朱榮貴

(大同煤礦集團 云岡礦，山西 大同 037003)

隨著煤炭企業(yè)的迅速發(fā)展，對現(xiàn)代化煤礦的要求越來越高，但事實上現(xiàn)代煤礦使用的電動機與拖纜系統(tǒng)等機電設備多數(shù)還處于非經(jīng)濟運行狀況，這樣的情況不僅僅對電能是較大的浪費，縮短了機電設備的使用壽命，同時降低了煤礦的生產(chǎn)效率。這就要求煤礦相關機電設備安裝軟啟動裝置，實現(xiàn)各設備電機的軟啟動，不僅能提高機電設備的工作效率，還能降低電動機在啟動過程中對電網(wǎng)的沖擊影響。

1 軟啟動裝置的應用研究

1.1 軟啟動裝置的工作機理及性能分析

1.1.1 工作機理

由相關計算公式可知，電動機的轉矩與定子端的電壓的平方成正比，其電流與定子端的電壓也成正比。由此可分析出:一般情況下，對轉矩以及啟動電流的控制是通過電壓控制來實現(xiàn)的，同時可以通過控制可控硅的導通角來實現(xiàn)對電壓的控制。

軟啟動裝置的主回路示意圖見圖1，由圖1 可知，要實現(xiàn)電動機的軟啟動及保護功能，需利用全數(shù)字的控制技術，對電機端電壓與電流進行有效的控制。

圖1 軟啟動裝置主回路示意圖

在正常工作過程中，軟啟動裝置接收到相應信號后，在已設定好的參數(shù)條件下，通過控制可控硅的導通角，使得電動機按設定模式平滑啟動。當啟動工作完成后，旁路真空接觸器通過接收控制器發(fā)出的信號進行閉合，達到減小設備損耗的目的。其中，裝置內的微處理器通過對運行參數(shù)的監(jiān)視，達到對各類故障進行全程保護的目的。

當需要停車時，真空接觸器在接收到停車信號后自動先行斷開，實現(xiàn)軟停車。

1.1.2 主要性能特點

軟啟動裝置通過本身選用的16 位單片機微處理技術與電力控制技術，完成了交流電機的軟啟動與停止，達到了消除電子沖擊與延長設備使用壽命的目的。其中電機保護部分的主體一般采用特殊的抗干擾措施來保護相應的單元，使得電機綜合保護裝置具有較好的過載保護、過流保護及斷相等保護功能。

1.2 軟啟動裝置的組成特點

現(xiàn)代煤礦使用的本安型電動機的軟啟動裝置一般采用的外殼設計是快開門式，防爆機芯為手車式。選擇這樣的結構是為了維護及維修軟啟動器，提高煤礦機電設備的工作效率。

1.2.1 防爆外殼的設計特點

機電設備防爆外殼主要由上下兩部分組成:上部分為接線腔，下部分為主腔與快開門結構，其中上腔與下腔之間用隔板隔離。接線腔內包括3 個主回路的進線電源線柱，兩個控制線接線端子。主回路電纜通過引入裝置接入外殼，并且在兩側均有一個控制線的進線裝置，其中引入的電纜其外徑為d12.9 mm。

需要開門時，將外殼右側的聯(lián)鎖桿旋入，將門手柄左轉，門向右平移脫開卡板后打開。為了安全，隔離開關與門之間有可靠的機械連鎖，因此，只有將隔離開關位于分斷位置，門才能打開。門打開以后，不能直接合上隔離開關。隔爆外殼右側裝有隔離開關的手柄，該手柄有正向、停止、反向3 個位置。其中隔離開關與主開關之間的聯(lián)鎖方式通過隔離開關的輔助觸點來實現(xiàn)。

