烧结机主抽风同步电机.docx

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烧结机主抽风同步电机

烧结机主抽风同步电动机电气系统调试技术研究分析

中国一冶机电公司自动化部程柏超

内容摘要：

本文以杭钢2×90m2烧结机主抽风同步电动机系统调试为例，论述了如何确定串入电机定子回路电阻值的理论方法，以及如何结合工艺进行电气调试的方法。

关键词：

异步起动降压起动热变水电阻阻值的参数计算电气联锁轴悬浮励磁

1前言

冶金工程中，烧结机主抽风机系统通常采用同步电动机进行传动。

杭钢2×90m2烧结机主抽风同步电动机传动系统正是一个典型案例。

下面就本例控制系统调试的几个问题与同行相互交流。

2同步电动机的起动方法

同步电动机的起动方法不外乎同步启动方式与异步启动方式两种。

一般地，同步电动机几乎全部采用异步起动方式。

异步启动又分为全压起动和降压起动两种方法。

但考虑到全压起动对电网冲击很大，同时对电机本身以及被拖动设备的机械冲击均很大，因此常采用降压起动方式。

2.1同步电动机的降压起动方式

⑴采用AC-DC-AC或AC-AC变频器起动的控制方式。

⑵利用电机定子回路串接电抗器或电阻、自耦变压器起动是一般低压同步电动机控制通常采用的方法。

⑶利用热变电阻器或磁控电抗器软起动的起动方式。

在国内，烧结机主抽风同步电动机的异步起动，多数采用的是高压热变电阻器的降压起动方法，其线路接线见图1。

2.2利用高压热变电阻器降压起动的原理及其特点

⑴工作原理：

高压热变电阻器由具有负温度特性的三相平衡电阻（我们通常称为水电阻，确切地讲就是一种电解液）组成。

当该电阻通入电流时，电阻体温度逐步升高而电阻值逐步减小，从而使电机端电压逐步升高，起动转矩逐步增加，满足电机平稳起动且降低起动电流的目的。

图1

⑵高压热变电阻器降压起动方法的特点：

该起动方法的特点是恒电流，软起动（见图2，曲线1为直接起动电流曲线，曲线2为串热变电阻后起动电流曲线），起动电流是电机额定电流的2.0～3.5倍，既降低了电机起动电流，又改善了定子绕组发热条件，有效地延长电机使用寿命；起动平稳，对机械设备无冲击；对电网影响很小，起动时电网压降在10%以内。

