雷鹏
金堆城钼业股份有限公司矿冶分公司百花岭选矿厂机动科,陕西 渭南 714102
摘要：介绍了PXZ1200／160液压旋回破碎机的基本运行工况，分析了绕线式异步电机的机械特性，通过详细分析几种启动方式的优缺点，从中选择最佳启动方式，以改善电动机大电流启动对设备和电网造成的冲击，提高电动机的转矩特性，满足PXZ1200／160液压旋回破碎机启动的平滑稳定。
关键词：绕线式异步电动机； 液压旋回破碎机； 启动方式；无刷无环启动器
0 前言
PYZ1200/160液压旋回破碎机适用于粗碎作业，属于粗碎机，破碎中等和中等硬度以上的各种矿石和岩石。碎矿车间2#液压旋回破碎机PYZ1200/160承担着百花岭选矿厂生产工艺中第一道工序的生产任务。在使用过程中经常会遇到带负荷启动困难的情况，它配套使用的是绕线式高压电机JRQ158-10 6kV 310kW，它现有的启动方式是在转子回路串联频敏变阻器，这样不仅可以获得较好的起动特性，确保设备的正常运行，还能最大程度的保护电网不受冲击。同时这种运行方式也有一定缺点，最主要是绕线式电机的转子通过碳刷的长期磨损会造成接触不良，若不及时处理，会造成电机滑环烧坏，同时维修维护的工作量也较大。
1系统启动方式分析
1．1 PYZ1200/160液压旋回破碎机基本组成和工作原理
PYZ1200/160液压旋回破碎机是由?传动部、机座部、偏心套部、破碎圆锥部、中架体部、横梁部、原动部、油缸部、液压部、滑车部、电气部和干、稀油润滑等部分组成。工作时，电动机通过皮带轮，将动力传递给水平轴及一对伞型齿轮，偏心套与大伞齿轮连为一体，动锥放在偏心套内，通过带动偏心套转动，使动锥围绕破碎机中心线做旋摆运动，时而靠近或远离破碎壁，迫使矿石在破碎腔内不断受到挤压和弯曲作用而被破碎，被破碎的矿石靠自重从破碎腔底部排出。
1．2 PYZ1200/160液压旋回破碎机运行工况分析
旋回破碎机的主要零部件有传动轴、齿轮、偏心轴套、主轴和悬挂装置。旋回破碎机在工作过程中，作用于主轴上的力有破碎力F，锥体重力G，悬挂装置的支反力Fl、偏心轴套支反力FM和惯性力(由于惯性很小，故省略不计)。
在破碎过程中，破碎力的大小由于受物料的物理机械性质、粒度、破碎方法和物料在破碎腔内的分布状况等因素的影响，用理论方法很难准确地进行计算，通常是根据电机功率来计算破碎力。因为旋回破碎机的偏心距较小，动锥摆动次数也较低，故不会造成很大的功能储备，电机功率的绝大部分用于破碎物料，一小部分用于相对运动部件的摩擦，这部分功率消耗以传动效率形式考虑。
矿石作用于破碎圆锥上的破碎力F引起机架套筒对偏心套的反作用力Fl，而偏心轴套内孔对主轴的反作用力也是F1，因为悬挂装置对破碎圆锥的反作用力对悬挂点产生的力矩很小，我们可以忽略。
1.3 PYZ1200/160液压旋回破碎机设备运行特点
以上两节简单介绍了旋回破碎机的工作原理、各部分的受力结构特点，以及主要参数的确定，旋回破碎机没有严格的公式计算，多数是靠实验和生产经验相结合取得的计算方法，但对我们的基本计算还是有一定的参考作用的。因此旋回破碎机的力矩随负荷变化具有一定的冲击性质，同时它要有足够大起动转矩和可能的重载启动的特性。
2、绕线式高压电机JRQ158-10 6kV 310kW工作原理
三相绕线式转子交流异步电动机，绕线转子一般均为Y形连接，三相绕组通过滑环与外电路连接。由于在它的转子上可外接电阻或者电抗，在起动时具有较高的功率因素和较大的起动转矩，因此，在冶金、矿山等领域都普遍采用这种电动机来拖动设备。绕线式异步电动机是解决既要求限制起动电流又要求有足够大起动转矩这个问题的好办法，起动时，若转子绕组直接短路，则与鼠笼型异步电动机一样，起动电流很大，而起动转矩不大，这就是绕线式电机的独特之处。
3绕线式高压电机几种启动方式分析
3.1转子回路串接电阻起动：绕线式三相异步电动机可以在转子回路中串入电阻进行起动，这样就减小了起动电流。一般采用起动变阻器起动，起动时全部电阻串入转子电路中，随着电动机转速逐渐加快，利用控制器逐级切除起动电阻，最后将全部起动电阻从转子电路中切除。适用于中小功率低压电动机。在绕线式电动机转子回路串电阻的起动方法，其最大缺点是分级切换，阻值呈跳跃性变化，起动不平稳，起动效果不理想。
3.2转子回路串接频敏变阻器起动：频敏变阻器的电阻（电抗）随线圈中所通过的电流频率而变。刚起动时，电机转差率最大，转子电流（即频敏电阻线圈通过的电流）频率最高，等于电源频率。
