棉纺织厂的粗纱机承担着把棉条纺成粗纱供给精纺机的任务。该机台一般用3.6千瓦、1450转/分的鼠笼式感应电动机拖动,用电磁开关直接启动,启动时间很短,一般在1~1.4秒左右。由于速度增加得很突然,因而有下列缺点:
1.在启动时间内,造成棉纺粗细不匀,甚至断头;
2.棉纱在筒管上的卷绕高低起伏,排列疏密不均;
3.机械所受冲击较大,机件易损坏。
在要求提高棉纱质量,降低设备原材料消耗,又须保证安全生产的情况下,原来的驱动方式已不能满足生产的需要。尤其许多不利因素,集中表现在产品质量问题上,对“好字当头”,无疑是一个矛盾,必须把它转化——设计一种慢速启动装置,来适应目前的要求。我们在原有鼠笼式三相感应电动机的基础上,试用磁放大器的原理,在电动机的一相中,施加扼流,获得电动机启动时间延长、速度缓慢平滑上升,从而改善了产品质量,减少了机械损坏等缺点,效果基本良好。
慢速启动的工作原理
为达到鼠笼式电动机的慢速启动,可在电动机的电源线路中接入一个阻值随着启动特性要求而变化的阻抗,降低它的端电压,从而降低它的启动转矩,以达到慢速启动的目的。
一个具有铁心的绕组通电流后,铁心内的磁导率,开始时(在所谓线性部分)随着磁场强度的增大而增大。铁心磁化接近饱和时,场强增加而磁导率却逐渐下降。而绕组的阻抗是与磁导率成比例的。我们利用这一性质就能达到慢速启动的目的。

图1是一个简单的单拍式磁放大器。它有两个串联的交流绕组W\(_{p1}\)和Wp2,另外还有一个直流绕组W\(_{y}\)。Wp1及W\(_{p2}\)串接在电动机电源的一相线内,Wy的电流I\(_{y}\)是由相电流经电流互感器的变流及整流器整流后供给的(见图3)。电动机启动时,交流启动电流Ip很大,I\(_{y}\)亦大,因而铁心内不但有交流磁场,而且还有直流附加磁场。铁心的磁导率降低,绕组的交流阻抗也随着降低,使绕组上有一定的压降,电动机的端电压降低到慢速启动的要求。此后根据电动机的特性,启动电流逐渐减小。对交流而言,磁导率及绕组阻抗也随之减小,但由于Iy亦相应减小,使磁导率相对地增大,这样就保持一定的绕组阻抗,使电动机不致迅速加速,而缓慢地加速,直到正常运行为止。

在不同的直流磁化状态下,绕组内的交流I\(_{p}\)与压降U1的变化关系如图2所示。

曲线I\(_{y}\)=0表示没有直流磁化时,电流Ip与绕组压降的变化关系。曲线I\(_{y}\)=0.725安、1.45安、2.175安、2.9安等分别表示该直流电流下的Ip与U\(_{1}\)的变化关系。若在整个过程中全无直流磁化,则Ip与U\(_{1}\)沿曲线A—B变化,启动时压降很大,以后急剧下降。加上直流时,变化过程如曲线C—D所示,在同样的Ip下,压降变化转为平坦,使电动机不致发生这种情况:不是启动困难,就是启动速度急剧上升。
我们将此项磁放大器只接在三相电动机的一相内,降低一相电压,构成三相不平衡电路以降低电动机的转矩,达到慢速启动的目的。
线路结构
线路接续如图3所示。当电动机启动时,电流由电源相线流经继电器J\(_{1}\)的常闭接点j11,经电流互感器C的初级绕组、磁放大器的交流绕组W\(_{p1}\)及Wp2,而至电动机绕组。此时交流电流最大,阻抗亦大。电流互感器的次级电流经硒整流器ZL整流后,直流电流I\(_{y}\)供给直流绕组Wy。此时直流电流也最大,因而铁心的磁导率降低,W\(_{p1}\)及Wp2的阻抗比纯系交流磁化时有所减小,因而电源电压经绕组降压后,足以使电动机启动。以后启动电流逐渐减小,I\(_{y}\)亦逐渐减小,保持一定的绕组阻抗,而仅作缓慢降低,使电动机逐渐加速。经一定的时间后,时间断电器J2动作,其接点j\(_{2}\)闭合,接通J1的绕组电路,使J\(_{1}\)动作。其常开接点j12闭合,于是电源经j\(_{12}\)直接接到电动机绕组,不再经过磁放大器。这样,使电动机得以恢复正常电压,在额定转速下运行,防止了电动机的过热。(图3中接机壳处应为接地。)
元件数据
我们根据慢速启动3.6千瓦,1450转/分,380伏,7.2安三相鼠笼式电动机的需要,设计了磁放大器。其数据如下:
铁心用0.35毫米厚的硅钢片,其尺寸如图4所示。

交流绕组W\(_{p1}\)和Wp2是相同的两个线圈。用铜线直径1.63亳米的纱包线绕100匝,从70匝处开始抽头,分抽6档,每档5匝。根据启动速度来决定使用那个抽头,如启动太快可使用圈数较多的抽头,如难以启动可选择圈数少的抽头。
直流绕组W\(_{y}\)用铜线直径0.56毫米的纱包线绕1200圈。
整流器ZL由100×100的硒片4片组成桥式整流器。
电流互感器亦可自制,铁心截面为30×45毫米,初级绕组为1.63毫米径的纱包线绕30圈,次级用0.5毫米径的漆包线绕150圈。
交流继电器J\(_{1}\)为220伏,10安,双刀双掷继电器。
时间继电器J\(_{2}\)为220伏,3安,其延迟时间为4~6秒。(姚永达 张冰怡)