图2

2.3水电阻阻值的参数计算

为满足此方法的起动特点，首先应确定串入电机定子回路的电阻值，我们可以通过定子回路等效阻抗来计算。

计算之前，先定义几个参数的含义：

Z1------电机定子阻抗（串水电阻之前）

r1------电机定子绕组直流电阻（串水电阻之前）

x------电机定子绕组感抗

q1------全压起动倍数（全压起动电流除以电机额定电流），一般地，异步电机取6，同步电机取7。

Z2------电机定子阻抗（串水电阻之后）

r2------电机定子绕组回路直流电阻（串水电阻之后）

q2------目标启动倍数

R------水电阻阻值（R=r2－r1）

已知U1e为定子额定电压，I1e为定子额定电流

因为：

Z1=U1e/

I1eq1x=0.9695Z1r1=0.2Z1

Z2=U1e/

I1eq2r2=

R=r2－r1

通过以上公式，可计算得出目标启动倍数为q2时，水电阻R的阻值。

以杭钢主抽风同步电动机为例，其型号参数如下：

型号：

TD4600-6/1730，额定功率：

4600KW，额定电压：

6000V，额定电流506A，工作制：

S1，Y接，COSφ=0.9，绝缘水平：

F级。

故，由上已知U1e=6000V，I1e=506A，我们取q1=7，q2=3.5，则得：

Z1=U1e/

I1eq1=0.978Ωx=0.9695Z1=0.948Ωr1=0.2Z1=0.196ΩZ2=U1e/

I1eq2=1.956Ωr2=

=1.711ΩR=r2－r1=1.711-0.196=1.515Ω

然后，根据计算所得R值进行电解液的配比。

具体做法是用V-A法测量电解液的阻值，通过调整电解液的配比，直到阻值满足R为止。

以上分析的是一种公式计算R值，还有一种对照表法，见表1。

表1高压热变电阻起动器阻值计算参考表

高压热变电阻起动器阻值计算参考表

异步电机（全压启动倍数q1按6倍计算）

同步电机（全压启动倍数q1按7倍计算）

目标启动倍数q2

系数k

目标启动倍数q2

系数k

2.0

0.2536000

2.5

0.1998435

2.1

0.2390123

2.6

0.1903351

2.2

0.2256640

2.7

0.1814792

2.3

0.2133986

2.8

0.1732050

2.4

0.2020725

2.9

0.1654513

2.5

0.1915734

3.0

0.1581650

2.6

0.1818041

3.1

0.1513001

2.7

0.1726815

3.2

0.1448159

2.8

0.1641345

3.3

0.1386767

2.9

0.1561015

3.4

0.1328509

3.0

0.1485290

3.5

0.1273106

3.1

0.1413700

3.6

0.1210449

3.2

0.1345833

3.7

0.1169884

3.3

0.1281327

3.8

0.1121642

3.4

0.1219858

3.9

0.1075396

3.5

0.1161136

4.0

0.1030981

R=k×U1e/I1e

根据表1，计算杭钢主抽风同步电动机水电阻的配制，取q1=7，q2=3.5，查表得k=0.1273106，则R=k×U1e/I1e=0.1273106×6000÷506=1.510Ω。

由此可以看出，两种计算方法得出的电阻值R非常近似。

3系统起动条件及工艺与电气联锁的电路分析与调试

3.1系统启动条件

⑴应根据国标GB50150-2006规定的试验项目对同步电动机进行检测并保证合格；

⑵确认电机铭牌参数符合工艺及电气设计要求；

⑶检查主回路、励磁回路绝缘合格；

⑷检查励磁回路碳刷滑环无缺陷；

⑸检查电机控制、励磁、保护、监视装置处于准备好状态；

⑹进行各种继电保护（综保）、电气联锁、工艺联锁关系的模拟试验；

⑺高压热变电阻起动器已处于接入状态；

⑻保证各介质系统运行正常，比如冷却水、润滑系统（包括高位油箱油位）、液压系统等；

⑼要求机械人员确认机械设备处于准备好状态，例如风机风门在主电机起动前处于关闭位置；

⑽起动顶轴油泵，风机轴和轴瓦之间充满润滑油，风机轴两端被高压润滑油顶起处于悬浮状态，起到减小磨察和降温作用。

3.2工艺与电气联锁的电路分析与调试

在调试过程中，顶轴油回路的高油压与低油压两个压力接点与电气的联锁关系，与我们通常所讲的低油压起泵、高油压停泵的概念是不相同的，此点往往导致不少人产生错误的理解。

看似一个简单的电路（见图3），对这两个压力开关的调试，要根据电气回路的分析并结合对工艺的理解才能完成。

分析如下：

图3

图3所示电路图中，中间继电器13K的接点是顶轴油泵运行信号，顶轴油泵运行时闭合，停止时打开。

Hp是顶轴油路高压力信号（取常开点），当油路中压力大于等于压力开关Hp的设定值时压力接点Hp闭合；Lp是顶轴油路低压力信号（取常闭点），当油路中压力小于等于压力开关Lp的设定值时压力接点Lp闭合。

图4所示，是轴未被顶起时的状态，由于此时轴落在轴承上堵塞了油路，这时开起顶轴油泵，必须要有足够的油压才能将轴顶起（比如5MPa）从而处于悬浮状态。

而一旦轴被顶起后，见图5所示（轴被顶起时的悬浮状态），由于此时油路畅通，维持轴处于悬浮状态所需油压要小得多（2MPa）。

结合图4、图5，我们再来分析图3所示电路图就明白其工作原理。

首先，顶轴油泵启动，中间继电器13K接点闭合，此时轴处于图4状态，由于油路不通，油路中油压较高，当油压达到压力开关Hp的设定值时压力接点Hp闭合（调整压力开关时，我们通常将Hp的设定值调整为略低于5MPa，以保证常开接点Hp的可靠闭合），通过中间继电器14K的接点自锁，继电器14K保持通电状态直到顶轴油泵停止工作为止。

