本安型礦用交流電機(jī)中軟啟動(dòng)裝置的應(yīng)用研究

劉宏鵬

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司同家梁礦，山西大同 037003）

0 前言

目前煤炭企業(yè)正處于蓬勃發(fā)展的階段，對(duì)現(xiàn)代化煤礦的標(biāo)準(zhǔn)要求在不斷提高，但很多電動(dòng)機(jī)及其拖纜系統(tǒng)等機(jī)電設(shè)備在煤礦作業(yè)過程中沒有達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，這種狀況不僅浪費(fèi)電能，而且降低機(jī)電設(shè)備的使用壽命，使煤礦的生產(chǎn)效率大大降低。通過給煤礦各設(shè)備電機(jī)裝設(shè)軟啟動(dòng)裝置，不僅能使機(jī)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)高效作業(yè)，而且其在啟動(dòng)過程中也大大降低電動(dòng)機(jī)對(duì)電網(wǎng)的沖擊作用。對(duì)此，研究軟啟動(dòng)裝置在大功率機(jī)電設(shè)備電機(jī)啟動(dòng)中的應(yīng)用顯得越來越重要[1]。

1 軟啟動(dòng)裝置的應(yīng)用研究

1.1 軟啟動(dòng)裝置的工作機(jī)理及性能分析

1.1.1 工作機(jī)理

通常情況下，電壓由可控硅的導(dǎo)通角決定控制，轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流由電壓決定控制。由數(shù)據(jù)公式可知，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和電流都與定子端的電壓有關(guān)系，其電流與定子端的電壓成正比，轉(zhuǎn)矩與定子端電壓的平方成正比例關(guān)系[2]。

軟啟動(dòng)裝置主回路示意圖如圖1所示，圖中表明，通過全數(shù)字的控制技術(shù)有效控制電機(jī)端電壓與電流，從而使電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)及保護(hù)功能得以實(shí)現(xiàn)。

圖1 軟啟動(dòng)裝置主回路示意圖

在正常工作情況下，電動(dòng)機(jī)按照設(shè)定模式平滑啟動(dòng)，是在提前設(shè)定好的參數(shù)條件下，軟啟動(dòng)裝置接收到相應(yīng)信號(hào)后，通過控制可控硅的導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)。啟動(dòng)工作結(jié)束后，為減少設(shè)備損耗，旁路真空接觸器閉合需要接收控制器發(fā)出的信號(hào)才能實(shí)現(xiàn)。其中，為實(shí)現(xiàn)對(duì)各類故障的全程保護(hù)，裝置內(nèi)的微處理器需要監(jiān)視運(yùn)行參數(shù)情況[3]。

軟停車操作是通過真空接觸器接收停車信號(hào)被后自動(dòng)斷開實(shí)現(xiàn)的。

1.1.2 主要性能特點(diǎn)

為延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，消除電子沖擊，交流電機(jī)的軟啟動(dòng)與停止的實(shí)現(xiàn)，軟啟動(dòng)裝置融合了自身的十六位單片機(jī)微處理技術(shù)與電力控制技術(shù)。電機(jī)綜合保護(hù)裝置集合良好的過載、過流及斷相等保護(hù)功能于一身，通過相應(yīng)的單元被電機(jī)保護(hù)部分的主體采用特殊的抗干擾措施來進(jìn)行保護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)這些保護(hù)功能[4]。

1.2 軟啟動(dòng)裝置的組成特點(diǎn)

快開門式外殼設(shè)計(jì)和手車式防爆機(jī)芯在現(xiàn)代煤礦中本安型電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)裝置中采用頻率最高。此種結(jié)構(gòu)不僅能提高煤礦機(jī)電設(shè)備的工作效率，而且有利于軟啟動(dòng)器的維護(hù)及維修。

1.2.1 防爆外殼的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

上部為接線腔，主腔與快開門結(jié)構(gòu)組成下部分，用隔板隔離上腔與下腔，上下兩部分共同組成機(jī)電設(shè)備防爆外殼。接線腔內(nèi)包括2個(gè)控制線接線端子和3個(gè)主回路進(jìn)線電源線柱。主回路電纜通過引入裝置連接外殼，引入外徑為φ12.9 mm的電纜，并且兩側(cè)各有一個(gè)控制線的進(jìn)線裝置[5]。

將外殼右側(cè)的聯(lián)鎖桿轉(zhuǎn)入，隨后向左旋轉(zhuǎn)門手柄，門向右發(fā)生平移從而與卡板分離后即門打開。隔離開關(guān)只有位于分?jǐn)辔恢脮r(shí)門才會(huì)開，確保了安全，可靠的機(jī)械連鎖進(jìn)行開關(guān)與門的隔離。門打開后，隔離開關(guān)無法直接閉合。隔離開關(guān)手柄裝在隔爆外殼右側(cè)，可以進(jìn)行正向、反向和停止3種位置操作。通過隔離開關(guān)的輔助觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)隔離開關(guān)與主開關(guān)之間的連接。

