液體電阻啟動(dòng)器的制造與維護(hù)

液體電阻啟動(dòng)器的制造與維護(hù)

在水泥行業(yè)，設(shè)備類型已趨向于大型化和自動(dòng)化發(fā)展。磨機(jī)、大型風(fēng)機(jī)等大型重載設(shè)備多采用繞線式異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。目前國(guó)內(nèi)有很多水泥廠都采用液體電阻啟動(dòng)器,佳木斯北方水泥有限公司樺南分司1號(hào)線、2號(hào)線、3號(hào)線和東風(fēng)分公司、同江分公司等企業(yè)大型設(shè)備用繞線式異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng),采用的是液體電阻啟動(dòng)(調(diào)速)器。在生產(chǎn)實(shí)際中我們自行制造的液體電阻啟動(dòng)器,現(xiàn)就本單位液體電阻啟動(dòng)器制造、使用維護(hù)和常見故障的處理方面的經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)問題簡(jiǎn)單探討,供有關(guān)維修人員參考。1液體電阻檢測(cè)器啟動(dòng)工作流的原理1.1試驗(yàn)裝置和設(shè)備液體電阻啟動(dòng)器是有電液箱、動(dòng)靜電極、電動(dòng)升降(移動(dòng))機(jī)構(gòu)及電控系統(tǒng)組成。同時(shí)設(shè)有溫度、電加熱等到檢測(cè)裝置。電液箱由高強(qiáng)度PVC塑料板經(jīng)專用設(shè)備焊制而成,箱內(nèi)儲(chǔ)存有足量的電阻液。電動(dòng)升降(移動(dòng))機(jī)構(gòu)一般以皮帶傳動(dòng),導(dǎo)電板材質(zhì)以電解銅為主,箱體和電極板的外形多為長(zhǎng)方形。1.2繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路繞線式異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)在轉(zhuǎn)子回路中串入一定值電阻,該電阻阻值隨著啟動(dòng)過程進(jìn)行無級(jí)的減小,直到啟動(dòng)結(jié)束時(shí)該電阻短接,能有效地降低啟動(dòng)電流和啟動(dòng)瞬間電流和機(jī)械沖擊。調(diào)速用液體電阻調(diào)速器在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中還串聯(lián)一定液體電阻,阻值一般由機(jī)械負(fù)載動(dòng)行條件決定。利用液體電變阻器啟動(dòng)繞線式異步電機(jī)時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中接入的是液體電阻,由箱體內(nèi)兩道絕緣隔板分隔而成的三個(gè)液體柱組成。液體柱底部(側(cè)部)有3個(gè)固定電極板,經(jīng)絕緣母線引出箱體后與電機(jī)三相轉(zhuǎn)子繞組相連。液柱上方(側(cè)方)的3個(gè)活動(dòng)電極板組成星形連接后與升降(移動(dòng))架固定在一起,隨傳動(dòng)機(jī)械在限定的行程范圍內(nèi)上下或左右運(yùn)動(dòng),以改變兩極板間距離的方式調(diào)節(jié)有效液柱長(zhǎng)度,達(dá)到改變啟動(dòng)變阻器阻值的目的。2網(wǎng)啟動(dòng)變阻器性能比較液體電阻啟動(dòng)器與頻敏變阻器、油浸變阻器、金屬變阻器相比,具有啟動(dòng)平穩(wěn)可靠、啟動(dòng)電流小、對(duì)電網(wǎng)無沖擊、能連續(xù)多次啟動(dòng)等明顯優(yōu)點(diǎn)。液體電阻啟動(dòng)器因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,維修方便造成價(jià)低被我公司廣泛使用。表1是幾種啟動(dòng)變阻器的性能比較。由表1可知,液體電阻啟動(dòng)器在啟動(dòng)性能方面具有較大的優(yōu)越性,當(dāng)然對(duì)繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串入附加電阻啟動(dòng)的技術(shù)原理必須熟知,才能更好的應(yīng)用。3采用液體電阻檢測(cè)器的故障計(jì)算方法和應(yīng)用3.1附加電阻對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子回路中串入附加電阻,不但使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流減小,而且因轉(zhuǎn)子功率因數(shù)提高,可使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大。