礦用電動(dòng)液壓挖掘機(jī)高壓電動(dòng)系統(tǒng)研究與運(yùn)用

魏學(xué)平++秦家升++廖明軍++劉凱++高見(jiàn)廠

摘 要：通過(guò)對(duì)6 kV高壓大功率電動(dòng)機(jī)安全啟動(dòng)，漏電保護(hù)，過(guò)壓過(guò)流、欠壓、缺相、過(guò)載保護(hù)，相序控制，潮濕冷凝防護(hù)，絕緣防護(hù)，潤(rùn)滑系統(tǒng)保護(hù)，安全停止和緊急停車保護(hù)等控制的技術(shù)研究，保證電動(dòng)機(jī)在高溫、高濕、高寒、低溫、高海拔等惡劣工況環(huán)境中能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)一種6 kV高壓大功率電動(dòng)機(jī)安全保護(hù)控制系統(tǒng)，使得6 kV高壓大功率電動(dòng)機(jī)應(yīng)用在礦用液壓挖掘機(jī)上，替代大功率柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，作為礦用液壓挖掘機(jī)的一種動(dòng)力源，保證礦用液壓挖掘機(jī)安全工作。體現(xiàn)礦用電動(dòng)液壓挖掘機(jī)節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性、成本低廉、維修便捷、操作安全等優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)液壓挖掘機(jī) 6 kV高壓 高壓電動(dòng)機(jī) 安全保護(hù) 控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TU621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）02（a）-0026-02

礦用液壓挖掘機(jī)有著動(dòng)作靈活、響應(yīng)快、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低的優(yōu)點(diǎn)，深受大型礦山歡迎。礦用挖掘機(jī)所需動(dòng)力功率大，大功率柴油發(fā)動(dòng)機(jī)特有效率低，油耗高，噪音大，污染高，生產(chǎn)廠家少，采購(gòu)成本高，現(xiàn)國(guó)內(nèi)燃油價(jià)格高。電動(dòng)機(jī)效率高，噪音低，生產(chǎn)廠家較多；電網(wǎng)單價(jià)低，使用費(fèi)用低，部件采購(gòu)和維護(hù)成本低；無(wú)污染，綠色環(huán)保等特點(diǎn)。

1 電動(dòng)機(jī)的選擇

在100 t以上的礦用超大型液壓挖掘機(jī)，所需功率至少在500 kW以上，使用380 V低壓電，額定電流約在800 A，啟動(dòng)電流為6～8倍額定電流，約5000 A，所需電纜粗，電氣元件體積大，價(jià)格高。選用6 kV/50 Hz作為電源，比380 V電源電流低15倍多，額定電流較低，所需元器件體積小，電纜細(xì)，有利于操作。

挖掘機(jī)總體體積較小，使用環(huán)境惡劣，現(xiàn)國(guó)內(nèi)外高壓變頻技術(shù)主要運(yùn)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，占用空間大，使用環(huán)境和溫度較好，抗震能力差，成本較高等特點(diǎn)，不利于挖掘機(jī)上使用。

2 高壓電動(dòng)機(jī)安全保護(hù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

礦用電動(dòng)液壓挖掘機(jī)由6 kV高壓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶著液壓泵工作。礦用電動(dòng)液壓挖掘機(jī)高壓電動(dòng)機(jī)安全保護(hù)控制系統(tǒng)由高壓電機(jī)主回路系統(tǒng)、6 kV高壓系統(tǒng)安全保護(hù)系統(tǒng)、高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)三大系統(tǒng)。

高壓電機(jī)主回路控制系統(tǒng)采用電網(wǎng)6 kV電源，主控制單元采用交流380 V和交流220 V，控制系統(tǒng)電壓全部采用DC24 V，保證操作安全性。通過(guò)主控制器對(duì)微機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)、電機(jī)溫度系統(tǒng)、電源檢測(cè)系統(tǒng)、絕緣檢測(cè)裝置等信號(hào)采集，控制主回路接觸器接通與斷開，保證電動(dòng)液壓挖掘的高壓電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行，并在專用監(jiān)控器顯示提示操作者。如圖1電動(dòng)液壓挖掘機(jī)高壓大功率電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行保護(hù)控制系統(tǒng)原理圖所示。

2.1 高壓電機(jī)主回路系統(tǒng)

