| 浅析YZR系列冶金及起重用三相异步电动机的控制使用 |
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一、 摘要
本文根据笔者多年的实际工作经验，结合笔者在海鑫公司多年来电气设备技术改造实例。浅谈YZR系列电机的控制使用，因笔者技术水平有限，错误的观点请有关专家和同行批评指正。
二、 概述
YZR系列冶金及起重用三相异步电动机（以下称电动机）常用于各种型式的起重机械及冶金辅助设备的电力传动，转子为绕线式，其特点是经常起动、制动和反转，负载大小和方向经常变化，因此电动机设计本身都具有较高的机械强度，以适应机械振动和冲击。为了减少启动和停车时的惯性，转子做得比较细长。目前YZR系列电动机主要分F级绝缘和H级绝缘两种。
YZR系列电动机的工作定额分为短时定额及断续周期性定额，电动机以S3 40%为基准工作制，起动等级指每小时最大允许的等效起动次数，起动等级分为6、150、300及600次/小时，其中点动一次（终了时电动机的转速不大于其额定转速的25%）相当于1/4次起动，电制动（制动到额定转速的1/3）一次相当于0.8次起动。
YZR系列电动机起动通常采用串电阻起动和频敏变阻器起动两种方法。过流保护的整定值通常是电动机额定电流的2.25倍。实际使用当中，由于机械故障或负载方面原因，有时会超过2.25倍（尤其是频敏变阻器起动）。
笔者认为在实际使用中对电动机传动控制系统认真检查调试，根据实际的负载情况，把电动机的传动控制部分尽量调整到最合理的使用状态。这样才能保证电动机正常的使用寿命。下面笔者以具体的设备为例进行分析。
三、 电动机在桥式起重机起升机构的控制使用
桥式起重机起升机构的控制电路是经过多年实践验证的标准电气线路，原理上自然无懈可击。以50T/10T天车的主卷扬为例，通常采用的控制屏型号是PQR或PQS，都是标准的控制电路（本文中无附图）。然而根据实际的负载和使用情况采取一些合理的修改，更好保证设备的稳定运行，也是很重要的。下面以这两种线路为例进行分析（主要针对工作频繁，经常满负荷工作的起重机）。
1、 PQR控制屏电路分析
PQR系列控制屏电路（标准线路，无附图）。这种控制方案对操作工要求较高，起动过程中由操作引起的加速过快会造成电动机的起动电流过大（2.5—3倍额定电流）,目前起重机上采用的过流继电器，如JL5、JL12、JL15等，其整定值大多数情况下不精确，所以电动机起动电流过大所形成的冲击常常造成电动机起动时瞬间过热。对工作频繁的起重机将严重影响电动机使用寿命，尤其是烧损后经过修复的电动机更加严重。根据笔者的现场经验，非特殊情况，起升机构下降时尽可能采用强力下降（电动机回馈制动）。烧损后经过修复的电动机尽可能把起动电流调小，（用钳形表测量，能降低到1.5倍最好）。目前使用PQR控制屏电路的起重机，笔者建议增加时间继电器来确保电动机正常使用寿命。详细线路见图1（附后）。另外，如果不影响生产节奏，可去掉最后一级加速，使电动机常接软化电阻适当加大，损失一点速度，降低运行电流，还是有好处。这种方案的不足之处是增加了维护工作量，但是正确选用质量可靠的时间继电器还是有利于保证电机使用寿命的。
2、 PQS系列控制屏电路分析
PQS系列控制屏电路（标准电路，无附图），这种控制方案在下降第二档设置了单相制动。实际使用中由于操作工偶而误操作，重载时二档停留或卡住极有可能造成负载失控超速降落，严重时电动机飞车。笔者认为如无特殊要求下降二档可以改成强力下降。PQS控制屏电路对时间继电器要求较高，所以实际应用中必须采用质量可靠的时间继电器，同时要求经常检查电动机起动电流。时间继电器调整很方便，所以日常检查当中要随时把起动电流调整到最佳状态。尤其在下降过程结束时，通过1延时（第一个时间继电器）实现“先闭合抱闸后断电”来达到准确定位的目的。由于长时间的堵转和反接制动都会造成电机温度迅速上升，所以下降一档要快速通过，1延时的整定值要经常认真检查，确保电动机正确使用。同样经过修理的电动机在满足使用的前提下要尽可能通过时间继电器调试出合适的起动电流。
笔者认为在实际工作中，电动机定转子缺相都有明显的症状。定子缺相空载时通常有气无力不能启动而且声音异常。转子缺相声音则非常明显，类似电机轴承损坏。严重过负载电动机声音明显沉闷。非严重过负载在检查中应该能及时发现电动机温升过高。所以一般的操作工进行必要的训练就能及时发现，然后及时处理。只有启动过程中的瞬间过电流是很难判断的，不过桥式起重机的起动电阻配备非常好，上述两种线路通过延时继电器可以非常方便地调整起动电流。通过调整电阻器的抽头接线同样可以调试出合适的工作电流。上述调整方法在海鑫公司轧钢和炼钢天车上已使用很长时间。
四、 海鑫公司棒材厂推钢机电动机的控制使用
具体应用中特殊情况为满足负载要求也会把起动电流调得更大。例如海鑫公司99年投产的30万吨棒材厂，加热炉推钢机采用两台YZR315S-10 55KW电动机同轴驱动，转子串接频敏变阻器起动,使用当中发现有时负载过大推不动；经过测试分析，推钢机平均3-5分钟有一次短时起动运行，每40-60秒有一次短时点动。根据实际情况估算FC大约15%，电动机的工作制是S3 40%，所以实际应用中为保证推钢机正常工作，在频敏变阻器两端并联了一组电阻器。提高电动机启动时的有功功率和力矩，电动机起动电流表大约是额定电流的3倍，几年来电动机使用得非常好。
