如何改进LIMITORQUE电动执行器

如何改进LIMITORQUE电动执行器
改进LIMITORQUE电动执行器
广州员村热电厂是热电并供的环保型发电厂，装机容量3台220t/h的锅炉，2台5万kW抽汽式凝汽机组。

机炉的监视操纵全部由日本Y0KO-GAWA CENTUM-XL DCS完成，为了提高机炉设备运行可靠性，给水、减温水、蒸汽管道等重要部位的调节门装置了美国LIMITORQUE电动执行器，但在实际运行中却不时发生故障，影响生产安全，通过反复研究，找到该进口产品设计原理与元器件方面的薄弱环节，通过合理改造，解决了执行器存在的问题。

1 存在问题
员村热电厂机炉管道上安装的LIM1TORQUE电动执行器共36台，分析投产后的维修记录，发现该类执行器的要紧故障有：
(1)机力矩不足，暂载率设计过低，自动调节频繁时电机过热会引起拒动。

(2)执行器内电容选型不当，耐压低、介损大，电容器容易损坏。

(3)执行器内~220V~~110V~~24V变压器铁芯与绕组过热会烧坏。

2 分析、解决问题
通过认真查核图纸资料与LIMITORQUE电动执行器说明书，在现场进行反复的研究与试验，分步解决执行器存在的各个问题。

2.1 解决执行器电机过热、拒动的问题
单相交流异步电动机中启动绕组的串联电容器假如只在启动过
程才接入的称电容启动式电动机；假如是长期接入的称电容电动机。

这两种接线方式中前一种适用于一次性启动或者不频繁启动的场合，特点是启动力矩大，但启动电流也大，电机容易过热；后一种适于多次性启动的场合，启动电流较小，但启动力矩也小，机械负荷不能太重，否则启动失败，电机也会过热。

前一种接线方式中，启动完成后通常靠离心开关切除串联电容器。

但LIMITORQUE电动执行器却用普通继电器代替离心开关，难以保证启动成功。

发电厂热控自动调节有两个特点：a.对运行参数连续跟踪调节，要求电动执行器在一分钟内能多次连续正反转调节；b.执行器所带动的阀门比较灵活，启动转矩并不大。

可见使用电容式电动机的接线方式更为合理。

我们根据上述分析采取改进措施：如图1，拆除J1/J2启动继电器的线圈与触点，电容器与电动机固定连接，使电动执行器运转全过程电容器不切出。

通过上述改进，达到初步目的：(1)降低电机启动电流，克服执行器多次启动引起过热的现象；(2)运转全过程提供足够的转矩，确保操作可靠；(3)简化接线，降低故障率；(4)降低运行电流，克服过热。

2.2 解决移相电容选型不当的问题
我们参考特种微型电机计算理论，重新计算移相电容器的参数，达到运转过程主绕组与副绕组的电压数值相近，相角近90°的目的。

2.2.1 电容器电压计算
按电容器耐压水平大于工作电压的原则，据矢量三角形能够计算出电容器的运行电压：U
C
=1.414×240=339.4V，能够选用耐压500V以上的电容器。

2.2.2 电容器电容值计算
参考LIMITORQUE电动执行器说明书，合理选用容量匹配的电容器，用给水调节门4″做试验，实验数据如下：
(1)串联电容器：500V、50μF(电机串联电容器绕组为副绕组)
各元件的运行参数如表1，图3(主绕组有功功率ρ
1=U
1
I
1
cosβ)。

(2)串联电容60μF，运行参数见表2，图4。

(3)串联电容40μF，运行参数见表3，图5。

(4)分析比较串联电容器容量对电机性能的影响(开阀为例，同一电机在4″阀门上作测试比对)，见表4。

结论：C=50μF时，绕组电流最低：降至66%左右；发热损耗降至43%。

原理是用提高电机功率因数来提高有功出力，达到既降低电机电流，又提高转矩的双重目的。

用试验取得的数据选购500V、50μF的优质电容器，更换LIMITORQUE电动执行器内的移相电容，取得明显效果：
① 所选的电容器连续通电半小时以上无明显温升。

② 电机启动力矩能够满足最大阀门的要求，启动平稳快速，启动电流明显降低(从原先15A降至8A)。

③ 可带电机连续运转，电容器未发生过击穿、过热等故障，电机无过热。

2.3 执行器内部变压器的改进
LIMITORQUE电动执行器是进口设备，其电机标牌上标明使用的交流电源频率是60Hz，60HVz变压器用50Hz交流电源供电时将出现铁芯磁密升高(甚至饱与)；绕组空载电流激增的现象，造成铁芯与绕组过热，这是变压器烧坏的直接原因。

针对变压器设计不当：根据安装空间较小的特殊要求，参照电工手册重新设计变压器。

(1)变压器变比K=220V/110V=2(初级电压=220V，次级电压
=110V)。

(2)实测现变压器次级最大负载电流=0.19A实测初级空载电流
=0.3A(注：比常规大6倍以上)
(3)核算变压器容量：
P=115×0.19=21.9W
为提高可靠性按30W设计I
2
=30/115=0.26A
(4)拟选用厚0.35mm、GEIB-19，D310高磁密优质硅钢片作铁芯、
铁芯截面(如图6，图7)。

表1
主绕组电压电流副绕组电压电流总电流电容器端电压
cosβP
1
U 1I
1
U
2
I
2
I
Σ
U
C
开阀214V 2.91A 210V 2.87A 4.48A 331V 0.87 541W 关阀214V 2.89A 209V 2.92A 4.53A 332V 0.92 569W
表2
主绕组电压电流副绕组电压电流总电流电容器端电压cosβP
1
表3
表4
(5)查阅设计手册，可知参数，见表5。

表5
(6)查手册：初级用QZ 0.28，次级用QZ 0.38漆包线(最大外径分别为0.32及0.42mm)。

(7)每伏匝数N
=4.5×105/13000×6.4=5.4匝/V，初级匝数
N 1=5.4×220：1188匝，次级匝数N
2
=1.1×80×110=968匝。

(8)初级每层可绕88匝，共14层，每层垫0.05mm厚牛皮纸，初
级绕组共厚14×0.37=5.2mm。

(9)初次级绝缘及静电屏蔽层共厚0.35mm，其中初级与静电屏蔽层之间垫0.05mm聚脂薄膜两层，0.05mm牛皮纸1层，静电屏蔽用0.05mm 厚的铜片，静电屏蔽与次级间垫0.05mm聚脂薄膜与牛皮纸各一层。

骨架用0.5mm环氧板制作，外包两层0.05mm聚脂薄膜与两层0.05mm牛皮纸，加上线包，最外层包两层0.12mm牛皮纸共0.94mm。

(10)次级每层可绕67匝，共10层，每层垫0.05mm厚牛皮纸一层，共厚4.7mm重新设计的变压器体积比原先的小，初级空载电流只有原先的l/27，空载温升从原先的30℃降至5℃，满负载工作8小时，温升从原先的60℃降至25℃，连续72小时运行正常。

LIMTORQUE电动执行器更换新设计的变压器后，完全杜绝了由于执行器内部变压器过热而烧坏的现象。

3 结束语
员村热电厂在2000~2001年间，对厂内36台LIMTORQUE电动执行器全部进行上述技术改造，取得了明显的效果，设备故障率大幅度下降，热控自动投入率显著提高，电厂的生产经济性也有相应的提高，这说明所进行的改造是成功的。