当油压达到5MPa，轴被顶起后，此时轴处于图5状态，由于油路畅通，油压迅速回落，达到维持轴处于悬浮状态所需油压2MPa时压力接点Lp闭合（调整压力开关时，我们通常将Lp的设定值调整为略高于2MPa，以保证常闭接点Lp的可靠闭合），此时中间继电器15K通电。

中间继电器14K与15K的接点串联，作为轴被顶起的信号送给PLC。

为什么要将中间继电器14K与15K的接点串联呢？

还得结合工艺过程分析，因为单有中间继电器14K的接点信号不能代表轴已被顶起，比如油路堵塞但轴未被顶起时中间继电器14K照样能闭合，因此只有中间继电器14K和15K两者都满足通电条件，才能证明轴已被顶起。

4几种典型起动失败的原因分析

4.1励磁故障

在同步电机起动并投励、投全压之后大约2到3秒时间，综保装置发出跳闸信号，励磁系统报“失步跳闸”故障。

经分析，其故障原因应该是在电机从亚同步转速（即95%同步转速）拉到同步转速的过程中，系统发生同步振荡（同步振荡次数在系统允许范围内是正常的，一般为2～15次），并且其实际振荡次数超过系统设定的振荡次数保护值。

排除该故障的方法是进行励磁系统参数调整：

一是将励磁失步从“跳闸”修改为“整步”；二是将同步振荡次数增加，比如从“8”修改为“12”。

4．2综保“瞬动跳闸”

系统起动后瞬间跳闸，综保装置发出“瞬动跳闸”信号。

发生该故障的原因要从两方面来分析判断：

第一种情况是瞬动跳闸设定值Is过小，第二种情况是水电阻阻值匹配不正确（偏小）。

此时，应测得当综保装置跳闸时电机定子的瞬间电流，如果该电流小于目标起动倍数电流，但又大于瞬动跳闸设定值Is，则属于第一种情况，应该适当增大瞬动跳闸设定值Is；如果该电流大于目标启动倍数电流（即I1eq2），则属于第二种情况，应重新配水电阻，适当增大其阻值。

配制按本文2.3介绍的方法进行。

4.3起动时间过长，长时间不投全压、投励，起动失败

该主抽风电机正常的起动时间大概在40秒～50秒之间。

如果长时间不投全压、投励，则系统故障跳闸（如图6所示起动曲线）。

产生此现象的原因是水电阻阻值匹配过大，导致电机起动时电磁转矩小，甚至小于负载转矩，产生不了加速转矩，电机长时间不能加速到亚同步转速（即95%同步转速，同步转速nf=60f/P，f是电源频率，P是电机极对数），因而不可能投全压、投励。

应重新配水电阻，适当减小其阻值。

图7为正常起动曲线。

5结束语

笔者以杭州2×90m2烧结机主抽风同步电动机系统调试为例，论述了如何确定串入电机定子回路电阻值的理论方法，以及如何结合工艺进行电气调试的方法。

为数不少的人认为电气调试员不用懂工艺，但实践证明，往往多数电路图要结合工艺去理解，一些压力开关、行程开关、流量温度等的调试也要结合工艺，甚至所有传动装置的速度设定、运行方式等都与工艺相关。

本文介绍了烧结机主抽风同步电动机几种典型的起动失败事例，并分析了其产生的原因及解决的办法。

作为调试员，应本着理论与实践相结合的科学方法去分析问题和解决问题，它既体现了一名调试员的理论水平，同时又反映了其实际动手能力和处理问题的能力。

参考文献：

（1）余道松.企业电气调整手册.武汉：

武汉测绘科技大学出版社