五、 海鑫公司棒材厂辊道电动机的控制使用
海鑫公司棒材厂入炉辊道、出炉辊道、冷床输出辊道等共用了15台YZR180L-6 15KW电动机（S3 40%工作制）。原设计采用串接频敏变阻器的起动方案。实际使用中电动机起动频繁，并且经常使用电气制动，动作最频繁的电动机每小时起动次数和反接制动次数都在600次以上，最少的在60次以上，并有电气制动存在；都远远超过了电动机技术要求。因此使用不久，便发现有些电动机温升偏高，尤其是电动机的联轴器松动造成电动机轴头键槽损坏，影响正常生产。针对这一情况经现场测试分析，电动机的负载并不大而且要求速度并不快。因此从软化电动机机械特性入手，拆掉原来的频敏变阻器，电动机采用常接固定软化电阻的办法，把起动电流控制在额定电流1倍之内。这样电动机起动和电气制动冲击大大减小，电动机温升正常，机械部分使用也正常。几年来没有一台电动机烧损，当然这一方案从节能角度讲并不完美；但是方案简单可靠，改造费用小，易实施而且电动机运行稳定。
六、 海鑫公司棒材厂下料链式移送机电动机的控制使用
图2
海鑫公司棒材厂下料链式移送机（图2），原设计采用一台YZR280S-8 45KW电动机串接频敏变阻器起动。原设计链条上有一个单向拨爪，链条控制采用手动升降，自动往返一个行程，把成批倍尺棒材送到冷床输出辊道。由于冷床上抛下的钢材无法自动整齐地排列，堆在一起；一方面单向拨爪经常卡住损坏造成停机，另一方面定尺剪切困难很大，严重制约生产节奏。经现场测试分析，所选电动机功率有足够富裕量，同样采用软化机械特性的办法，把频敏变阻器换成固定软化电阻器。起动电流控制在额定电流1倍之内，通过PLC控制。冷床每抛下一根钢电动机自动正向点动一次（电动机每次只转约0.5转），链条步进30-50mm，使从冷床上抛下的棒材整齐的排列在一起。如图2所示，当链条上的棒材支数达到定尺剪切数量，电动机起动正向运转把钢材送到冷床输出辊道。（电动机只需要正向运转，所以去掉了链条上的拨爪）每小时电动机起动次数大于100次，点动次数大于600次。几年来，电气和机械都很稳定，电动机使用的非常好。
这一改造方案是2000年完成的，实施过程中笔者当年在现场进行了多次测试。对电动机的功率裕量充分考虑后，对接触器的容量和动作次数（每个月的动作次数大约45-50万次）也进行了预计分析。有关电动机常接软化电阻计算和电动机容量的验算P=F（FC，CZ）笔者在实践中主要参照冶金工业出版室出版的《钢铁企业电力设计手册》。这一方案的特点是简单可靠，直接改造费用小，易实施。现在分析如果使用变频调速从技术角度讲更加完美。总之，工作非常频繁的电动机应当认真考虑电动机降低容量正确使用，确保电动机正常使用寿命。
七、 某些特殊环境中电动机的控制使用
在特殊环境中要保证电动机正常使用应该说难度很大，例如炼钢厂加料跨和铸锭跨天车在夏天环境温度很高，频繁工作的电动机温度会非常高。但是在满足生产需求的情况下调整好起动和工作电流，电动机完全可以稳定运行。另外如有可能增大电动机的冷却能力（如机旁增加风机），提高电动机的防护等级，也是非常有效的办法。在冶金工业中，导电粉尘、高温、水蒸汽对电动机的使用寿命造成很大威胁。这就需要其他专业共同考虑，一方面改善环境，另一方面及时更换电动机，解体维护。
八、 电动机日常检修当中要注意的几个问题
日常检修中除常规的检查修理之外，笔者认为要注意以下几点：
a. 认真检查电阻器，检查有无局部短路现象，同时要注意电动机起动过程中定转子三相是否平衡。这种情况往往电动机工作电流正常，线路绝缘正常，接线正确但电动机频繁烧损。笔者多年前曾有过连烧5台JZR271-10 80KW电动机的深刻教训。
b. 电动机起动过程中要留心不很明显的异常声音（如类似齿接手的轻度松动声音等）。要认真检查起动电阻器及接线，避免电气部分起动不平衡造成。
c. 电动机更换滑环后，最好让转子在车床上对滑环找一次同心，避免电动机运转时碳刷跳动。
d. 修复后的电动机不论试验条件好坏，转子的开路电压必须检查，避免备用电动机匝间短路时空载运转正常。现场使用安装好后带不起负载。
九、 结束语
YZR系列电动机通过传动控制以起动电流小，起动转矩大，可以调速的特点在冶金工业和起重设备上广泛使用多年。电动机的制造技术，设计控制方案都很成熟。笔者认为合理控制使用YZR系列电动机是很重要的。根据不同性质的负载合理使用电阻器、频敏变阻器或者电阻器和频敏变阻器混合使用的方案，确保电动机正常的使用寿命；对生产的连续性，企业的经济效益有直接的作用。
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作者单位：山西省海鑫钢铁集团公司
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