礦井排水設(shè)備的電氣控制選擇分析

【摘 要】在工礦企業(yè)所用生產(chǎn)機(jī)械的系統(tǒng)中，礦井排水設(shè)備極為重要，它的任務(wù)就是將礦井水及時地排至地面，確保井下工作人員的人身安全、設(shè)備安全和礦井的安全生產(chǎn)。正確地選擇礦井排水設(shè)備的電氣控制是個很重要的問題。要求排水設(shè)備的電力拖動系統(tǒng)應(yīng)做到運(yùn)轉(zhuǎn)安全、工作可靠、技術(shù)合理、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)。

【關(guān)鍵詞】礦井排水設(shè)備；啟動；電氣控制

排水設(shè)備的拖動電動機(jī)屬長時恒載工作方式對調(diào)速無需特殊要求，也不做頻繁啟動，而且啟動后負(fù)載比較穩(wěn)定，因此排水設(shè)備多采用鼠籠型電動機(jī)拖動。當(dāng)電動機(jī)容量較小時，可采用直接啟動控制；當(dāng)電動機(jī)容量較大時，通常采用電抗器或自耦變壓器降壓啟動方式或采用軟啟動方式控制。對排水設(shè)備采用軟啟動方式控制進(jìn)行分析。

1.排水設(shè)備的軟啟動電控設(shè)備原理

軟啟動器控制是將電力電子技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合的設(shè)備主電路用三組反向并聯(lián)可控硅串接于供電電源與被控電動機(jī)之間。設(shè)備啟動時，由電子控制電路控制可控硅的導(dǎo)通角，使加在電動機(jī)端的電壓由低到高逐漸升高，電動機(jī)轉(zhuǎn)速隨之逐漸加快，直至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的軟啟動。設(shè)備停機(jī)時，則控制可控硅的關(guān)斷速度使電動機(jī)的端電壓由全電壓逐漸下降至零，實(shí)現(xiàn)軟停車。

在使用過程中軟啟動電控設(shè)備的故障率大大降低，基本做到免維護(hù)運(yùn)行。因此軟啟動電控設(shè)備已經(jīng)成為大、中型電動機(jī)的主流設(shè)備。在電網(wǎng)容量小、電動機(jī)功率較大時或需要軟啟動的場合，應(yīng)首選軟啟動電控設(shè)備。

2.軟啟動的優(yōu)點(diǎn)

異步電動機(jī)在直接啟動時，施加額定電壓，啟動電流將達(dá)到（5～7）I，這樣大的電流將會給供電系統(tǒng)造成很大沖擊，所以除小容量電動機(jī)外，一般都采取不同啟動方式以降低電動機(jī)的啟動電流，傳統(tǒng)的方式有Y—△啟動、串電抗器啟動、自耦變壓器啟動、延邊三角形啟動等。傳統(tǒng)啟動方式在電動機(jī)啟動過程中都有一個線圈電壓切換的過程，這種方式對電網(wǎng)產(chǎn)生“二次沖擊”，使用軟啟動設(shè)備控制則不存在上述現(xiàn)象。

3.軟啟動的分類

（1）不限流軟啟動：啟動時，使啟動電流以一定斜率不斷上升，直至啟動完畢，期間對球隊(duì)電流不加任何限制；適用于，重載起動。

（2）階躍恒流啟動：啟動一開始在極短的時間里，使晶閘管接近于全導(dǎo)通，然后恢復(fù)至極小導(dǎo)通角，進(jìn)行正常的恒流軟啟動；適用于，輕度時靜摩擦力距較大的場合。

（3）小斜率軟啟動：這種啟動的特點(diǎn)是電流上升速率緩慢；適用于，對電動機(jī)轉(zhuǎn)速、速度變化敏感的場合。

（4）恒流軟啟動啟動時，電流以一定的斜率上升至設(shè)定值其后維持恒定，直至啟動結(jié)束；這種方式應(yīng)用范圍較為廣泛。

4.軟啟動設(shè)備控制停車

電動機(jī)停機(jī)時，控制晶閘管導(dǎo)角以一定的斜率減小，使電動機(jī)端電壓逐漸下降至零，減緩電動機(jī)停車時對機(jī)械負(fù)載的沖擊，還可根據(jù)需要引入電流負(fù)反饋。一般停車時間為0—60s。

5.軟啟動的應(yīng)用范圍

（1）將斷路器、軟啟動器、旁路接觸器和控制電路組成電動機(jī)控制中心，這種方式是用處較廣，適用面寬。其優(yōu)點(diǎn)是電動機(jī)運(yùn)行期間，電動機(jī)直接與電網(wǎng)相連，無諧波；旁路接觸器還可以作為一種備用控制。

