节能电动机在粉磨设备上的应用

水泥企业是高耗能企业，而粉磨设备又占水泥企业总能耗的70%左右。因此，粉磨设备的节能降耗就必然成为我们关注的焦点之一。作为粉磨设备的动力装置的电动机的高效可靠运行、节约电能则更是我们所关注的。

    球磨机是一种重载大型机械设备，它要求与之配套的电动机必须有足够大的起动转矩。长期以来人们普遍选用的电机是绕线转子异步电动机。该电机的结构特点是电机转子绕组线圈通过滑环碳刷和电缆将一定阻值的电阻串接到转子回路中；电机起动时得到大的起动转矩将磨机拖动。但磨机一旦转入正常工作，电机的这一套起动装置就成了电机的累赘，虽然起动电阻已被短接，但滑环、碳刷和电缆仍串在转子回路中，强大的转子感应电流就必然通过这些阻性元件而消耗电能，同时，由于滑环碳刷连续不断的摩擦而使电机的机械故障经常发生。另外，由于转子绕组回路中串接有电阻，又使电机的机械特性变软，这对电机在重负荷下运行非常有害。为解决有滑环绕线电机所存在的这些问题，国内外的电机工作者进行了大量的研究工作，但都未能很好解决。

    针对有滑环绕线转子异步电动机所存在的上述问题，武汉金路达电机有限公司与华中科技大学新型电机国家实验室合作开发生产的变极起动无滑环绕线转子感应电动机（以下简称新型电机）则很好地解决了有滑环绕线感应电机所存在的上述问题。

    新型电机去掉了滑环碳刷，去掉了串接的电阻，去掉了用于无功补偿的进相机，其外观和鼠笼型电机相同。新型电机采用了变极起动方案，其定子采用变极绕组技术，在定子上放置一套采用变极比为10/8的三相换相法变极绕组（以8极电机为例），其中10极绕组用于电机起动，8极用于电机正常运行。而转子回路采用复合线圈无感绕组技术。转子在对应定子10极工作时，呈现出高阻抗状态，使电机的起动电流减小起动转矩增大；但当定子绕组切换为8极工作状态时，转子又自动地转换为标准绕组而进行高效正常运行。

    如前所述，新型电机是变极起动，即用改变定子绕组的极数达到起动目的的，因此它的转子回路中无滑环、碳刷和电缆，也不串接电阻，这既简化了转子的机械结构又消除了传统电机所固有故障隐患，使电机长时间的安全可靠运行，值班人员仅对电机轴承进行常规保养即可。电机本身基本上处于免维护状态。

    由于新型电机的转子绕组是一个完全闭合的回路，因此电机的控制系统也大为简化，由下图所示，它同传统绕线电机相比，控制系统省掉了起动电阻柜和进相机柜，其一次回路仅用两只三相交流开关即可（相当于一只三相双掷闸刀），二次回路也仅再加一只时间继电器、一只中间继电器和过流保护装置就满足要求了，岗位工只需按下“起动”按钮，电机即可自动全电压瞬间起动运行。一般情况下，起动时间上6秒左右，当工人按下“停止”按钮，电机立即停止运行，而对于传统电机而言，起动操作非常繁杂，有时会造成误操作。

 

    新型电机的功率因数是由转子的槽形决定的，因此转子槽形可按高功率因数设计，对于8极/6KV的电机来说，其功率因数为0.915。而传统绕线电机的功率因数仅0.8左右。因此新型电机运行时不需要外加无功补偿装置，由于功率因数的提高，可使供电系统的无功损耗减少。

    传统绕线电机需用进相机进行无功补偿，而它付出的代价是消耗有功功率。一般来说进相机每小时耗能8~10kwh，新型电机不用进相机，也就达到节约的目的。
    如前所述，传统绕线电机由于其机械特性软，所以当磨机的负荷增加时，必然使电机的转速降低，对于8极电机来说，其标称额定转速是735转/分，而带上负荷后，其转速仅727转/分左右，这样就使球磨机偏离了最佳工作转速，就不能确保研磨体沿抛物线下落的高度最大，也就不能确保最大限度地去破碎物料，严重地影响了产品的产量和质量。新型电机由于无滑环碳刷和电缆，所以它的机械特性是硬的，当负荷在较大范围内波动时，其额定转速保持不变，从而使球磨机一直在最佳工作转速下运行。对于水泥磨而言，在保证产品质量的前提下（水泥的比表面积一定）则水泥的产量一般可提高5~10%，而对于选矿用的磨机而言，它所追求的是矿粉的细度，因为矿粉越细则选矿效果越好。此时，若确保矿粉产量同原来一样，则新型电机所拖动的磨机生产的矿粉细度肯定会有一定的提高，从而提高选矿效果。

    综上所述，无滑环绕线转子感应电动机的应用可使用户得到如下的经济效益：
1、用户不需要购置无功补偿装置如进相机等，也不需要配置起动电阻柜，仅此两项就可为用户节约一次投资数万元。
2、用户不需要购置碳刷、可控硅、交流接触器等易损件，每月可节约推护费用数千元。
3、由于新型电机处于免维护状态，可长期连续可靠运行，相对传统绕线电机而言，每月可多生产数小时（传统绕线电机每月需停机数小时进行维护）。设备多生产数小时，对用户带来经济效益是可想而知的。
4、新型电机可使被拖动的设备在最佳速度状态下运行，在保证产品质量的前提下可使设备产量提高5~10%，而在保证产量一定的前提下，又可使产品质量有很大提高。
5、新型电机过负荷能力强，抗冲击能力强，可在设备过负荷5%工况下运行。新型电机特别适合于轧钢设备。
6、在某一时段内，球磨机的耗电量和水泥产量相除即为单位能耗，然后再同传统绕线电机拖动的球磨机单位能耗进行比较，即可算出单位能耗的节电率，单位能耗节电率为5~10%。新型电机节约的电能是相对于传统绕线电机多浪费电能而言，它由以下几部份组成：①强大的转子电流流过滑环碳刷电缆消耗的电能，例如380KW/10KV转子电流为471A电阻仅0.06欧姆，则耗电：471×471×0.06=13300W=13.3KW，电缆越长耗电越多。②进相机耗电5-10 KW。③传统绕线电机转差损耗比新型电机多一倍， 使电机发热严重。④传统电机滑环需用风扇降温，风扇耗电1 KW④进相机，起动电阻柜各有一台交流接触器，每个接触器线圈耗电500W。2×500 W=1KW