煤礦大型電機(jī)的啟動(dòng)控制方式探析

摘 要：隨著煤礦開采的機(jī)械化程度越來(lái)越高，煤礦生產(chǎn)中使用的大型機(jī)械設(shè)備越來(lái)越多，例如通風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)、提升機(jī)等，這些大型設(shè)備一般是由大功率的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的啟動(dòng)電流，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)產(chǎn)生較大的壓降，給其它設(shè)備工作造成影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)故障。本文對(duì)煤礦常用的幾種大電機(jī)啟動(dòng)方式進(jìn)行了詳細(xì)分析、比較。

關(guān)鍵詞：煤礦；大型電機(jī)；啟動(dòng)控制

1 煤礦企業(yè)常見(jiàn)的大型電機(jī)啟動(dòng)方式

1.1 直接全壓?jiǎn)?dòng)

經(jīng)過(guò)開關(guān)或是接觸器，將電源電壓直接加到電機(jī)的定子繞組上啟動(dòng)電機(jī)。顯然，全壓?jiǎn)?dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是控制方便、維護(hù)簡(jiǎn)單，而在實(shí)踐中，其缺點(diǎn)也是非常明顯的。例如：（1）整個(gè)電網(wǎng)降壓非常嚴(yán)重，使其它設(shè)備不能同時(shí)啟動(dòng)；（2）沖擊電流會(huì)對(duì)控制開關(guān)的真空管造成嚴(yán)重?fù)p害，造成其使用壽命的下降；（3）啟動(dòng)電流中含有大量的高次諧波，進(jìn)而形成高頻諧振，導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動(dòng)作；（4）較大的啟動(dòng)電流發(fā)生焦耳熱反復(fù)作用，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線絕緣老化加速，同時(shí)，較大的啟動(dòng)電流也會(huì)損壞電機(jī)絕緣性能，加速電機(jī)老化。直接全壓?jiǎn)?dòng)方式適合啟動(dòng)設(shè)備離變電所距離比較近，較好地解決了直接全壓?jiǎn)?dòng)電網(wǎng)降壓的問(wèn)題（例如在供電系統(tǒng)中采用電容進(jìn)行壓降補(bǔ)償）的情況下。

1.2 自耦降壓?jiǎn)?dòng)

在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)利用自耦變壓器來(lái)降低加在電機(jī)定子繞組上的電壓，在電機(jī)啟動(dòng)后再將電機(jī)與自耦變壓器脫離，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的全壓運(yùn)行，這就是自耦降壓?jiǎn)?dòng)。其缺點(diǎn)是設(shè)備體積較大，投資較貴。其控制特點(diǎn)具體體現(xiàn)在：（1）通過(guò)自耦變壓器作用；（2）啟動(dòng)有躍變過(guò)程，會(huì)對(duì)電機(jī)以及大型機(jī)械的壽命造成影響；（3）會(huì)有較大的噪音產(chǎn)生；（4）不能實(shí)現(xiàn)功率輸出控制；（5）可以通過(guò)對(duì)自耦變壓器抽頭位置的選擇實(shí)現(xiàn)不同壓降的啟動(dòng)。

1.3 串聯(lián)電抗器啟動(dòng)

串聯(lián)電抗器在電機(jī)電路中的作用主要有三點(diǎn)：一是限制短路電流，二是限制電網(wǎng)中的高次諧波，三是改變電力系統(tǒng)的無(wú)功功率運(yùn)行狀況，并通過(guò)電抗器數(shù)量的調(diào)整來(lái)調(diào)整電網(wǎng)的運(yùn)行電壓。其使用效果和自耦變壓器類似，適用于400V或600V系統(tǒng)，但其運(yùn)行時(shí)噪音較小，一般低于45dB。

1.4 采用可控硅變頻技術(shù)啟動(dòng)

該技術(shù)通過(guò)可控硅電路（可控硅變頻器）進(jìn)行直接的交-交變頻，而不是改變電機(jī)的啟動(dòng)電壓，從而切底克服了機(jī)組變換的缺點(diǎn)，但它還是有一定的缺陷，例如對(duì)可控硅的維護(hù)費(fèi)用較大、啟動(dòng)時(shí)在電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)會(huì)引起電機(jī)發(fā)熱以及形成對(duì)附近的通訊設(shè)備信號(hào)的干擾等，同時(shí)，雖然可控硅變頻器成本較高，生產(chǎn)技術(shù)難度也不低，但由于其的另一優(yōu)點(diǎn)，還是在煤礦大電機(jī)中得到了較為廣泛的應(yīng)用，那就是可控硅具有可控調(diào)速性能，所以在煤礦的主通風(fēng)機(jī)氣動(dòng)控制以及采煤機(jī)的牽引裝置中得到了廣泛應(yīng)用。

1.5 軟啟動(dòng)

