電器的發(fā)熱元件串于電流互感器的二次側(cè)，而不是直接串于電動機電源回路中，其過熱動作電流整定值按電流互感器變比折算。

電動機起動過程如下：按下啟動按鈕QA，QC獲電動作，電動機轉(zhuǎn)子電路串入頻敏變阻器起動，同時時間繼電器SJ開始起動計時，起動時間設(shè)定10秒，10秒終之后時間繼電器SJ的延時閉合節(jié)點閉合，PC獲電動作，短接頻敏變阻器，啟動過程結(jié)束，起動過程中PC的常閉節(jié)點短接了跳閘熱繼電器RJ的發(fā)熱元件，以避免起動過程中熱繼電器過熱誤動導致電機不能正常起動。可設(shè)定限流熱繼電器RJ1的整定值為0.8Ie，跳閘熱繼電器RJ的整定值為1.15Ie，當電機轉(zhuǎn)動過程中遇到負荷增大定子電流超過0.8Ie時，RJ1就會動作，PC失電轉(zhuǎn)子就會串入頻敏變阻器限流，10秒鐘之后SJ的延時閉合節(jié)點閉合，PC獲電動作，短接頻敏變阻器，PC的常閉節(jié)點斷開，使RJ投入正常運行，如果電機過負荷或故障致使電流繼續(xù)升高，當定子電流超過1.15Ie，RJ過熱就會動作使QC失電，電動機就會跳閘。如果10秒鐘之后電流得到了有效的控制，電動機恢復了額定轉(zhuǎn)速，那么限流過程就此結(jié)束，大約5分鐘之后RJ1自動復位，RJ1的常閉節(jié)點閉合，為下一次的限流做準備。控制回路中新增加的一個時間繼電器SJ1，其作用不可小覷，當電動機運行中定子電流超過0.8Ie、RJ1 動作時，我們并不能判斷是由于負荷增加還是故障造成的，所以10秒鐘限流結(jié)束后必須進行**次判斷，然而RJ1過熱動作后至少要5min后才能自動復位，所以增加了時間繼電器SJ1，10秒鐘限流結(jié)束后SJ的延時閉合節(jié)點閉合，SJ1 獲電動作，其延時斷開節(jié)點立刻閉合，PC 獲電其常閉節(jié)點斷開，RJ投入正常運行，為判斷電動機是否故障過熱創(chuàng)造了條件。SJ1的斷開延時設(shè)置為5分鐘左右，這個時間與RJ1自動復位時間一至，而且必須要大于RJ1自動復位時間以避免PC

在限流成功之后又失電串入轉(zhuǎn)子頻敏變阻器。各元件的參數(shù)數(shù)值可以根據(jù)電動機具體工作的情況設(shè)定。然而用時間繼電器、交流接觸器和熱繼電器起動和限流380V繞線式電機，控制回路元件太多，接線復雜，且電機遇負荷增加RJ1動作限流結(jié)束后至少要等5 分鐘才能進行**次限流，因為*快復位的JR15型熱繼電器自動復位時間為5分鐘，這樣如果短時間內(nèi)遇見負荷反復增大，就起不到限流作用。如果想簡化控制回路和提高控制回路連續(xù)限流的性能，*

直接的方法就是，用低壓電動機綜合保護器取代過負荷、故障跳閘熱繼電器，用電流保護繼電器串于電流互感器二次側(cè)代替限流繼電器。

2.2 廠用6kV繞線式電機串頻敏變阻器起動、運行中限流控制

對于廠用6kV電動機，根據(jù)其重要性和運行性質(zhì)的不同已經(jīng)有電流速斷、低電壓保護、過負荷保護、零序電流速斷等保護在電機（電源）故障或過負荷時跳電源開關(guān)對電動機進行保護，所以采取運行過程中負荷突然增加的限流措施只需增加一個串于電流互感器二次側(cè)的電流保護繼電器，如圖b中的KA。

6kV繞線式電機帶380V不間斷電源控制頻敏變阻器起動和限流，如圖b所示。KA的整定值設(shè)為0.9UN，用于起動或運行中限流：在電機起動過程中當電流低至0.7UN，電流繼電器KA返回，動斷觸點閉合，PC得電，頻敏變阻器被短接，起動過程結(jié)束；KA的另一個作用是限制運行中負荷突然增大導致電流突升，當負荷增大，電流升至0.9UN，KA動作，動斷觸點斷開，PC失電轉(zhuǎn)子竄入頻敏變阻器限流以提高轉(zhuǎn)矩，當轉(zhuǎn)速提高，電流減小至0.7UN，KA 返回，PC得電，頻敏變阻器被短接，限流過程結(jié)束。

3結(jié)論

變頻器廠家已研制出新一代高壓變頻器帶故障運行方式或功率單元機械式旁路以提高運行可靠性。旁路系統(tǒng)的設(shè)計主要有：（1）主保護開關(guān)仍選用斷路器（少油/真空均可），切換開關(guān)選用400A真空接觸器；（2）為了使變頻—工頻切換時沖擊盡可能小，預加入1套鑒相系統(tǒng)。我們都知道，發(fā)電機的同期并網(wǎng)，不管是準同期或是自同期都是發(fā)電機轉(zhuǎn)速在3000r/min左右與電網(wǎng)頻率一致時并入系統(tǒng)向電網(wǎng)發(fā)電的，而變頻器故障后的自動旁路有可能是兩個頻率相差很大的交流電之間的切換，所謂的同相位點是個短暫的時刻，開關(guān)斷路器還沒有反應(yīng)就已經(jīng)躲過，變頻與工頻切換時的電流沖擊是存在的，有可能還很大。所以筆者提出了繞線式電機串頻敏變阻器起動、運行中限流控制做變頻器故障后自動旁路備用起動的大膽設(shè)想，如果2臺6kV電機帶變頻并列運行，變頻器故障跳閘后自動旁路可以實現(xiàn)6kV繞線式電機帶380V不間斷電源控制頻敏變阻器啟動，如圖2所示，便可以大大降低對旁路開關(guān)遮斷容量的要求，并且可以部分取代變頻器在運行中對電機的調(diào)速要求。