（2）軟停車在泵類負(fù)載系統(tǒng)中，停車時軟啟動器由大到小逐漸減小晶閘管的導(dǎo)通角，使被控電動機(jī)端電壓緩緩下降，電動機(jī)轉(zhuǎn)速有一個逐漸降低的過程，這樣就避免管路里流體動量的急劇變化，抑制“水錘”效應(yīng)。

（3）電動機(jī)正反轉(zhuǎn)無觸電電子開關(guān)。軟啟動器串接于供電電源與被控電動機(jī)之間，當(dāng)晶閘管全導(dǎo)通時，電動機(jī)得到全電壓，晶閘管關(guān)斷時電動機(jī)被切斷電源，其作用類似于一個無觸點(diǎn)電子開關(guān)。

（4）軟啟動器與PC結(jié)合組成復(fù)合功能：以一臺PC控制器與兩臺或多臺軟啟動器組合可完成一用一備，甚至多用多備的方案，與PC結(jié)合，可同時實(shí)現(xiàn)軟啟動、軟停車，一用一備，與中央控制室組成遙控監(jiān)視系統(tǒng)。

大部分大型排水系統(tǒng)中，平時排水量不大，僅要求少量排水泵投入時，有時則要求根據(jù)水位，逐級增加投入的水泵，直至全部水泵投入運(yùn)行；反之，則要求逐級減少排水水泵的數(shù)量。

6.軟啟動器與變頻控制器的差異

軟啟動器與變頻控制器均使用晶閘管模塊作為執(zhí)行元件，從投資成本上變頻控制器要比軟啟動器高，變頻控制器可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，目前市場廣泛與廠礦也代替了直流電機(jī)。其缺點(diǎn)為，變頻控制器無論是交—直—交還是交—交變頻，在使用過程中始終產(chǎn)生諧波，影響對電網(wǎng)的輸變電，必須采取濾波措施。還有，變頻器的輸出與電網(wǎng)電源已經(jīng)不是同相同序的關(guān)系，因此變頻器未與電機(jī) 分離前，不能先合上旁路接觸器，必須先將變頻器與電機(jī) 斷開，再合上旁路接觸器，否則會燒毀變頻器的執(zhí)行元件，這樣電機(jī)短時間內(nèi)會經(jīng)歷全電壓—斷電—全電壓的再啟動過程，對穩(wěn)定性要求較高的場合是不適應(yīng)的。

軟啟動控制器的成本要比變頻控制器低一些，它僅在啟動與停車時投入運(yùn)行使用，啟動結(jié)束，合上旁路接觸器，電機(jī)直接與電網(wǎng)電壓相連，因而運(yùn)行期間不存在諧波的問題。啟動結(jié)束，晶閘管全導(dǎo)通，相當(dāng)于一個電子開關(guān)合閘，導(dǎo)通電阻很小兩端的壓降在1—2v之間，因而并聯(lián)的接觸器由于同相同序，合閘沒有問題，電機(jī)不存在瞬間斷電的問題。

通過對比軟啟動器與變頻控制器具有以下特點(diǎn)：

（1）降低機(jī)械沖擊；消除設(shè)備在啟動和停車過程中對系統(tǒng)的機(jī)械沖擊，降低管理系統(tǒng)的水錘和喘振危害。

（2）對電網(wǎng)的沖擊；消除設(shè)備在啟動過程中對電網(wǎng)的沖擊，降低啟動電流降低因啟動電流過大而造成的電網(wǎng)壓降。

（3）使用簡單方便；該裝置是一個完整的電動機(jī)電氣控制和保護(hù)系統(tǒng)，安裝時只需連接電源線和電動機(jī)負(fù)荷線便可投入運(yùn)行。

（4）使用維護(hù)、維修方便；主回路采用可控硅代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械觸點(diǎn)，不但工作可靠，無電弧外露，該系統(tǒng)還有人機(jī)交互界面，參數(shù)的設(shè)定極為方便，通過液晶顯示器顯示能準(zhǔn)確的將故障顯示和檢測。

（5）功能可靠、保護(hù)齊全；保護(hù)范圍有過載、欠載、過壓、欠壓、電壓不平衡、失速、過熱等保護(hù)；還對系統(tǒng)電壓、電流、功率因數(shù)、運(yùn)行時間、耗電量進(jìn)行檢測，并通過系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸接口和網(wǎng)絡(luò)接口輸送給計(jì)算機(jī)和打印機(jī)。

（6）適用范圍廣；該控制系統(tǒng)除由于水泵軟啟動控制外，還可在工礦的大、中型設(shè)備中作為電動機(jī)的軟啟動控制；由于該控制系統(tǒng)中裝有用于直接啟動的真空接觸器，在軟啟動控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可轉(zhuǎn)換為手動控制。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]張建國等.礦山固定設(shè)備電氣控制，中國礦業(yè)大學(xué)出版，2008.1.

[2]陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)，上海工業(yè)大學(xué)，2003.4.