啟動(dòng)過程中轉(zhuǎn)矩的變化情況見圖1。由圖1可見,轉(zhuǎn)子回路中串入的電阻不同,電機(jī)的轉(zhuǎn)差率及機(jī)械特性也發(fā)生變化,即附加電阻越大,起動(dòng)力矩越大,且機(jī)械特性隨起動(dòng)過程中附加電阻由大到小變化現(xiàn)而越來越強(qiáng)。大轉(zhuǎn)子電阻可使臨界轉(zhuǎn)差率增大,而最大轉(zhuǎn)矩幾乎不變。由電機(jī)學(xué)知道,串接電阻阻值不同就可以得到不同的臨界轉(zhuǎn)差率,因此當(dāng)外加電阻適當(dāng)時(shí),即可滿足減小轉(zhuǎn)子電流,提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用。但電阻如果太大時(shí),則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩變小,機(jī)械特性太軟就無法啟動(dòng)了,阻值適當(dāng)則限制轉(zhuǎn)子電流,轉(zhuǎn)子功率因數(shù)也得妻改善。轉(zhuǎn)差率及臨界轉(zhuǎn)差率的變化影響啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。所以啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的設(shè)備負(fù)荷大小,可取額定轉(zhuǎn)矩的2倍左右,但不得大于最大轉(zhuǎn)矩的85%。3.2轉(zhuǎn)子電壓電流的計(jì)算方法液體變阻器電阻計(jì)算方法,常見的有:式中:R2f—附加電阻,Ω;U2e—轉(zhuǎn)子額定電壓,V;式中:nk—串入附加電阻后啟動(dòng)電流與額定電流之比;n—不加附加電阻時(shí)啟動(dòng)電流與額定電流之比。以上兩個(gè)公式在計(jì)算R2f時(shí),有許多未知參數(shù)。在大型的設(shè)備特別是負(fù)荷有變化的,運(yùn)行中電機(jī)電流也要變化,因此很難取出準(zhǔn)確值要靠估算,公式中的一些參數(shù)有時(shí)要靠人為去設(shè)定,這樣免了有較大的差。我公司液體電阻啟動(dòng)器使用較多,用的設(shè)備負(fù)載也不一樣,電機(jī)拖動(dòng)有設(shè)備性能各有差異,如:磨機(jī)、風(fēng)機(jī)等,功率從幾百千瓦到幾千千瓦,最大的2號(hào)線生料磨電機(jī)3550kW。對(duì)于磨機(jī)應(yīng)用1)式計(jì)算可能啟動(dòng)負(fù)載大(啟動(dòng)時(shí)負(fù)載受很多因素和環(huán)境制約,當(dāng)時(shí)的物料情況、研磨體裝載量情況、氣候情況等),加之啟動(dòng)器兩電極行程及啟動(dòng)時(shí)間固定,而產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)過流跳閘。很難確定公式中的一些參數(shù)的準(zhǔn)確合理值。所以我們?yōu)榱朔奖阌?jì)算,將以上兩個(gè)公式中有些參數(shù)實(shí)際可以省略計(jì)算,電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流有關(guān),電流與轉(zhuǎn)子電阻有關(guān),在定子電源電壓及頻率不變的條件下,主磁通不變,定子電流只隨轉(zhuǎn)子電流變化,因此計(jì)算中可忽略定子電流情況,使計(jì)算方法比較簡(jiǎn)單。通過以上公式計(jì)算的方法,配合液體阻值曲線見圖2,只要考慮轉(zhuǎn)子額定電阻再乘上一個(gè)系數(shù),從而得出的R2f值,還可以由電機(jī)學(xué)知識(shí)計(jì)算同啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)差率、啟動(dòng)轉(zhuǎn)距及機(jī)械特性。在多年生產(chǎn)應(yīng)用中效果還是很好的。需求說明的是,在計(jì)算中利用轉(zhuǎn)子電壓電流計(jì)算電阻公式的含義是轉(zhuǎn)子額定電阻,并非真正轉(zhuǎn)子線圈電阻,一般電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子每相繞組要用雙電橋才能測(cè)出。電動(dòng)機(jī)出廠說明書中所標(biāo)線圈電阻值與通過電機(jī)學(xué)公式計(jì)算值比有點(diǎn)偏大,因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)制造成中因材料性能及線圈要有許多接頭的接觸電阻等到多種因素,理論設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)有些偏差,但繞線式電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子回路的總電阻應(yīng)為轉(zhuǎn)子線圈電阻加附加電阻。