MWLS型水阻柜在矿渣粉生产线中立磨主电机上应用

一条矿渣粉生产线中，立磨主电机的为关键驱动设备 ，在整个生产过程中发挥着重要的作用。本案例重点阐述了立磨电机的起动方式及其特性。
1 起动方式的选用
     MWLS型水阻柜原理是利用机械传动装置，均匀改变电解液中处于最大位置两平行极板的距离，从而均匀改变串入主电机转子中的阻值，由于是无级减少，直至为零 ，使电机均匀加速至额定转速，最后短接切除，实现电机的平滑起动。起动时，将高压绕线式电机转子绕组的星形接点打开，串入星形接法的水电阻，起动完毕后，通过MWLS型水阻柜上转子短接开关将星形接点短接。在大功率电机中，通过串入电机转子中阻值的均匀减少，起动转矩随阻值的均匀减少而增大，直至最大转矩，将最大起动电流控制在电机可承受范围之内 ．起动时间控制在一定范围之内，起动平滑，起动过程比较理想。由于 MWLS型水阻柜用于绕线电动机，因此常称为“绕线水阻柜”；应用在立磨上起动，简称；“立磨水阻柜”。
2  MWLS型水阻柜技术特点及其控制原理
2.1 技术特点
2.1.1 起动电流小且恒定，对电网无冲击；起动电流不大于额定电流的1．3～2．5倍 ，因此可以降低电机重载起动对总降及线路的要求，减少一次性投资：
2.1.2起动平滑，减少对机械设备的冲击，可延长机械设备及电机寿命 30％左右 ；
2.1.3 容量大，起动可连续(要求水电阻水温下降至常温)，次数多达5～1O次 ：
2.1.4 电压下降l0～l5％仍可起动 ，只要电网电压能保证电机正常运行 。就能保证顺利起动；
2.1.5 结构简单，维护方便，可靠性优于频敏、油浸式变阻器。
2．2 主回路图
 
其 中：R为 串入高压绕线式电机转子的水电阻 ；M1为改变水电阻器动极板位置的普通电机。
3 水电阻阻值的确定及其调试
3.1水电阻配制
配制方案 ：根据电机转子回路内电阻配液 ：
3.1.1 配水电阻电解液用水 ：配液用水最好是蒸馏水 ，也可以用软化水 ，最低限度
是经过净置后去掉沉淀物的生活用水，其量应比电阻箱内所需要的略多出 10～30％。
3.1.2  加入电解液的溶剂即电解粉 。
3.1.3  MWLS型水阻柜初始起动电阻 R₀的确定(根据设备厂家提供参数)
R₀=O.57*U_2e*K_F*K_i ／I_2e*Km≈2.75 Ω  式一
式中 ：U_2e ：电机转子回路的开路电压(V)
 I_2e：电机转子回路的额定电流(A)
考虑到设备配套及生产过程的可控性 ，现作起动电阻分析如下：
电机参数：额定功率 ：2800kW  功率因数：0.87 
定子额定电压 ：10000V    定子额定电流：194A   Y型接法
转子额定电压 ：2683V     转子额定电流 ：637.5A  Y型接法
转速 ： 994r／min
 
 
(R5>R4>R3>R2>R1>R0=0)
由图可分析得 ：
① Ro为理想空载特性；
② n1不变 ，不同 R时的人为机械都通过固有特性的理想空载点；
③ 转子串电阻人为特性的临界转差率S'm>Sm，且随R的增加而增加．但Tm不变：
④ 当 S'm增加到S'mQ0Q1Q2Q3Q4 )，但 当 S'm>l时 ，起动转矩 TQ随 R 的增加而减小 (即 T_Q5Q3Q4 )。
鉴于电机起动尽可能均匀、平滑的原则 ，由上分析可得MWLS型水阻柜起动电阻R的取值范围为：R> R₄。
通过电机参数计算：
额定转差率：S_N =(1000-994)／1000=O．6％        式二
转子阻值： r₂=S_N*E_2N／√3* I_2N=0.015 Ω   式三
额定转矩：T_N =9550* P_N／n_n =9550*2800／994≈26901 N．m  式四
转矩倍数 ：λ_m= T_m／ T_N(式五 )，在绕线式电机中 ，λ_m一般取 1．8～2．2。 应串电阻阻值计算公式 ：RΩ =(S'm／Sm-1)*r₂     式六                 
电机固有机械特性表达式 (即图2中 所 对应 的曲线)：
              式 七
式 中，Tm 为电机所能提供的最大转矩 ；Sm=2λ_m*S_N为最大转矩时所对应的转差率 。
 从工艺及设计要求，电机起动转矩为额定转矩的 1.1倍 ，λ_m取 2， 起动时 S为 1。将以上已知条件代人式七 ，得：

