| 淺析YZR系列冶金及起重用三相異步電動機的控制使用 |
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一、 摘要
本文根據筆者多年的實際工作經驗，結合筆者在海鑫公司多年來電氣設備技術改造實例。淺談YZR系列電機的控制使用，因筆者技術水平有限，錯誤的觀點請有關專家和同行批評指正。
二、 概述
YZR系列冶金及起重用三相異步電動機（以下稱電動機）常用于各種型式的起重機械及冶金輔助設備的電力傳動，轉子為繞線式，其特點是經常起動、制動和反轉，負載大小和方向經常變化，因此電動機設計本身都具有較高的機械強度，以適應機械振動和沖擊。為了減少啟動和停車時的慣性，轉子做得比較細長。目前YZR系列電動機主要分F級絕緣和H級絕緣兩種。
YZR系列電動機的工作定額分為短時定額及斷續周期性定額，電動機以S3 40%為基準工作制，起動等級指每小時最大允許的等效起動次數，起動等級分為6、150、300及600次/小時，其中點動一次（終了時電動機的轉速不大于其額定轉速的25%）相當于1/4次起動，電制動（制動到額定轉速的1/3）一次相當于0.8次起動。
YZR系列電動機起動通常采用串電阻起動和頻敏變阻器起動兩種方法。過流保護的整定值通常是電動機額定電流的2.25倍。實際使用當中，由于機械故障或負載方面原因，有時會超過2.25倍（尤其是頻敏變阻器起動）。
筆者認為在實際使用中對電動機傳動控制系統認真檢查調試，根據實際的負載情況，把電動機的傳動控制部分盡量調整到最合理的使用狀態。這樣才能保證電動機正常的使用壽命。下面筆者以具體的設備為例進行分析。
三、 電動機在橋式起重機起升機構的控制使用
橋式起重機起升機構的控制電路是經過多年實踐驗證的標準電氣線路，原理上自然無懈可擊。以50T/10T天車的主卷揚為例，通常采用的控制屏型號是PQR或PQS，都是標準的控制電路（本文中無附圖）。然而根據實際的負載和使用情況采取一些合理的修改，更好保證設備的穩定運行，也是很重要的。下面以這兩種線路為例進行分析（主要針對工作頻繁，經常滿負荷工作的起重機）。
1、 PQR控制屏電路分析
PQR系列控制屏電路（標準線路，無附圖）。這種控制方案對操作工要求較高，起動過程中由操作引起的加速過快會造成電動機的起動電流過大（2.5—3倍額定電流）,目前起重機上采用的過流繼電器，如JL5、JL12、JL15等，其整定值大多數情況下不精確，所以電動機起動電流過大所形成的沖擊常常造成電動機起動時瞬間過熱。對工作頻繁的起重機將嚴重影響電動機使用壽命，尤其是燒損后經過修復的電動機更加嚴重。根據筆者的現場經驗，非特殊情況，起升機構下降時盡可能采用強力下降（電動機回饋制動）。燒損后經過修復的電動機盡可能把起動電流調小，（用鉗形表測量，能降低到1.5倍最好）。目前使用PQR控制屏電路的起重機，筆者建議增加時間繼電器來確保電動機正常使用壽命。詳細線路見圖1（附后）。另外，如果不影響生產節奏，可去掉最后一級加速，使電動機常接軟化電阻適當加大，損失一點速度，降低運行電流，還是有好處。這種方案的不足之處是增加了維護工作量，但是正確選用質量可靠的時間繼電器還是有利于保證電機使用壽命的。
2、 PQS系列控制屏電路分析
