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節(jié)能電動(dòng)機(jī)在粉磨設(shè)備上的應(yīng)用

水泥企業(yè)是高耗能企業(yè)，而粉磨設(shè)備又占水泥企業(yè)總能耗的70%左右。因此，粉磨設(shè)備的節(jié)能降耗就必然成為我們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。作為粉磨設(shè)備的動(dòng)力裝置的電動(dòng)機(jī)的高效可靠運(yùn)行、節(jié)約電能則更是我們所關(guān)注的。

    球磨機(jī)是一種重載大型機(jī)械設(shè)備，它要求與之配套的電動(dòng)機(jī)必須有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。長(zhǎng)期以來(lái)人們普遍選用的電機(jī)是繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。該電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組線圈通過滑環(huán)碳刷和電纜將一定阻值的電阻串接到轉(zhuǎn)子回路中；電機(jī)起動(dòng)時(shí)得到大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩將磨機(jī)拖動(dòng)。但磨機(jī)一旦轉(zhuǎn)入正常工作，電機(jī)的這一套起動(dòng)裝置就成了電機(jī)的累贅，雖然起動(dòng)電阻已被短接，但滑環(huán)、碳刷和電纜仍串在轉(zhuǎn)子回路中，強(qiáng)大的轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流就必然通過這些阻性元件而消耗電能，同時(shí)，由于滑環(huán)碳刷連續(xù)不斷的摩擦而使電機(jī)的機(jī)械故障經(jīng)常發(fā)生。另外，由于轉(zhuǎn)子繞組回路中串接有電阻，又使電機(jī)的機(jī)械特性變軟，這對(duì)電機(jī)在重負(fù)荷下運(yùn)行非常有害。為解決有滑環(huán)繞線電機(jī)所存在的這些問題，國(guó)內(nèi)外的電機(jī)工作者進(jìn)行了大量的研究工作，但都未能很好解決。

    針對(duì)有滑環(huán)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)所存在的上述問題，武漢金路達(dá)電機(jī)有限公司與華中科技大學(xué)新型電機(jī)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作開發(fā)生產(chǎn)的變極起動(dòng)無(wú)滑環(huán)繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（以下簡(jiǎn)稱新型電機(jī)）則很好地解決了有滑環(huán)繞線感應(yīng)電機(jī)所存在的上述問題。

    新型電機(jī)去掉了滑環(huán)碳刷，去掉了串接的電阻，去掉了用于無(wú)功補(bǔ)償?shù)倪M(jìn)相機(jī)，其外觀和鼠籠型電機(jī)相同。新型電機(jī)采用了變極起動(dòng)方案，其定子采用變極繞組技術(shù)，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(jī)為例），其中10極繞組用于電機(jī)起動(dòng)，8極用于電機(jī)正常運(yùn)行。而轉(zhuǎn)子回路采用復(fù)合線圈無(wú)感繞組技術(shù)。轉(zhuǎn)子在對(duì)應(yīng)定子10極工作時(shí)，呈現(xiàn)出高阻抗?fàn)顟B(tài)，使電機(jī)的起動(dòng)電流減小起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大；但當(dāng)定子繞組切換為8極工作狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子又自動(dòng)地轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)繞組而進(jìn)行高效正常運(yùn)行。

    如前所述，新型電機(jī)是變極起動(dòng)，即用改變定子繞組的極數(shù)達(dá)到起動(dòng)目的的，因此它的轉(zhuǎn)子回路中無(wú)滑環(huán)、碳刷和電纜，也不串接電阻，這既簡(jiǎn)化了轉(zhuǎn)子的機(jī)械結(jié)構(gòu)又消除了傳統(tǒng)電機(jī)所固有故障隱患，使電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的安全可靠運(yùn)行，值班人員僅對(duì)電機(jī)軸承進(jìn)行常規(guī)保養(yǎng)即可。電機(jī)本身基本上處于免維護(hù)狀態(tài)。

    由于新型電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組是一個(gè)完全閉合的回路，因此電機(jī)的控制系統(tǒng)也大為簡(jiǎn)化，由下圖所示，它同傳統(tǒng)繞線電機(jī)相比，控制系統(tǒng)省掉了起動(dòng)電阻柜和進(jìn)相機(jī)柜，其一次回路僅用兩只三相交流開關(guān)即可（相當(dāng)于一只三相雙擲閘刀），二次回路也僅再加一只時(shí)間繼電器、一只中間繼電器和過流保護(hù)裝置就滿足要求了，崗位工只需按下“起動(dòng)”按鈕，電機(jī)即可自動(dòng)全電壓瞬間起動(dòng)運(yùn)行。一般情況下，起動(dòng)時(shí)間上6秒左右，當(dāng)工人按下“停止”按鈕，電機(jī)立即停止運(yùn)行，而對(duì)于傳統(tǒng)電機(jī)而言，起動(dòng)操作非常繁雜，有時(shí)會(huì)造成誤操作。

