一種380V/660V雙電壓隧道鑿巖臺車電氣控制系統(tǒng)

孫崇君

（江西鑫通機(jī)械制造有限公司，江西 萍鄉(xiāng) 337009）

隧道鑿巖臺車（也稱鉆孔臺車）是一種隧道及地下工程采用鉆爆法施工的鑿巖設(shè)備。它主要有三臺電機(jī)分別為液壓系統(tǒng)、水系統(tǒng)和氣系統(tǒng)提供動(dòng)力源。其中為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力的主油泵電機(jī)功率較大，一般在幾十KW甚至更大，本文改電機(jī)是55KW,水泵電機(jī)和氣系統(tǒng)電機(jī)一般功率較小，本文這兩個(gè)電機(jī)都是3KW。他們在公路、鐵路隧道以及礦山井下使用時(shí)一般是交流380V供電或者660V供電中的一種供電方式。但近年來，越來越多的客戶因?qū)嶋H工況的需要，380V和660V同時(shí)存在，需要井下施工設(shè)備同時(shí)滿足兩種電壓的使用。因此，就需要考慮系統(tǒng)中三個(gè)電機(jī)以及控制變壓器如何適應(yīng)上述工況。

1 控制方案分析

1.1 主泵電機(jī)(M1)的控制方案

主泵電機(jī)是整機(jī)的核心動(dòng)力源，它為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)鑿巖臺車在隧道及地下工程采用鉆孔施工。本文的主泵電機(jī)功率為55KW,電機(jī)繞組接線方式為角型/星型，額定電壓380V/660V。也就是說該電機(jī)如果采用380V供電，繞組只能采用角型接法，同時(shí)因?yàn)?80V額定電流104A,電流較大。此時(shí)為了減少電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊，一般采用星三角降壓啟動(dòng)方式。

當(dāng)電壓是660V時(shí)，電機(jī)額定運(yùn)行電流只有59A,且繞組接法是星型，無法繼續(xù)采用星三角降壓啟動(dòng)方式，因此只能采用直接啟動(dòng)方式。

上述情況，我們需要一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制電機(jī)在380V時(shí)接觸器采用星三角轉(zhuǎn)換降壓啟動(dòng)方式，而當(dāng)660V時(shí)，接觸器始終保持在星型方式，角型轉(zhuǎn)換接觸器始終不吸合動(dòng)作。

1.2 水泵電機(jī)(M2)和空壓機(jī)電機(jī)(M3)控制方案

這兩個(gè)電機(jī)的功率較小，本文的電機(jī)額定功率是3KW，電機(jī)繞組接線方式為角型，額定電壓380V。因此該電機(jī)只能采用直接啟動(dòng)方式，且只能用于380V。如果要用于660V,則只能增加一個(gè)660V轉(zhuǎn)為380V的變壓器，即這兩個(gè)電機(jī)無論是380V供電還是660V供電，都始終保持工作在380V電壓供電情況下。

1.3 660V轉(zhuǎn)380V專用變壓器的選擇

該變壓器主要作用是將交流660V轉(zhuǎn)化為交流380V,給兩個(gè)3KW的電機(jī)和控制變壓器提供電源，因此變壓器的容量選擇一定要充裕。

根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊》第三版273頁，對于有專用變壓器的場合，對頻繁起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)容量必須小于變壓器容量的20%才能直接起動(dòng)；對不頻繁起動(dòng)的，小于30%可以直接起動(dòng)。因此電動(dòng)機(jī)的容量介于變壓器容量的20%～30%便是合適的。

1.4 控制變壓器方案

電氣系統(tǒng)的控制變壓器功率一般較小，本文的控制變壓器功率也僅有1.8KVA。功率小于水泵電機(jī)和空壓機(jī)電機(jī)，因此考慮控制變壓器同兩個(gè)小功率電機(jī)一樣，始終采用380V供電方法，660V時(shí)由1.2中提到的660V轉(zhuǎn)380V變壓器供電。

1.5 電壓切換方法

根據(jù)1.1～1.3中的方案，需要通過一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)在上電前進(jìn)行轉(zhuǎn)換電壓等級，即在380V,主泵電機(jī)采用星角降壓啟動(dòng)方式，水泵電機(jī)和空壓機(jī)電機(jī)采用直接啟動(dòng)方式，三個(gè)電機(jī)都直接采用380V供電；660V供電時(shí)，水泵電機(jī)和空壓機(jī)電機(jī)則需要通過660V轉(zhuǎn)380V變壓器供電，而主泵電機(jī)啟動(dòng)時(shí)只有星型接觸器始終吸合動(dòng)作，角型接觸器不吸合動(dòng)作，即仍采用直接啟動(dòng)。