4結(jié)晶鈉的使用液體電阻液采用工業(yè)用的無水碳酸鈉(Na2CO3),再加上純凈水配制。先將Na2CO3用熱水溶解后,倒入液體變阻器水箱中混合均勻攪拌,一邊測(cè)量動(dòng)靜極板之間的電阻,要逐相測(cè)量,測(cè)量阻值的方法采用電流表--電壓表測(cè)量,使理論計(jì)算值和實(shí)測(cè)量值保持一致,直到計(jì)算值。如果使用結(jié)晶鈉配制,則(3)式的系數(shù)要改為2.7。在電阻液配制過程中,可先按計(jì)算電阻值調(diào)好,然后在開機(jī)過程中再根據(jù)啟動(dòng)負(fù)荷的大小適當(dāng)調(diào)整。如配制的阻值偏大,電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)機(jī)械特性太軟,當(dāng)啟動(dòng)器極板行走一段距離時(shí)電動(dòng)機(jī)才轉(zhuǎn)動(dòng),且啟動(dòng)電流小,在切除電阻器瞬間,有較大的沖擊電流造成電動(dòng)機(jī)速斷跳閘。如配制的電阻液偏小,則在電極板行走過程中因啟動(dòng)電流太大造成電動(dòng)機(jī)未啟動(dòng)就過流跳閘。一般我們使用時(shí),控制阻值在R2f(1%±5%)左右,因環(huán)境和負(fù)載的許多情況都不一樣,所以要根據(jù)實(shí)際情況確定?？傊?電阻液阻值要根據(jù)設(shè)備啟動(dòng)狀況而定,使阻值調(diào)整到最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在啟動(dòng)瞬間,也就是轉(zhuǎn)差率較大時(shí)刻,符合圖1曲線的要求。5發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間根據(jù)多年的使用權(quán)用經(jīng)驗(yàn),電極之間的距離所測(cè)得液體電阻值就電計(jì)算的附加電阻,而電極行走的時(shí)間就是電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間。從現(xiàn)在使用情況來講電動(dòng)機(jī)功率大的啟動(dòng)時(shí)間要長(zhǎng)一些,電動(dòng)機(jī)功率小的啟動(dòng)時(shí)間短一些。我們認(rèn)為在啟動(dòng)附加電阻計(jì)算值確定后,重要的是啟動(dòng)器的電極間距及電極的行程時(shí)間,這個(gè)距離決定了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)是否穩(wěn)定、平滑、無沖擊電流、滿足電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)機(jī)械特性的要求。電極行程時(shí)間總體來講示宜太短,否則會(huì)出南上面所講的過流、速斷問題,但若太長(zhǎng)則會(huì)使電阻液體發(fā)熱。從使用經(jīng)驗(yàn)來講一般取20s～45s為宜,有時(shí)特大的電動(dòng)機(jī)也采用60s。6啟動(dòng)器正常使用的注意事項(xiàng)(1)液體變阻器箱內(nèi)液面太高,在電極移動(dòng)過程中會(huì)造成液體溢出使相間短路而產(chǎn)生電弧燒壞箱體和電極;太低會(huì)造成液體在啟動(dòng)過程中因液體太少使單位散熱量不能而沸騰。(2)活動(dòng)電極的行程控制開關(guān)一定要可靠,下限開關(guān)不可靠時(shí)因液體電阻器不切除而造成液體箱沸騰和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)損壞;上限不可靠時(shí)會(huì)使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡死頂壞啟動(dòng)器。因此我們?cè)谑褂眠^程中,采取上下限位開關(guān)備用并聯(lián)雙保險(xiǎn)式的控制方式。(3)動(dòng)靜電極板應(yīng)定期檢查、除銹、以防電極導(dǎo)電性能減退影響使用。最好每日一次,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理或更換。(4)三相電極絕緣箱之間及對(duì)外殼之間一定要絕緣良好(絕緣電阻一般最好不低于5M),否則會(huì)造成短路燒壞設(shè)備。