    新型電機(jī)的功率因數(shù)是由轉(zhuǎn)子的槽形決定的，因此轉(zhuǎn)子槽形可按高功率因數(shù)設(shè)計(jì)，對(duì)于8極/6KV的電機(jī)來(lái)說(shuō)，其功率因數(shù)為0.915。而傳統(tǒng)繞線電機(jī)的功率因數(shù)僅0.8左右。因此新型電機(jī)運(yùn)行時(shí)不需要外加無(wú)功補(bǔ)償裝置，由于功率因數(shù)的提高，可使供電系統(tǒng)的無(wú)功損耗減少。

    傳統(tǒng)繞線電機(jī)需用進(jìn)相機(jī)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，而它付出的代價(jià)是消耗有功功率。一般來(lái)說(shuō)進(jìn)相機(jī)每小時(shí)耗能8~10kwh，新型電機(jī)不用進(jìn)相機(jī)，也就達(dá)到節(jié)約的目的。
    如前所述，傳統(tǒng)繞線電機(jī)由于其機(jī)械特性軟，所以當(dāng)磨機(jī)的負(fù)荷增加時(shí)，必然使電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，對(duì)于8極電機(jī)來(lái)說(shuō)，其標(biāo)稱額定轉(zhuǎn)速是735轉(zhuǎn)/分，而帶上負(fù)荷后，其轉(zhuǎn)速僅727轉(zhuǎn)/分左右，這樣就使球磨機(jī)偏離了最佳工作轉(zhuǎn)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(yán)重地影響了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。新型電機(jī)由于無(wú)滑環(huán)碳刷和電纜，所以它的機(jī)械特性是硬的，當(dāng)負(fù)荷在較大范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，其額定轉(zhuǎn)速保持不變，從而使球磨機(jī)一直在最佳工作轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。對(duì)于水泥磨而言，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下（水泥的比表面積一定）則水泥的產(chǎn)量一般可提高5~10%，而對(duì)于選礦用的磨機(jī)而言，它所追求的是礦粉的細(xì)度，因?yàn)榈V粉越細(xì)則選礦效果越好。此時(shí)，若確保礦粉產(chǎn)量同原來(lái)一樣，則新型電機(jī)所拖動(dòng)的磨機(jī)生產(chǎn)的礦粉細(xì)度肯定會(huì)有一定的提高，從而提高選礦效果。

    綜上所述，無(wú)滑環(huán)繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用可使用戶得到如下的經(jīng)濟(jì)效益：
1、用戶不需要購(gòu)置無(wú)功補(bǔ)償裝置如進(jìn)相機(jī)等，也不需要配置起動(dòng)電阻柜，僅此兩項(xiàng)就可為用戶節(jié)約一次投資數(shù)萬(wàn)元。
2、用戶不需要購(gòu)置碳刷、可控硅、交流接觸器等易損件，每月可節(jié)約推護(hù)費(fèi)用數(shù)千元。
3、由于新型電機(jī)處于免維護(hù)狀態(tài)，可長(zhǎng)期連續(xù)可靠運(yùn)行，相對(duì)傳統(tǒng)繞線電機(jī)而言，每月可多生產(chǎn)數(shù)小時(shí)（傳統(tǒng)繞線電機(jī)每月需停機(jī)數(shù)小時(shí)進(jìn)行維護(hù)）。設(shè)備多生產(chǎn)數(shù)小時(shí)，對(duì)用戶帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益是可想而知的。
4、新型電機(jī)可使被拖動(dòng)的設(shè)備在最佳速度狀態(tài)下運(yùn)行，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下可使設(shè)備產(chǎn)量提高5~10%，而在保證產(chǎn)量一定的前提下，又可使產(chǎn)品質(zhì)量有很大提高。
5、新型電機(jī)過負(fù)荷能力強(qiáng)，抗沖擊能力強(qiáng)，可在設(shè)備過負(fù)荷5%工況下運(yùn)行。新型電機(jī)特別適合于軋鋼設(shè)備。
6、在某一時(shí)段內(nèi)，球磨機(jī)的耗電量和水泥產(chǎn)量相除即為單位能耗，然后再同傳統(tǒng)繞線電機(jī)拖動(dòng)的球磨機(jī)單位能耗進(jìn)行比較，即可算出單位能耗的節(jié)電率，單位能耗節(jié)電率為5~10%。新型電機(jī)節(jié)約的電能是相對(duì)于傳統(tǒng)繞線電機(jī)多浪費(fèi)電能而言，它由以下幾部份組成：①?gòu)?qiáng)大的轉(zhuǎn)子電流流過滑環(huán)碳刷電纜消耗的電能，例如380KW/10KV轉(zhuǎn)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(zhǎng)耗電越多。②進(jìn)相機(jī)耗電5-10 KW。③傳統(tǒng)繞線電機(jī)轉(zhuǎn)差損耗比新型電機(jī)多一倍， 使電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重。④傳統(tǒng)電機(jī)滑環(huán)需用風(fēng)扇降溫，風(fēng)扇耗電1 KW④進(jìn)相機(jī)，起動(dòng)電阻柜各有一臺(tái)交流接觸器，每個(gè)接觸器線圈耗電500W。2×500 W=1KW