1.6 電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)方案

電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)在電機(jī)控制系統(tǒng)中是不可或缺的，如果選擇常用的熱繼電器作為過載保護(hù)元件，那么在兩種不同電壓的工作方式下，熱繼電器的參數(shù)值是否需要進(jìn)行人工調(diào)整呢？

本文中的55KW主泵電機(jī)額定電流如下表。

表1 55KW主泵電機(jī)的額定電流

以施耐德熱繼電器為例，在380V星三角啟動(dòng)，角型運(yùn)行時(shí)，線電流=1.732＊相電流，安裝在繞組回路的熱繼電器通過的為相電流，其整定值應(yīng)為58A,熱繼電器型號應(yīng)選擇LRD3359C,其電流整定范圍是48A～65A。

在660V時(shí),星型運(yùn)行方式，其線電流=相電流，也就是說安裝在繞組回路熱繼電器在額定情況下流過的相電流等于線電流，即額定電流。所以其整定電流也可以按照58A設(shè)定。

綜上來看，熱繼電器的設(shè)定不需要進(jìn)行調(diào)整。

2 具體控制方法

電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種多功能開關(guān)，其控制邏輯關(guān)系如圖1所示，在左側(cè)380V位置時(shí)，觸點(diǎn)1～2、5～6、9～10接通；在右側(cè)660V位置時(shí)，觸點(diǎn)3～4、7～8、11～12接通。

圖1 電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)邏輯關(guān)系圖

如圖2，電壓等級轉(zhuǎn)換開關(guān)（1）連接控制變壓器（2）的輸入側(cè)的380V端子和660V端子，控制變壓器（2）的輸出側(cè)端子通過電壓等級轉(zhuǎn)換開關(guān)（1）的觸點(diǎn)分別連接660V控制接觸器（3）和380V控制接觸器（4）的控制線圈；660V控制接觸器（3）的主觸點(diǎn)輸入側(cè)接電源，其輸出側(cè)接660V變380V變壓器（8）；380V控制接觸器（4）的輸入側(cè)接電源，輸出側(cè)與660V變380V變壓器（8）的輸出側(cè)并聯(lián)，給電機(jī)M2（6）、電機(jī)M3（7）以及系統(tǒng)的控制回路供電。當(dāng)供電電壓是380V時(shí)，通電前，電壓等級轉(zhuǎn)換開關(guān)（1）轉(zhuǎn)到左側(cè)380V指示位置，此時(shí)控制變壓器（2）輸入側(cè)380V通電，輸出側(cè)的380V控制接觸器（4）線圈得電，其主觸點(diǎn)閉合，給電機(jī)M2（6）、電機(jī)M3（7）以及系統(tǒng)的控制回路直接接通電源電壓380V。此時(shí)主電機(jī)（5）啟動(dòng)時(shí)，首先星形接觸器（9）、和主接觸器（11）接通，延時(shí)數(shù)秒后，星形接觸器（9）斷電，角型接觸器（10）通電，電機(jī)持續(xù)運(yùn)行。當(dāng)供電電壓是660V時(shí)，通電前，電壓等級轉(zhuǎn)換開關(guān)（1）轉(zhuǎn)到右側(cè)660V指示位置，此時(shí)控制變壓器（2）輸入側(cè)660V通電，輸出側(cè)的660V控制接觸器（3）線圈得電，其主觸點(diǎn)閉合，660V變380V變壓器（8）的輸入側(cè)接通660V電源電壓，輸出側(cè)提供380V給電機(jī)M2（6）、電機(jī)M3（7）以及系統(tǒng)的控制回路直接接通電源電壓380V。此時(shí)主電機(jī)（5）啟動(dòng)時(shí)，始終保持星形接觸器（9）、和主接觸器（11）接通，并持續(xù)運(yùn)行。

圖2 電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)示意圖

要特別強(qiáng)調(diào)的是，在送電前，務(wù)必確認(rèn)電壓切換開關(guān)的位置是否與系統(tǒng)電壓一致，否則會(huì)造成電機(jī)等電氣件燒毀的嚴(yán)重事故。

3 結(jié)語

通過本文的分析可以看出，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本方案的有益效果是：在交流額定電壓380V和660V兩種供電環(huán)境中工作時(shí)，不再需要靠人工來切換電機(jī)接線端子的星形和角型接線方式，而只需要通過一個(gè)電壓等級切換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，大大提高了工作效率。