在此裝置及啟動(dòng)方式下，個(gè)別情況下隔離開關(guān)可以帶負(fù)荷切斷電源，正常情況下不會(huì)帶負(fù)荷分?jǐn)唷?/p>

1.2.2 軟啟動(dòng)裝置的構(gòu)成

軟啟動(dòng)裝置上裝有主電路與軟啟動(dòng)器的構(gòu)成部件，機(jī)芯小車是其設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部件。不僅真空接觸器，電源、同步以及控制變壓器，主電路的插板，中間的繼電器，軟啟動(dòng)控制裝置，晶體管這些部件，以及各種開關(guān)和按鈕，如隔離換相開關(guān)、啟動(dòng)的轉(zhuǎn)化開關(guān)，過流、漏電、停止以及復(fù)位按鈕等都是機(jī)芯小車上安裝的主要構(gòu)件。為使檢修和維護(hù)過程更方便，可以將整個(gè)機(jī)芯從箱體拉出，具體操作流程為：先打開軟啟動(dòng)裝置隔爆外殼的門，然后旋松固定螺釘，最后將接線板上接插件與進(jìn)出電源線拆下[6]。

1.3 軟啟動(dòng)裝置的優(yōu)點(diǎn)

（1）啟動(dòng)電機(jī)使用雙向可控硅完成啟動(dòng)后，選用接觸器短接可控硅的工作方式，可避免接觸器直接控制電動(dòng)機(jī)導(dǎo)致的觸點(diǎn)易粘連及燒壞等故障，大大節(jié)約能源。

（2）無沖擊電流，機(jī)電設(shè)備的電機(jī)進(jìn)行軟啟動(dòng)裝置啟動(dòng)時(shí)，晶閘管導(dǎo)通角逐漸增大，從而使得電機(jī)的啟動(dòng)電流上升至設(shè)定值的過程是緩慢的。無沖擊式的啟動(dòng)使供電的可靠性提高，降低對(duì)負(fù)載機(jī)械的沖擊力，延長(zhǎng)負(fù)載機(jī)械的使用壽命。

（3）實(shí)現(xiàn)軟停車功能，以下功能均能使發(fā)電設(shè)備及傳動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命延長(zhǎng)，如平滑減速、逐漸停機(jī)、降低機(jī)械應(yīng)力等。

（4）可調(diào)功能，在現(xiàn)場(chǎng)工作中，軟啟動(dòng)裝置中設(shè)置的相關(guān)參數(shù)會(huì)依據(jù)不同的載重情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到將啟動(dòng)電流調(diào)整到最佳位置。

2 軟啟動(dòng)裝置在煤礦的適用型分析

本文作者以某礦使用的本安型機(jī)電設(shè)備作為研究對(duì)象，由以上分析可得，影響煤礦電機(jī)設(shè)備高效安全生產(chǎn)的因素主要有兩個(gè)：

（1）煤礦使用的機(jī)電設(shè)備的電機(jī)并沒有實(shí)現(xiàn)全部安裝軟啟動(dòng)設(shè)備，沒有安裝軟啟動(dòng)設(shè)備在直接啟動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生較大的電流，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓降低，從而直接影響此電路下的其他機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，欠壓保護(hù)的現(xiàn)象也可能會(huì)發(fā)生，最終導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備為了自保而跳閘。同時(shí)其運(yùn)行壽命也會(huì)縮短，這是由于直接啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生過大的電流使電機(jī)發(fā)熱產(chǎn)生大量熱量導(dǎo)致的，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊轉(zhuǎn)矩，會(huì)嚴(yán)重磨損定子端部的絕緣并引起電動(dòng)機(jī)的端環(huán)斷裂，最終導(dǎo)致電機(jī)燒壞，對(duì)機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行造成巨大影響。

（2）機(jī)電設(shè)備需安裝降壓?jiǎn)?dòng)裝置，現(xiàn)在普遍使用的降壓?jiǎn)?dòng)方式為傳統(tǒng)的自耦減壓?jiǎn)?dòng)和電抗啟動(dòng)等方式。由于傳統(tǒng)的降壓?jiǎn)?dòng)方式有明顯的缺點(diǎn)，其為有級(jí)減壓?jiǎn)?dòng)模式，在其減壓?jiǎn)?dòng)過程會(huì)有二次沖擊電流產(chǎn)生[7]。

由于礦用機(jī)電設(shè)備的井下作業(yè)環(huán)境十分惡劣，為了確保安全，特別是關(guān)乎人生命安全的設(shè)備，如瓦斯抽放等，為保證整個(gè)工作面各設(shè)備的正常運(yùn)行，配備的大容量電氣設(shè)備必須安裝軟啟動(dòng)裝置。綜合考慮煤礦井下各運(yùn)輸路線受運(yùn)輸距離遠(yuǎn)、巷道有角度等諸多因素制約，為緩慢啟動(dòng)運(yùn)輸設(shè)備，為其安裝軟啟動(dòng)裝置。電子式的軟啟動(dòng)裝置除具有軟啟動(dòng)的功能外，還擁有許多保護(hù)功能，不僅能節(jié)省投入，而且能使操作維護(hù)更方便快捷。通常在各個(gè)事故過程中，如過流、短路以及三相電流不平衡等，電子式軟啟動(dòng)裝置的啟動(dòng)起到保護(hù)作用。生產(chǎn)實(shí)踐證明，現(xiàn)代煤礦使用軟啟動(dòng)器裝置的型號(hào)為600VCMC型，這是由于此型號(hào)較適應(yīng)井下環(huán)境，綜合具有電壓斜坡、限流和突跳轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)等功能[8]。

3 結(jié)論

在煤礦現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過程中，現(xiàn)代煤礦發(fā)展迅速，本安型軟啟動(dòng)裝置的隔爆功能還有待完善。該裝置的顯著優(yōu)勢(shì)是其可靠性高、維護(hù)量小，但依然有不足之處，因此要不斷完善其對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)功能。綜上所述，在現(xiàn)代化煤礦企業(yè)生產(chǎn)過程中軟啟動(dòng)裝置將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。