(5)切除液體電變阻用的接觸器,最好采用質(zhì)量較好的,且接觸器內(nèi)的觸頭要有足夠的接觸壓力,否則當(dāng)三相接頭壓力不均衡時(shí),會(huì)造成電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流擺動(dòng)或星點(diǎn)母排線發(fā)熱,發(fā)現(xiàn)不及時(shí)甚至燒粘燒壞。(6)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前要檢查啟動(dòng)器極板是不在初使位置上,最好液體變阻器先空啟動(dòng)一次,同時(shí)也看一看變阻器的各部分是否正常。(7)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成后看一看變阻器是否切除,極板是否回到初使位置。7程開關(guān)受腐蝕或磨損，接觸不良,導(dǎo)致接觸不良,導(dǎo)致控制失靈液體變阻器常見的故障:上、下限位行程開關(guān)受腐蝕或磨損后接觸不良引起控制失靈;進(jìn)線電源相序錯(cuò)位后電動(dòng)升降機(jī)構(gòu)沖出極限位置運(yùn)行而損壞起動(dòng)裝置等。7.1程開關(guān)的安裝保護(hù)液體變阻器一般采用機(jī)械式行程式開關(guān),安裝在電液箱上方。由于電解液具有較強(qiáng)的腐蝕性,常出現(xiàn)行程開關(guān)外殼銹蝕和導(dǎo)電接點(diǎn)接觸不良等故障?？稍谙渫鈧?cè)增加一對(duì)同類型行程開關(guān),將其觸點(diǎn)分別與第一組行程開關(guān)移至箱體外安裝,除了仍具有上面的保險(xiǎn)作用外還減輕了電解液對(duì)開關(guān)的化學(xué)銹蝕作用;在可靠性方面有較高要求時(shí)則采用高精度無接點(diǎn)開關(guān)代替機(jī)械式行程開關(guān),能有效消除因接觸不良引起的故障。7.2電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向檢查電源倒相在液體變阻器安裝調(diào)試階段極易出現(xiàn),一般應(yīng)先手動(dòng)使動(dòng)極板下降至箱體中間位置后再通電檢查電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向,務(wù)必使電極升降與系統(tǒng)控制要求相一致。最好設(shè)計(jì)電源倒相電路,防止因倒相產(chǎn)生的事故。7.3通過輸出滿足的條件無法滿足啟動(dòng)要求液體變阻器電氣控制大致可分三部分:(1)主回路,包括電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子接線;(2)液體變阻器極板升降控制部分;(3)二次控制回路。二次控制回路接線故障較多。啟動(dòng)回路,只有當(dāng)內(nèi)、外電路所有條件如溫度正常;極板位置正確、行程開關(guān)狀態(tài)正常;主電機(jī)短接接觸器斷電開路,以及其它電路中要求滿足的條件全部滿足啟動(dòng)要求時(shí),該回路才輸出允許啟動(dòng)信號(hào)。該電路涉及的電氣元件多,有控制極板上下運(yùn)行的行程開關(guān)等;且各類元件和接點(diǎn)分布地域廣,既有安裝在液體變阻器內(nèi)的元件,又有安裝在高低壓電氣控制屏內(nèi)的,還有安裝在進(jìn)相機(jī)或電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的。相互之間距離較遠(yuǎn),采用導(dǎo)線連接時(shí)大部分接點(diǎn)以串聯(lián)的方式相連,任一個(gè)接點(diǎn)故障都會(huì)影響到正常工作,因而出現(xiàn)故障時(shí)查找比較困難。在日常運(yùn)行中需要經(jīng)常檢查變阻器的液位、溫度是否正常,檢查各接線連接是否完好,接觸是否緊密;各類接觸器、繼電器接點(diǎn)彈簧壓力是否正常,各行程開關(guān)位置是否準(zhǔn)確等等;有時(shí)某個(gè)行程開關(guān)位置固定失當(dāng)也會(huì)引起接點(diǎn)閉合不全而失常。主回路電氣故障雖不多見,但也時(shí)有發(fā)生,出現(xiàn)啟動(dòng)結(jié)束后轉(zhuǎn)子短接接觸器未及時(shí)閉合,造成變阻器長(zhǎng)期通電,發(fā)生電機(jī)轉(zhuǎn)速下降,電解液溫度升高而沸騰,碳酸鈉溶液化作泡沫溢出箱外等事故。但從根本上說,此類故障仍應(yīng)從查找控制短接接觸器的二次控制回路入手。7.4汽車試驗(yàn)箱壓力大,一般在半數(shù)箱體滲漏故障的特點(diǎn)較隱蔽,查找困難,容易與電機(jī)轉(zhuǎn)子入地、轉(zhuǎn)子引出線入地等常見電氣故障相混淆。滲漏點(diǎn)往往位于箱體底部隱蔽處,附近既無明顯裂縫或孔洞,甚至連滲漏也往往不是連續(xù)的。要經(jīng)常測(cè)量箱體和機(jī)架(地)之間的絕緣電阻,當(dāng)此電阻小于1M時(shí)要詳細(xì)檢查箱體,如果箱體滲漏量不大,在電液箱體與金屬構(gòu)架間墊一層2～3mm厚度的絕緣軟橡皮將電阻液入地回路阻斷后就可暫時(shí)解決問題。