PQS系列控制屏電路（標準電路，無附圖），這種控制方案在下降第二檔設置了單相制動。實際使用中由于操作工偶而誤操作，重載時二檔停留或卡住極有可能造成負載失控超速降落，嚴重時電動機飛車。筆者認為如無特殊要求下降二檔可以改成強力下降。PQS控制屏電路對時間繼電器要求較高，所以實際應用中必須采用質量可靠的時間繼電器，同時要求經常檢查電動機起動電流。時間繼電器調整很方便，所以日常檢查當中要隨時把起動電流調整到最佳狀態。尤其在下降過程結束時，通過1延時（第一個時間繼電器）實現“先閉合抱閘后斷電”來達到準確定位的目的。由于長時間的堵轉和反接制動都會造成電機溫度迅速上升，所以下降一檔要快速通過，1延時的整定值要經常認真檢查，確保電動機正確使用。同樣經過修理的電動機在滿足使用的前提下要盡可能通過時間繼電器調試出合適的起動電流。
筆者認為在實際工作中，電動機定轉子缺相都有明顯的癥狀。定子缺相空載時通常有氣無力不能啟動而且聲音異常。轉子缺相聲音則非常明顯，類似電機軸承損壞。嚴重過負載電動機聲音明顯沉悶。非嚴重過負載在檢查中應該能及時發現電動機溫升過高。所以一般的操作工進行必要的訓練就能及時發現，然后及時處理。只有啟動過程中的瞬間過電流是很難判斷的，不過橋式起重機的起動電阻配備非常好，上述兩種線路通過延時繼電器可以非常方便地調整起動電流。通過調整電阻器的抽頭接線同樣可以調試出合適的工作電流。上述調整方法在海鑫公司軋鋼和煉鋼天車上已使用很長時間。
四、 海鑫公司棒材廠推鋼機電動機的控制使用
具體應用中特殊情況為滿足負載要求也會把起動電流調得更大。例如海鑫公司99年投產的30萬噸棒材廠，加熱爐推鋼機采用兩臺YZR315S-10 55KW電動機同軸驅動，轉子串接頻敏變阻器起動,使用當中發現有時負載過大推不動；經過測試分析，推鋼機平均3-5分鐘有一次短時起動運行，每40-60秒有一次短時點動。根據實際情況估算FC大約15%，電動機的工作制是S3 40%，所以實際應用中為保證推鋼機正常工作，在頻敏變阻器兩端并聯了一組電阻器。提高電動機啟動時的有功功率和力矩，電動機起動電流表大約是額定電流的3倍，幾年來電動機使用得非常好。
五、 海鑫公司棒材廠輥道電動機的控制使用
海鑫公司棒材廠入爐輥道、出爐輥道、冷床輸出輥道等共用了15臺YZR180L-6 15KW電動機（S3 40%工作制）。原設計采用串接頻敏變阻器的起動方案。實際使用中電動機起動頻繁，并且經常使用電氣制動，動作最頻繁的電動機每小時起動次數和反接制動次數都在600次以上，最少的在60次以上，并有電氣制動存在；都遠遠超過了電動機技術要求。因此使用不久，便發現有些電動機溫升偏高，尤其是電動機的聯軸器松動造成電動機軸頭鍵槽損壞，影響正常生產。針對這一情況經現場測試分析，電動機的負載并不大而且要求速度并不快。因此從軟化電動機機械特性入手，拆掉原來的頻敏變阻器，電動機采用常接固定軟化電阻的辦法，把起動電流控制在額定電流1倍之內。這樣電動機起動和電氣制動沖擊大大減小，電動機溫升正常，機械部分使用也正常。幾年來沒有一臺電動機燒損，當然這一方案從節能角度講并不完美；但是方案簡單可靠，改造費用小，易實施而且電動機運行穩定。
六、 海鑫公司棒材廠下料鏈式移送機電動機的控制使用
圖2