高壓電機(jī)主回路系統(tǒng)采用電網(wǎng)6 kV電源，由圖1可示，由高壓電源檢測(cè)單元9、自動(dòng)真空斷路器10、高壓真空主接觸器5.和高壓電動(dòng)機(jī)1形成高壓電動(dòng)機(jī)工作主回路控制系統(tǒng)。當(dāng)需要工作時(shí)，按下自動(dòng)真空斷路器10，高壓電接入系統(tǒng)，當(dāng)高壓真空主接觸器5接通時(shí)，高壓電動(dòng)機(jī)1工作；否則，高壓電動(dòng)機(jī)1停止。高壓電機(jī)主回路工作狀態(tài)由高壓電機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的控制器18控制，在安全狀態(tài)下允許工作，不安全狀態(tài)禁止工作。

2.2 6 kV高壓系統(tǒng)安全保護(hù)系統(tǒng)

6 kV高壓系統(tǒng)安全保護(hù)系統(tǒng)主要包含電網(wǎng)沖擊保護(hù)系統(tǒng)和系統(tǒng)防觸電保護(hù)系統(tǒng)。

2.2.1 電網(wǎng)沖擊保護(hù)系統(tǒng)

礦用液壓挖掘機(jī)電動(dòng)機(jī)采用降壓?jiǎn)?dòng)方式，來(lái)降低啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)沖擊。

2.2.2 防觸電保護(hù)系統(tǒng)

絕緣檢測(cè)裝置15對(duì)挖掘機(jī)上6 kV、380 V、220 V系統(tǒng)漏電檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)漏電，立即斷開高壓真空主接觸器5、高壓真空輔助接觸器6和自動(dòng)真空斷路器10，即斷開6 kV電源，防止車輛供電，防止電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。

2.3 高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)

高壓電機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)電壓采用DC24V，由6 kV控制變壓器12供給，保證操作安全性。通過(guò)控制器采集和控制，通過(guò)CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，在主監(jiān)控19和操作面板顯示提示工作狀態(tài)。

2.3.1 電機(jī)過(guò)壓過(guò)流保護(hù)

通過(guò)微機(jī)保護(hù)器8對(duì)主回路電壓和電流進(jìn)行采集，通過(guò)CAN總線與主控制器18進(jìn)行信息交換，當(dāng)主回路電壓超高、過(guò)電流、欠壓、缺相時(shí)，控制把高壓真空主接觸器5和高壓真空輔助接觸器6觸點(diǎn)斷開，防止電機(jī)繼續(xù)工作，燒壞電機(jī)。

2.3.2 電機(jī)防潮保護(hù)

高壓電動(dòng)機(jī)1內(nèi)部設(shè)計(jì)電機(jī)加熱器2、溫度傳感器3，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間未工作和環(huán)境溫度-10℃以下低溫，由主控制器18控制電機(jī)加熱器控制裝置16工作，電機(jī)加熱器2工作，高壓電動(dòng)機(jī)1不能啟動(dòng)，電機(jī)加熱器2停止工作后，才能接通高壓真空主接觸器5和高壓真空輔助接觸器6啟動(dòng)高壓電動(dòng)機(jī)1。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)電動(dòng)液壓挖掘機(jī)的高壓電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)，對(duì)6 kV高壓電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流、漏電保護(hù)、過(guò)壓過(guò)流、欠壓、缺相、過(guò)載、相序反接、潮濕、絕緣損壞、潤(rùn)滑缺失、安全停止和緊急停車等現(xiàn)象有效時(shí)時(shí)監(jiān)控和保護(hù)，使得高壓電動(dòng)機(jī)能夠安全運(yùn)行，保證保證礦用電動(dòng)液壓挖掘機(jī)能夠正常工作，來(lái)達(dá)到礦用電動(dòng)液壓挖掘機(jī)操作簡(jiǎn)單，維修便捷，安全可靠，節(jié)能環(huán)保、成本低廉的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張強(qiáng)，童安民，陳建玉.交流高壓電動(dòng)機(jī)的保護(hù)配置方案與整定計(jì)算方法探討[J].自動(dòng)化與儀表，2003（2）：51-54.

[2] 電力裝置的繼電器保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50062-92）[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.

[3] 聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：第5卷機(jī)電一體化與控制技術(shù)[M].2版.機(jī)械工業(yè)出版社，2009.endprint