探讨防爆控制柜的无刷自启动功能

防爆控制柜http://www.nyfbkt.com/型三相异步电动机从防爆类型上分有隔爆、增安、正压通风等多种形式，但从转子绕组的结构形式上分只有两种，即鼠笼型和绕线型。鼠笼型电机有结构简单的优势，绕线型电机也有其独特的性能优势。能否将二者的优势进行互补?下面结合该主题进行探讨。我们知道，鼠笼电机结构简单紧凑，在电机行业属于“吃电大户”，推广较为普及，需求量也占份额。但与绕线电机相比，启动性能有其自身的局限性：鼠笼电动机的启动电流一般达到额定电流的5-7倍，而启动转矩只有额定转矩的0.4—1.6倍(小电机能达到2.2倍)。这种情况在电网条件和工艺条件允许的情况下，能够直接启动。这里的电网条件一般指电机启动时电网保证电机机端压降不大于10%;工艺条件是指电机的启动转矩满足机组系统惯量和负载的加速特性要求。但过大的启动电流、过小的启动转矩和过长的启动时间给电动机和电网将造成较大的潜在危害。
　　定转子绕组的发热量随其流过的电流大小成平方倍关系变化。按照上述的启动电流倍数，电机启动时的单位时间发热量是正常运行时的25—49倍，产生的电磁力也将大幅度增加。过快的加热速度、过高的温度、过大的温度梯度和电磁力产生了较大的破坏力，缩短了定转子绕组的使用寿命。特别是对一些大惯量负载，如大惯量风机、磨机，利用集肤效应降低启动电流产提高启动转矩的电机，也易出现频繁多次启动后转子断条现象。
　　鼠笼电机的启动转矩及机械特性在电动机做成后即成定局，防爆控制柜无法改变其启动性能。隔爆型绕线转子电机的启动是通过转子三相外串电阻达到提高启动转矩、遏制启动电流的目的。通过调节外串电阻的大小，能够实现启动特性的扭转和提高，即速度一转矩曲线的轴向平移。通过外接电阻的跟随变化能够使电机的整个启动曲线不会阶段性地出现中间凹陷，从理论上讲基本能够实现以较大转矩做启动转矩。由于外串电阻的变化能够使电机的启动特性发生变化，故现行的国家标准中对电机的启动电流、启动转矩等启动性能指标未做要求，仅对较大转矩有要求。在重载启动时，与鼠笼电机相比有其独特的优势。故多与磨机、大惯量的风机及深井泵配套使用。
　　防爆控制柜特有的性能优势是鼠笼电机无法取代的，但其自身的缺点也制约了该类电机大范围、多领域的推广，主要表现在如下几个方面：该类电动机为实现外串电阻，其主体必须装有转子电流、电压引出装置——电刷、集电环、带单独的隔爆型转子接线盒，并且必须带有结构复杂和多方位连锁的启动控制和保护装置。过载运行时无法实现转子电阻的自动回加。电刷与集电环属于该类设备的易损件，电机在使用过程中间要定期清理炭粉并巡视检查集电环的磨损情况，用户使用与维护工作量大，有时由于监控不力会造成设备被迫停机，直接影响到生产厂家的工艺流程系统乃至全线停机，直接造成较大的经济损失。由于绕线转子电机的转子结构比较复杂，转子温度受绝缘材料耐热等级的约束，单机容量向大的方向开发受到限制。
　　防爆控制柜实现无刷自启动并不是抛开绕线电机自身的机与电的机理，而是将外接电阻和控制回路浓缩设计成一个无刷自启动器，直接将该启动器安装在电动机的转子本体上，取消了集电环和电刷。这样一来，隔爆型无刷自启动绕线电机就克服了鼠笼异步电动机启动电流大，启动转矩小及绕线式异步电动机装有电刷、集电环和复杂的启动装置的缺点;保留了鼠笼电动机结构简单、维护工作量小和绕线电机启动电流小、启动转矩大的优点。隔爆型绕线电机实现无刷自启动的过程是将一种无刷自启动器接人了转子回路，甩掉了普通绕线电机本身所带的集电环、电刷等易损件。隔爆型绕线电机实现无刷自启动的可能性有多大，电机的可靠性有多高是令人关注的问题。
　　防爆控制柜电机启动时转子外电路通常串频敏变阻器、干式铸铁电阻、水电阻或其他干式电阻。一般大容量电机多用水电阻，小容量电机多串频敏变阻器或干式电阻。下面对频敏变阻器启动和启动变阻器启动两种方法进行对比分析：电感性元件具有“阻交流通直流”的特性，而频敏变阻器启动是利用绕线电机启动时转子频率由50Hz向下衰减到3～5Hz的特征进行启动的。频敏变阻器是一种无触点电磁元件，相当于一个铁心损耗特大的三相电抗器。在启动过程中，频敏电阻器的电抗值和对应于铁心涡流损耗的等效电阻值随着转子的频率下降而自动减小。因此不需要经过切换电阻就可以把电机平稳的启动起来。
　　干式电阻很难实现无级改变，防爆控制柜的有级改变不再赘述。随着科技的发展，水电阻能够较容易的实现无级改变。无级水电阻启动的原理是：水电阻是利用一个水槽，将一定配比的碱性液体置于水槽内，水槽两边设铜质较板，一端为定较板，一端为动较板，通过外设动力驱动动较板，改变两较板间的距离达到改变电阻的目的(电阻的阻值大小与动定较板的间距大小成近似正比关系)，该电阻的改变是人为通过驱动机构设定的，电阻的切换时间利用驱动执行机构及其执行时间来设定的。通过程序控制平稳移动动较板，较终达到电机平稳无级启动的目的。