大功率電機(jī)的軟啟動(dòng)是通過(guò)電機(jī)軟啟動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電機(jī)軟啟動(dòng)器采用了先進(jìn)的電力電子技術(shù)、微處理技術(shù)以及智能化的控制技術(shù)，能有效限制交流異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流，廣泛應(yīng)用于煤礦企業(yè)的風(fēng)機(jī)、水泵以及輸送機(jī)械等大型機(jī)械的啟動(dòng)。其工作原理是利用可控硅技術(shù)，通過(guò)設(shè)定時(shí)間形成固定的降壓?jiǎn)?dòng)模式從而限制啟動(dòng)電流，電機(jī)在啟動(dòng)結(jié)束后再恢復(fù)全電壓工作。軟啟動(dòng)的實(shí)質(zhì)還是降壓?jiǎn)?dòng)，但和傳統(tǒng)降壓?jiǎn)?dòng)有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，例如啟動(dòng)時(shí)無(wú)沖擊電流、恒流啟動(dòng)、可以無(wú)極調(diào)整至最佳啟動(dòng)電流等，其過(guò)程降壓值是連續(xù)平滑處理。軟啟動(dòng)具有操作簡(jiǎn)單方便，同時(shí)啟動(dòng)時(shí)電壓、電流變化都比較平緩，比較適合不需要調(diào)速、集中啟動(dòng)以及頻繁關(guān)停的大功率電機(jī)采用，例如煤礦水泵等的啟動(dòng)。電機(jī)的軟啟動(dòng)又可以分為多種方式，例如斜坡升壓、斜坡恒流、階躍啟動(dòng)以及脈沖沖擊啟動(dòng)等。

2 大電機(jī)啟動(dòng)控制方式的比較

以上幾種大電機(jī)啟動(dòng)方式在煤礦生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)運(yùn)用到，它們各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際運(yùn)用中，需要針對(duì)實(shí)際需要，選擇最好的控制方式。

2.1 對(duì)電網(wǎng)的影響比較

其中直接全壓?jiǎn)?dòng)影響最大，自耦降壓以及串聯(lián)電抗器啟動(dòng)影響次之，可控硅變頻技術(shù)和軟啟動(dòng)影響較小。

2.2 對(duì)開關(guān)、電機(jī)及相關(guān)設(shè)備的影響

全壓直接啟動(dòng)由于沒(méi)有對(duì)接觸電流采取分流或抑制措施，沖擊電流最大，自耦降壓以及串聯(lián)電抗器啟動(dòng)則通過(guò)增加變壓器或是電抗器的方式減少了電流對(duì)設(shè)備的沖擊，而可控硅變頻技術(shù)以及軟啟動(dòng)較大程度的限制了啟動(dòng)電流，沖擊電流非常少。

2.3 可控制、可調(diào)速性能

在全電壓直接啟動(dòng)以及自動(dòng)自耦降壓?jiǎn)?dòng)、串聯(lián)電抗器啟動(dòng)中，都不具備可控制、可調(diào)速性能，而采取可控硅變頻技術(shù)啟動(dòng)既可以控制又可以調(diào)速，軟啟動(dòng)則不可以調(diào)速。

2.4 工作環(huán)境的適應(yīng)性

煤礦井下環(huán)境惡劣，粉塵、瓦斯、有害氣體以及空氣水分比重較大，通風(fēng)條件等不佳，在進(jìn)行啟動(dòng)方式的選擇時(shí)要充分考慮電機(jī)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。自耦降壓和串聯(lián)電抗器啟動(dòng)需要較大的大電感元器件，散熱要求較高，顯然不適合在井下環(huán)境中使用。而全壓直接啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)影響過(guò)大，不利于礦區(qū)電網(wǎng)的供電安全，屬于逐步淘汰的啟動(dòng)方式。比較適合煤礦井下工作的啟動(dòng)控制方式主要是可控硅變頻技術(shù)啟動(dòng)以及軟啟動(dòng)。具體來(lái)說(shuō)，軟啟動(dòng)方式適合大功率負(fù)荷電機(jī)，例如礦山壓風(fēng)機(jī)、水泵等，可控硅變頻則適合煤礦主通風(fēng)機(jī)、采煤機(jī)等，這樣就可以較好的解決隨著井巷延伸調(diào)整通風(fēng)能力需要和采煤工作面采煤速度等。

2.5 運(yùn)行、維護(hù)成本比較

全壓直接啟動(dòng)簡(jiǎn)單方便，成本最低，自耦降壓、串聯(lián)抗電器啟動(dòng)次之，然后是軟啟動(dòng)，這三者中由于前兩者零部件較多，故障發(fā)生幾率相對(duì)較高，后者使用軟啟動(dòng)器實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)功能，維護(hù)保養(yǎng)比較方便，運(yùn)行成本較低。成本最高的是可控硅變頻器，可控硅變頻器具有軟啟動(dòng)的功能，其輸出不但改變了電壓還改變了頻率，其結(jié)構(gòu)比軟啟動(dòng)器要復(fù)雜的多，設(shè)備成本和維護(hù)成本都比軟啟動(dòng)器要高。

2.6 環(huán)保節(jié)能

由于可控硅變頻器具有可控制、可調(diào)速的功能，相對(duì)而言，節(jié)能減排具有明顯優(yōu)勢(shì)，而全壓?jiǎn)?dòng)和自耦降壓?jiǎn)?dòng)噪音較大，對(duì)環(huán)境影響較大。

3 結(jié)束語(yǔ)

煤礦井下設(shè)備例如采煤機(jī)、提升機(jī)、膠帶機(jī)等的安全運(yùn)行，關(guān)系到煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率。煤礦企業(yè)的開采、運(yùn)輸離不開這些大型機(jī)械，推進(jìn)煤礦企業(yè)電氣自動(dòng)化，就必須對(duì)這些重要設(shè)備采取最為有效的方式進(jìn)行運(yùn)行控制，其中啟動(dòng)方式的科學(xué)選擇就是重要方面。

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