海鑫公司棒材廠下料鏈式移送機（圖2），原設計采用一臺YZR280S-8 45KW電動機串接頻敏變阻器起動。原設計鏈條上有一個單向撥爪，鏈條控制采用手動升降，自動往返一個行程，把成批倍尺棒材送到冷床輸出輥道。由于冷床上拋下的鋼材無法自動整齊地排列，堆在一起；一方面單向撥爪經常卡住損壞造成停機，另一方面定尺剪切困難很大，嚴重制約生產節奏。經現場測試分析，所選電動機功率有足夠富裕量，同樣采用軟化機械特性的辦法，把頻敏變阻器換成固定軟化電阻器。起動電流控制在額定電流1倍之內，通過PLC控制。冷床每拋下一根鋼電動機自動正向點動一次（電動機每次只轉約0.5轉），鏈條步進30-50mm，使從冷床上拋下的棒材整齊的排列在一起。如圖2所示，當鏈條上的棒材支數達到定尺剪切數量，電動機起動正向運轉把鋼材送到冷床輸出輥道。（電動機只需要正向運轉，所以去掉了鏈條上的撥爪）每小時電動機起動次數大于100次，點動次數大于600次。幾年來，電氣和機械都很穩定，電動機使用的非常好。
這一改造方案是2000年完成的，實施過程中筆者當年在現場進行了多次測試。對電動機的功率裕量充分考慮后，對接觸器的容量和動作次數（每個月的動作次數大約45-50萬次）也進行了預計分析。有關電動機常接軟化電阻計算和電動機容量的驗算P=F（FC，CZ）筆者在實踐中主要參照冶金工業出版室出版的《鋼鐵企業電力設計手冊》。這一方案的特點是簡單可靠，直接改造費用小，易實施。現在分析如果使用變頻調速從技術角度講更加完美。總之，工作非常頻繁的電動機應當認真考慮電動機降低容量正確使用，確保電動機正常使用壽命。
七、 某些特殊環境中電動機的控制使用
在特殊環境中要保證電動機正常使用應該說難度很大，例如煉鋼廠加料跨和鑄錠跨天車在夏天環境溫度很高，頻繁工作的電動機溫度會非常高。但是在滿足生產需求的情況下調整好起動和工作電流，電動機完全可以穩定運行。另外如有可能增大電動機的冷卻能力（如機旁增加風機），提高電動機的防護等級，也是非常有效的辦法。在冶金工業中，導電粉塵、高溫、水蒸汽對電動機的使用壽命造成很大威脅。這就需要其他專業共同考慮，一方面改善環境，另一方面及時更換電動機，解體維護。
八、 電動機日常檢修當中要注意的幾個問題
日常檢修中除常規的檢查修理之外，筆者認為要注意以下幾點：
a. 認真檢查電阻器，檢查有無局部短路現象，同時要注意電動機起動過程中定轉子三相是否平衡。這種情況往往電動機工作電流正常，線路絕緣正常，接線正確但電動機頻繁燒損。筆者多年前曾有過連燒5臺JZR271-10 80KW電動機的深刻教訓。
b. 電動機起動過程中要留心不很明顯的異常聲音（如類似齒接手的輕度松動聲音等）。要認真檢查起動電阻器及接線，避免電氣部分起動不平衡造成。
c. 電動機更換滑環后，最好讓轉子在車床上對滑環找一次同心，避免電動機運轉時碳刷跳動。
d. 修復后的電動機不論試驗條件好壞，轉子的開路電壓必須檢查，避免備用電動機匝間短路時空載運轉正常。現場使用安裝好后帶不起負載。
九、 結束語
YZR系列電動機通過傳動控制以起動電流小，起動轉矩大，可以調速的特點在冶金工業和起重設備上廣泛使用多年。電動機的制造技術，設計控制方案都很成熟。筆者認為合理控制使用YZR系列電動機是很重要的。根據不同性質的負載合理使用電阻器、頻敏變阻器或者電阻器和頻敏變阻器混合使用的方案，確保電動機正常的使用壽命；對生產的連續性，企業的經濟效益有直接的作用。
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作者單位：山西省海鑫鋼鐵集團公司
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