带短路圈的频敏转差率调节器

本发明涉及一种转差率调节器，特别是一种带短路圈的频敏转差率调节器。它利用频敏转差率调节器的阻抗能随主电机转子频率的变化而自动变化的规律，并在主磁路上部装设适当匝数的短路圈，有效地增加了有功功率成分，提高了主电机的功率因数，改善转差调节性能。

本发明适用于带飞轮的中小型轧机主电机的转差率调节，接于主电机的转子回路中，以削平主电机的尖峰负荷，可使飞轮和主电机均得到充分利用。

国外利用铁磁材料的频敏性能制成的电磁元件仅用于异步电动机的起动和制动。经严格检索有关的专利文献和一般文献，尚未发现用于带飞轮轧机主电机的转差率调节。

目前国内外沿用的转差率调节器有三种，第一种是常接电阻，第二种是接触器电阻转差率调节器，第三种是液体转差率调节器。

常接电阻是在电动机转子回路内接有额定电阻的10%的常接电阻以软化机械特性，见图1。其优点是系统简单、维修方便。缺点是特性软，转差能损耗大，轻载时飞轮已开始放能，当负载增加到1.5Me时，飞轮的能量已经放掉很多，飞轮能量的利用率差。

接触器电阻转差率调节器是在主电机转子回路内接入两段电阻r1和r2，起动电阻另加，见图2。其中r1为常接电阻，而r2电阻根据主电机负荷大小由转差率继电器PC和转差率接触器KC来控制其接入或切除，从而得到硬度不同的两根机械特性，见图3中之①②轻载时运行在特性①上，转速高，飞轮储能，当负荷超过1.5Me后接入r2电阻，主电机运行于特性②上，转速下降，飞轮放能，帮助克服尖峰负荷。该调节器系统复杂，调节性能不好，因为调节过程是阶段式的，电流和力矩的变化不连续，有一定幅度的冲击，另外占地面积大，维修工作量也大。

液体转差率调节器是在主电机转子回路中接入液体变阻器，见图4，由伺服电动机根据主电机负荷电流的大小来调节两电极之间的距离，从而改变其阻值的大小。这种调节器的电阻调节是连续平滑的，但系统复杂，传动机构较笨重，惯性大，反应不灵敏，调节速度慢，有不灵敏区。另外电解液随温度变化其阻值变化激烈，不易掌握，维修工作量大，且设备笨重、占地面积大。

以上三种转差率调节器虽各有特点，但也存在各自的问题。

本发明的目的是为带飞轮的轧机主电机提供一种结构简单、维护方便、控制系统精炼、调节性能优良的转差率调节器。它能按照轧制负荷的大小自动控制主电机的转速，使飞轮的储能按照轧制需要进行充放，起到削平尖峰负荷、提高作业率、提高产量和节约能源的作用。

本发明的结构如图5所示，它主要由铁心〔1〕、工作线圈〔2〕短路圈〔3〕和绝缘件组成。

铁心用20～30mm的厚钢板，材料为普通低碳钢。铁心的基本形态是方片形，分三相与单相两种，见图6。一般1000瓩以下的电机采用三相结构，每片三相铁心由上铁心“一”形与下铁心“山”形组成根据需要每台可以选取不同的片数。1000瓩以上的电机，宜采用单相铁心结构，每片单相铁心由上铁心“一”形与下铁心“凵”形组成，根据需要每台可以选用不同的片数。

在铁心主磁路上装设工作线圈和短路圈，它们用铜排或铝排立绕而成。见图7。匝间用加工成“凹”形的玻璃丝板或陶瓷垫隔开绝缘，保持5mm左右的距离，并用玻璃丝带顺各层绝缘垫缠绕把紧，使之成为一个牢固的整体，防止因电动应力引起的振动而使绝缘垫脱落，造成匝间短路。工作线圈和短路圈均留有中间抽头，可以通过改变其匝数灵活地调节转差调节特性。

除了匝间用绝缘垫外，线圈之间及其上下用玻璃丝板绝缘，线圈与铁心之间四个角上用卡角绝缘。卡角由25～30mm厚玻璃板制成。所有的绝缘件均采用B级或B级以上的绝缘材料。

本发明的基本原理如下：当频敏转差调节器的工作绕组通入交流电时，在厚铁心中产生较大的涡流，由于集肤效应的作用使涡流在铁心中分布不均匀，趋向铁心表面，从而使铁心等值电阻加大。频率愈大，集肤效应愈强，铁心等值电阻愈大。由于频敏转差调节器的阻抗能随电机转子频率的变化而自动变化，接入电机转子回路后能使电机获得近似“挖土机”特性。

由于在转差调节器主磁路上装设了适当匝数的短路圈，短路圈的头尾用接触器短接，在其内部能产生大量的有功功率，从而能较大幅度地提高主电机的功率因数，改善了转差调节特性，使调节特性更趋近“挖土机”特性，从而为轧钢机提供大的轧制力矩，缩短了轧制时间和速度回升时间，为提高作业率、提高产量创造了有利条件。

本发明与目前国内外沿用的接触器电阻转差率调节器相比有如下优点：

（1）调节性能优良。由于频敏转差调节过程是无触点的、平滑无级的，增加短路圈后功率因数由0.6左右提高到0.8左右，使转差调节特性更加丰满，两种调节特性对比见图8，图中③为频敏转差率调节特性，空载时特性硬，转速高，飞轮储能大，重载时特性弯曲变软，有效地削平了尖峰负荷，使飞轮储能得到充分利用。图中①②为接触器电阻转差率调节特性。二者相比，在转差调节范围内，频敏转差调节特性所包围的面积比接触器电阻转差调节特性所包围的面积大25%（图中阴影部分），说明发出的平均力矩增大25%，充分挖掘了主电机的潜力。由于主电机提供的力矩大，所以主电机转速的回升时间缩短25%，为提高作业率、提高产量创造了条件。当力矩达到1.3Me～1.5Me时转差调节特性迅速弯曲，便于飞轮释放动能，有效地削平尖峰负荷，提高了飞轮的利用率。

（2）维护方便。由于频敏转差调节系统简炼，转差调节过程无触点化，再加上调节器本身结构坚固耐用，使用寿命长，很少发生故障，平常的维护仅只吹吹灰。

（3）占地面积小。一般650轧机或2300中板轧机采用接触器电阻作起动与转差调节时，需100多箱铸铁电阻，一箱箱迭装起来要占满满一房间。而采用频敏转差调节器作起动与转差调节时仅用6台，节省了占地面积。

（4）结构简单，便于制造。

（5）经济效益显著。以某钢厂2300中板轧机年产18.8万吨钢板为例，直接经济效益可达到61万元/年。