 
 得 S’m 的值为 3.34或 0.3，考虑电机起动的平稳，同时避免最大转矩Tm对 机械设备的冲击损伤 ，取 S’m 的值 为 3.34，从而可根据式
 RΩ =(S'm／Sm-1)*r₂  算 出 RΩ=2.07Ω，即为图 2中对应R5的人为机械特性 。

理论计算与厂家给定的值衔接 ：两者相差 0.2Ω．根据图2及其特性：当 S’m >l时 ，起动转矩 TQ随 R 的增加而减小 ，所以取电解液阻值为 2．O7Ω。 3.1.4 水电阻的测量
 根据以上结论进行MWLS型水阻柜电阻值大小的调试 ：
 将水电阻的活动极板移到起动位置后 ，通过自藕变压器给每相动静极板间通以 50Hz电，电流从 0开始逐渐增大至5A左右电流 I_(A)， 记下电流表 A的读数，并测量两极之间压降 V_(V)，测水电阻值为： R0 = V_(V)/I_(A)，直至阻值达到 2.07Ω.
3.2   MWLS型水阻柜动作试验 ：
3.2.1  用手动盘车方法使动极板处于上 、下限位的中间 ，检查控制电源三相电正常后 ，合上柜内微断开关 ， 此时若极板上行则正常 ：
3.2.2  用手动作上限位行程开关应停止上行，若极板下行则相序错误。此时应关掉电源交换两相电源线即可；
3.2.3  然后合上电源，将运行柜给MWLS型水阻柜的起动联锁信号用一开关临时替换，将开关闭合，极板向下运行直到下限位置停止且转子短接接触器KM2吸合。
3.3  通电试车
3.3.1  送起动柜控制电源 ，做起动柜动作试验 ，拆掉运行柜给MWLS型水阻柜的起动联锁信号的临时实验开关，将端子上联锁线恢复好 ；
3.3.2  模拟试车 ：
1)主电机运行柜一次回路不送电(柜内真空开关处于试验位置或其上端隔离开关处于分断位置)，只送运行柜和起动柜的控制电源 ;
 2)当起动柜 “允许起动 ”指示灯亮后 ，按下运行柜台闸按钮 ，此时运行柜开关合闸 ，起动面板上 “起动 ”指示灯亮 ，同时极板 自上而下运行至下限位置时转子短接接触器KM2吸合 ，“起 动”灯灭 ，“运行 ”灯亮 ，以上表明起动及运行正常。
 3)按下运行柜分闸按钮 ，运行柜主开关分闸 ，转子短接接触器KM2释放 ，“运行”灯灭 ．极板自下而上运行，同时“复位 ”指示灯亮 ，当运行到上限位后“复 位”指示灯灭，“允许起动”灯亮。为下次起动准备；
3.3  起动试车 ：
3.3.1  送上主电机运行柜一次回路电源(10kV)及运行柜 (柜内真空开关处于试验位置或其上端隔离开关处于分断位置 )、起动柜控制电源 ；
3.3.2  按模拟试车的顺序起动电机 ，观察起动电流是否在规定的1．3～2．5I_N之间。若电流开始过大，说明电阻配小了；若起动电流过小，KM2 接触器合闸时又冲击过大，说明电阻过大；以此为依据，直到电流正常为止。
3.4  达到的效果
       MWLS型水阻柜实现了绕线式异步电动机无级调速自控运行，避免了绕线 式异步电机因存在滑环、碳刷，造成运行维护工作量大、故障率高的缺点 ，达到了以下效果 ： 提高了电机的起动性能、可靠性和自适应能力。
 3.4.1  MWLS型绕线水阻柜能以额定电流 、额定转矩起动电动机 ．避免了高压绕线式异步电动机磁控电抗器 、固态(晶闸管 )软起动设备 ，起动转矩与起动电流的平方成正比．当电流降低 50％时 ，起动转矩降低75％的影响 。起动电流必须大于电机额定电流3倍 以上 ，才能起动轻载电机这一缺点。
3.4.2  MWLS型水阻柜起动过程是电机根据本身的转速自动完成，无需人去干涉 。其它起动装置一般靠时间继电器 、电流继电器等间接控制 ；电机起动结束后 ，还要  靠人去将起动装置退出运行(特别是高压电机 )，如退出时机不对 ，会威胁电机、机械、供电和起动设备的安全运行。

       MWLS型立磨水阻柜将电气控制、机械和电化学技术有机地结合在一起 ，使交流电动机以较简单的结构 、较低的成本实现了额定电流、额定转矩起动。MWLS型水阻柜为需要大起动转矩、小起动电流的立磨电机找到了降低电机拖动及控制系统的成本有效方法。