滲漏嚴(yán)重時(shí)應(yīng)該更換箱體或進(jìn)行修補(bǔ)。箱體變形故障主要是材質(zhì)和制造質(zhì)量問題,箱體外筒壁和隔離板需要用12mm厚度的PVC塑料板強(qiáng)度不足或焊接質(zhì)量不良引起。連續(xù)啟動(dòng)產(chǎn)生的熱量積聚使電解液溫度升高,長(zhǎng)期過熱后箱體出現(xiàn)變形。對(duì)于嚴(yán)重變形的箱體應(yīng)及時(shí)更換。設(shè)計(jì)不當(dāng)有時(shí)也會(huì)引起箱體變形,箱體容積大小決定了液體變阻器熱容量的大小,液體變阻器能連續(xù)多次啟動(dòng)而不出現(xiàn)較大溫升,主要是電解液具有較大的熱容量。因而一般要求變阻器箱體盡可能大,以保證有足夠的熱容量,否則,應(yīng)考慮擴(kuò)大箱體容積。7.5傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度液體變阻器最常見的傳動(dòng)方式是電機(jī)通過皮帶輪減速后由絲桿拖動(dòng)傳動(dòng)架在導(dǎo)軌或?qū)Р蹆?nèi)運(yùn)動(dòng),導(dǎo)軌與滑塊結(jié)合面越緊密,則傳動(dòng)架在移動(dòng)過程中越平穩(wěn)。其常見故障為滑塊松動(dòng)、滑塊卡滯和傳動(dòng)皮帶張力不當(dāng)。因而在日常維修保養(yǎng)中要經(jīng)常注意傳動(dòng)機(jī)械的潤(rùn)滑,及時(shí)調(diào)整皮帶的松緊程度。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度對(duì)電機(jī)啟動(dòng)性能也有一定影響,運(yùn)行速度過快,電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間短,運(yùn)動(dòng)過程中的沖擊力相應(yīng)增大,行程開關(guān)受沖撞造成開關(guān)過度磨損,且容易產(chǎn)生行程過沖。因而導(dǎo)致板傳動(dòng)架的移動(dòng)線速度不宜超過20mm/s,啟動(dòng)過程時(shí)間一般在20～45s之間。極板以電解銅材料為主,極板通常厚度為6～8mm,機(jī)械強(qiáng)度較差,在長(zhǎng)期運(yùn)行中容易引起變形。嚴(yán)重時(shí)曾發(fā)現(xiàn)過厚度2～3mm的極板在使用中出現(xiàn)極板卷曲事故。同時(shí)電解銅導(dǎo)電極板受電解液腐蝕,在表面出現(xiàn)一層深綠色氧化物,時(shí)間長(zhǎng)久后也會(huì)對(duì)啟動(dòng)帶來不良影響。最好能在其外表均勻鍍錫,以增加防腐性能,還要定期進(jìn)行清洗。安裝極板時(shí)必須注意水平度和垂直度,確保運(yùn)行中極板平面保持平行。7.6電阻液的增加劑電阻液是一種弱酸強(qiáng)堿性鹽溶液,呈堿性。水泥廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的灰塵污物等容易進(jìn)入電液箱內(nèi)并在箱體底部沉積,需定期對(duì)箱體進(jìn)行清洗和電阻液箱內(nèi)濃度發(fā)生較大變化時(shí)也必須重新配置電阻液。電阻液常因發(fā)熱、蒸發(fā)和環(huán)境條件、溫度變化等因素引起水分大量消耗,為了保持箱體內(nèi)正常液位,需經(jīng)常向電液箱內(nèi)增添純凈水進(jìn)行補(bǔ)充。一旦箱體內(nèi)液位低于動(dòng)電極板,此時(shí)如不及時(shí)采取補(bǔ)液措施,電機(jī)啟動(dòng)時(shí)相當(dāng)于轉(zhuǎn)子回路開路,必須會(huì)引起很大的沖擊電流而導(dǎo)致系統(tǒng)跳閘,其后果十分危險(xiǎn)。電液箱內(nèi)液體總量顯著減少,會(huì)使變阻器的熱容量遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值,電機(jī)啟動(dòng)過程中產(chǎn)生的熱量會(huì)引起電阻液溫度上升過快。7.7啟動(dòng)電流的控制電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流大:電解液濃度過大即電阻值小,會(huì)引起電機(jī)啟動(dòng)電流增大,對(duì)電網(wǎng)沖擊變大。先將箱體內(nèi)溶液用水泵或其它設(shè)備取出部分,使箱內(nèi)液內(nèi)液面顯著下降后,再加入純凈水稀釋溶液濃度,使溶液電阻與計(jì)算值相接近。當(dāng)然電機(jī)啟動(dòng)電流的大小與機(jī)械負(fù)荷的變化也有一定關(guān)系。正常運(yùn)行較長(zhǎng)