因此，频敏变阻器的电阻最大，这就相当于起动时在转子回路中串接一个较大电阻，从而使起动电流减小。随着电动机转速的加快，转差率逐渐减小，转子电流频率逐渐降低，频敏变阻器电阻也逐渐减小，最后把电动机的转子绕组短接，频敏变阻器从转子电路中切除。适用于中小功率高、低压电动机。采用频敏变阻器作起动设备时，其起动电流仍较大(为3～4倍电动机额定电流)，电压稍低即难起动，同时频敏变阻器发热严重，易被烧毁，不能连续起动。起动电流不平滑，对电动机也有一定冲击作用。同时由于在电动机的转轴上装有滑环、碳刷、短路环等零件，它们与控制箱中的继电器、交流接触器、频敏变阻器等电器元件组成一个完整的二次回路系统，作为电动机的起动和运行的短接装置。电动机的这种工作方式有以下缺点：
⑴碳刷容易磨损，消耗过高，维修量大，影响正常生产。
⑵碳刷与滑环之间容易产生火花。
⑶碳刷与滑环的磨擦，增大了接触电阻，电机温升高。
⑷导电粉末易被吸入电机内部，是烧毁电机的一大隐患。
⑸时间继电器失控容易烧坏交流接触器和频敏变阻器，造成停机停产。
3.3转子回路串液体变阻器启动：液态高压软起动装置是利用液体电阻热容量大,阻值易调的特点,而专为各种大中型绕线式异步电动机设计的。在起动过程中,可明显降低电机的起动温升,减少线路上的电压降。液体变阻器俗称水电阻，顾名思义，在特制的水箱内装有电阻值的液体，液体一般用纯净水加入适量的电解粉按一定比例配制，在水箱的底部有一组静极板，水箱顶部有一组动极板，动极板在驱动装置的驱动下，在一定时间内下降到与静极板接触，接触后由外部接触器将水电阻切除，从而实现平滑启动。适用于大功率高压电动机。若采用绕线式电动机和液体变阻器以及无功就地补偿(电容器或静止进相机)的起动方案，虽实现了无级起动，且起动电流小，起动转矩大，但仍不尽如人意。一是起动装置能量消耗较大，浪费能源，需要经常测电阻和加纯净水；二是由于存在可移动部件等传动机构，不仅体积较大，而且需要定期检修；三是受环境温度影响较大，起动电流控制不准确。
3.4转子回路装设无刷无环启动器
3.4.1无刷无环起动器特点
无刷无环起动器克服了三相绕线式异步电动机转子回路串接频敏变阻器缺点，保留了绕线电机起动电流小，起动转矩大等优点。
3.4.2产品优点
无刷无环起动器把传统的、繁琐的、多触点元件组成的起动装置去掉，采用无刷无环运行，操作简单，安装拆卸方便，可大大减少维修费用，其优点是：去掉滑环、碳刷、刷盒、刷盒支架、短路环及二次回路系统中的频敏变阻器、交流接触器、时间继电器等元件，并可保持电机原有的运行特性。
3.4.3性能特点
无刷无环起动器的工作原理是利用电动机在起动过程中，转子电流频率 fz 随转子转速升高而降低的关系 fz=f1×S，当转子转速由 0 上升到额定转速 Ne 时，转子电流频率则从 50Hz 平滑地降至1~3Hz。起动器阻抗 Zp=rp+jxp,其中铁损 rp的大小与频率的平方成正比，随着 fz 的降低，rp也随之下降，电抗 Xp=ωLP，同理，Xp 也减少。当起动结束后，sf1 很小，Zp 则降到很小甚至近似于零，因此电动机在起动时，既能限制起动电流，也能提高功率因数和增大起动转矩，是一种理想的起动装置。
3.4.4使用范围
凡原来采用电阻起动器、电抗器、频敏变阻器、液体变阻起动器、软起动器起动的 JR、JZR、YR、YZR 三相绕线转子交流异步电动机均可选用“无刷无环起动器”来更新换代。
更换无刷无环启动器后运行特性不变。其配用电机最佳容量在380V／llkW—280kW；3KV、6kV／200kW—2000kW之间。不论正反转，偶尔与较频繁起动，均可使用无刷无环变阻起动器。无刷无环启动器是目前在国内属领先地位的起动设备。
3.5其它启动方式
随着电力电子技术和计算机技术的快速发展，高压固态软启动是现在应用广范的一款笼型电机配套软启动器，该装置可以根据不同的现场实际情况设置起动参数，停机的相关参数和各种保护功能的设定值。而且该装置是以晶闸管为核心的软启动方式，在性能和安全上，后期维护上和传统的软启动有着无法比拟的优越性，但它对于绕线式电机基本不起作用。
采用高压变频器起动高压电动机虽具有良好的静、动态起动性能，起动电流可限制在1.5倍电动机额定电流以下，起动转矩可达电动机额定转矩的1.5倍，并且在此范围内可随意调节，实现恒转矩起动。但它在高压绕线式电机上的使用很少。
同时高压变频器与高压固态软起动器技术均较为复杂，维护难度大。
4结语
通过PYZ1200/160液压旋回破碎机设备电机可选用的以上几种高压绕线式电机启动方式的综合分析，最好的更新替代转子回路串接频敏变阻器技术方案是在绕线式高压电机JRQ158-10 6kV 310kW转子回路进行无刷无环启动器改造。同时可以达到消除百花岭选矿厂碎矿车间2#液压旋回破碎机的安全隐患，保证了生产工艺的畅通，提高设备运转率目的。
参考文献：
［1］PXZ1200／160液压旋回破碎机说明书 沈阳重矿机械制造有限公司
［2］李焦明 单位:坚固水泥有限公司3种新型高压电动机软起动装置评介-技术研讨 [2007-3-12]