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無刷自控電機就是一種克服了鼠籠式異步電動機啟動電流大，啟動轉(zhuǎn)矩小；繞線式異步電動機裝有碳刷、滑環(huán)和復雜的啟動裝置等缺點；而保留了鼠籠電動機結(jié)構簡單、維護工作量小；繞線電機啟動電流小，啟動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點的電動機。它的典型結(jié)構如圖1所示。無刷自控電機能根據(jù)電機轉(zhuǎn)速，自動控制串入電機轉(zhuǎn)子內(nèi)的電阻大小，達到增加電機啟動轉(zhuǎn)矩，減少電機啟動電流和實現(xiàn)繞線式異步電動無刷運行的目的。它不但能使異步電動機啟動的電流由5—7Ie降到0.4—1.7Ie時，電機的啟動轉(zhuǎn)矩（0.4--1.6Me）和啟動時間保持不變，還能使電機以最大轉(zhuǎn)矩（1.6--3.1Me）啟動。它可以代替鼠籠電機及其啟動裝置；繞線電機的滑環(huán)、碳刷及其啟動裝置。它可利用普通繞線式異步電動機，去掉滑環(huán)、碳刷及啟動裝置，并更換成無刷自控電動機啟動器后獲得。

2. 過大的啟動電流和過小的啟動轉(zhuǎn)矩造成的危害

普通異步電動機啟動電流達到額定電流的5--7倍，而啟動轉(zhuǎn)矩只有額定轉(zhuǎn)矩的0.4--1.6倍。它在電網(wǎng)條件（電機啟動時的電網(wǎng)壓降小于10%）和工藝條件（啟動轉(zhuǎn)矩滿足）允許的情況下，可以直接啟動。但過大的啟動電流、過小的啟動轉(zhuǎn)矩和過長的啟動時間給電機和電網(wǎng)造成了極大的危害。

當電機啟動電流達到額定電流的6--7倍時，線圈發(fā)熱量是電機在正常運行時的36--49倍，產(chǎn)生的電磁力同樣達到了36--49倍。過高的溫度、過快的加熱速度、過大的溫度梯度和電磁力，產(chǎn)生了極大的破壞力，縮短了定子線圈和轉(zhuǎn)子銅條（特別是轉(zhuǎn)子常利用趨膚效應現(xiàn)象，降低啟動電流，轉(zhuǎn)子銅條在啟動時，表面的溫度達到350℃以上）的使用壽命。如柳鋼公司燒結(jié)廠29m2燒結(jié)主風機電機為兩臺1000KW鼠籠電機，全壓直接啟動，1997年一年內(nèi)累計燒毀電機六次。1998年開始采用降壓啟動后，到2002年止，已累計運行4年，再沒有出現(xiàn)一次電機燒毀事故。正因如此，有關統(tǒng)計顯示：電機直接啟動時間不及電機運行時間的0.1%，但故障率占到電機全部故障率的30%以上。

電機的供電裝置一般是按電機額定電流選擇的，過大的啟動電流往往造成供電裝置的觸頭發(fā)熱，觸頭周圍絕緣老化，也是供電裝置損壞的一個主要原因。如南陽煉油廠丙烷裝置，其供電變壓器容量為800kvA，而最大電機容量只有130kw，完全具備電機直接啟動的條件，但過大的啟動電流，在2001年內(nèi)，三次造成低壓開關柜短路，生產(chǎn)裝置三次停產(chǎn)檢修，給該廠造成了極大的經(jīng)濟損失。

由于上述一些原因，大容量的電動機在電網(wǎng)和工藝條件均滿足的情況下，也常采取減少啟動電流的措施，以提高供電的可靠性和降低電機的故障率。但啟動裝置過高的價格（特別是中高壓電動機，軟啟動裝置+啟動開關柜等的價格是電機價格的1.5倍以上）、復雜的結(jié)構，不但增加了用戶的成本和降低了電力拖動系統(tǒng)的可靠性。同時，電機啟動轉(zhuǎn)矩與啟動電流的平方成正比，當采用降低定子電壓啟動方式時，如啟動電流由6Ie降到了3Ie時，電機啟動轉(zhuǎn)矩將減少4倍，電機啟動時間增大5倍以上。正因如此，對啟動轉(zhuǎn)矩要求比較大、啟動時間要求比較短的電機，只能利用繞線式電機代替鼠籠式電機。

繞線式電機因其有碳刷、滑環(huán)及啟動控制系統(tǒng)，無法用在對拖動系統(tǒng)可靠性及免維護性要求比較高的場合。如油田廣泛使用的抽油機，需要大啟動轉(zhuǎn)矩電機，但因它們?nèi)堪惭b在野外，數(shù)量具大（年產(chǎn)原油18萬噸的河南油田，其抽油機電機數(shù)量就超過2千臺、大慶油田超過5萬臺），為提高電機拖動的可靠性，不得不采用鼠籠電機；同時，為了增加啟動轉(zhuǎn)矩，又不得不增加電機容量。使得抽油機電機的平均負載率不及電機額定功率的30%。它不但增加了電力拖動系統(tǒng)成本、還降低了電機的固有效率，浪費了大量的能源。

為了說明無刷自控電機的優(yōu)越性，現(xiàn)以一臺1400KW、ne =1488r/min、6KV、Ie =154.A、Ist/Ie=6.38、Mmax/Me=2.3；的鼠籠型電動機拖動一臺主風機和一臺1400KW的繞線式電動機拖動相同的負載，并均配置水電阻軟啟動器（水電阻啟動器的價格只及可控硅、磁飽和電抗器軟啟動器的1/2）為例，說明其設計方法、啟動性能和拖動系統(tǒng)成本。

3. 鼠籠電機及其拖動系統(tǒng)

該拖動系統(tǒng)的構成如圖2所示，它一般由運行高壓開關柜DL1、啟動高壓開關柜DL2、隔離開關K柜和水電阻R及其控制裝置等構成。其中水電阻R及其控制裝置，就是在一個裝滿導電液體如鹽水中，插入兩個電極，形成電阻。其電阻的大小與電極的距離成正比，調(diào)節(jié)電極板的距離，就能調(diào)整這個電阻的大小，達到調(diào)節(jié)定子電流的目的。將這樣的可變電阻串入電機的定子回路，就可以平滑地啟動電動機。

電機定子線圈串入三相對稱電阻后：

以該風機進風閥門全關閉后啟動電機，并設電機啟動時的加速度力矩為10%電機額定轉(zhuǎn)矩，可作出表（標么值）1：

轉(zhuǎn)差率 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.05 0.02 平均

轉(zhuǎn)速 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 0.95 0.98

全電壓轉(zhuǎn)矩 1.17 1.21 1.25 1.30 1.35 1.40 1.42 1.53 1.75 2.34 1.67 1.27 1.47

全電壓下電流 6.38 6.30 6.21 6.10 5.96 5.80 5.61 5.38 5.09 4.53 2.57 1.70 5.14

風機空載轉(zhuǎn)矩 0.11 0.09 0.08 0.08 0.08 0.10 0.12 0.15 0.18 0.23 0.26 0.31 0.15

軟啟動電流 2.70 2.49 2.35 2.28 2.19 2.17 2.17 2.16 2.04 1.70 1.19 0.96 2.03

電機電壓 0.42 0.40 0.38 0.37 0.37 0.38 0.39 0.40 0.40 0.38 0.46 0.56 0.41

電阻上電壓降 0.89 0.89 0.88 0.88 0.88 0.87 0.86 0.85 0.82 0.75 0.64 0.44 0.80

電機輸出轉(zhuǎn)矩 0.21 0.19 0.18 0.18 0.18 0.20 0.21 0.25 0.28 0.33 0.36 0.40 0.25

水電阻功率 2.40 2.20 2.08 2.00 1.92 1.89 1.87 1.83 1.68 1.28 0.77 0.43 1.70

在此狀態(tài)下，電機啟動時間為69秒，消耗的平均電功率為2300kw、消耗的電能約44kwh（能使475kg水從20℃升到期100℃）。該電機啟動完畢后，還需由操作工（或時間繼電器）合上運行高壓開關DL1，斷開啟動開關DL2和K后，才能開啟風機負載閥門，否則將威脅電機和啟動裝置的安全運行。

該拖動系統(tǒng)電機價格約為17萬元、啟動柜及隔離開關柜約12萬元、三相變阻器約需12萬元；增加三根電纜，每根按30米計，加上6個電纜頭，約需4.5萬元，如不計基建[變阻器+啟動及隔離開關柜體積約為：（1.7+1.2）×1.2×2.8 m3]費用，總計費仍將高達45.5萬元（不計電機為28.5萬元）。