此裝置及啟動方式使隔離開關不會在正常情況下帶負荷分斷，特殊情況下隔離開關可以帶負荷切斷電源。

1.2.2 軟啟動裝置的構成

機芯小車是軟啟動裝置設計的核心部件，其中主電路與軟啟動器的構成器件裝在該裝置上。機芯小車上主要安裝的構件有:真空接觸器、電源的變壓器、同步的變壓器、隔離換相開關、主電路的插板、啟動的轉化開關、過流、漏電、停止以及復位按鈕、控制變壓器、中間的繼電器、軟啟動控制裝置、晶體管等。當軟啟動裝置隔爆外殼的門被打開后，擰開固定螺釘，拆下接線板上接插件與進出電源線后，整個機芯便可以拉出箱體，為檢修及維護帶來方便。

1.3 軟啟動裝置的優(yōu)點

1)采用雙向可控硅啟動電機，當啟動完成后，為了避免直接用接觸器控制電動機造成其觸點易粘連及燒壞等故障，需在啟動完成后，選用接觸器短接可控硅的工作方式，該方式可節(jié)約大量的能源。

2)沒有沖擊電流，利用軟啟動裝置啟動機電設備的電機時，電機的啟動電流緩慢上升至設定值，這是逐漸增大的晶閘管導通角所造成的。無沖擊式的啟動可以提高供電的可靠性，減少對負載機械的沖擊并延長其使用壽命。

3)實現(xiàn)軟停車功能，例如:平滑減速、逐漸停機、降低機械應力等，這些功能均能延長發(fā)電設備及傳動系統(tǒng)的使用壽命。

4)軟啟動裝置中設置的相關參數(shù)具有可調功能，現(xiàn)場工作中可以根據(jù)負載情況自由無級地調整到最優(yōu)的啟動電流。

2 軟啟動裝置在煤礦的適用型分析

以同煤集團云岡礦以及吳官屯煤礦的礦用本安型機電設備使用情況為背景，綜上分析可知，煤礦電機設備對安全高效生產(chǎn)的影響主要是由以下兩種情況:

1)現(xiàn)階段煤礦使用的機電設備的電機存在沒有安裝軟啟動設備的狀況，當直接啟動機電設備時，啟動電機的電流相對較大，使得電網(wǎng)的電壓降低，這就必然會影響到同一電路下其他機電設備的正常運行，還可能會出現(xiàn)欠壓保護的狀況，使該機電設備自我保護跳閘。除此之外，直接啟動時，過大的電流使得電機容易發(fā)熱，影響其運行壽命。同時，直接啟動時沖擊轉矩也較大，會造成電動機的端環(huán)斷裂和定子端部的絕緣磨損嚴重，最終造成電機燒壞，嚴重影響機電設備的正常運行。

2)對于安裝降壓啟動裝置的機電設備，其降壓啟動方式一般采用的是傳統(tǒng)的自耦減壓啟動以及電抗啟動等方式。傳統(tǒng)的降壓啟動方式均屬于有級減壓啟動，這樣的減壓啟動過程會出現(xiàn)二次沖擊電流，因此，該啟動方式存在明顯的缺點。

為了保證礦用機電設備在條件惡劣的井下環(huán)境中能夠安全運行，配備的大容量電氣設備必須安裝軟啟動裝置，尤其對關系到人員生命安全的部分設備，例如瓦斯抽放、排水等都需要安裝大容量的電氣設備保證整個工作面各設備的正常運行。煤礦井下運輸?shù)母鳁l路線中，考慮到運輸路線距離遠、巷道有角度等問題，運輸設備安設軟啟動裝置，保證了該設備的緩慢啟動。此外，還有一種電子式的軟啟動裝置，該裝置除能實現(xiàn)軟啟動的功能外，還擁有較多的保護功能，例如過流、短路以及三相電流不平衡等事故需要啟動電子式軟啟動裝置進行保護，在節(jié)省投入的基礎上，還能給操作維護帶來方便?，F(xiàn)代煤礦使用的600VCMC 型軟啟動器，經(jīng)生產(chǎn)實踐可知，該裝置具有電壓斜坡啟動、限流啟動以及突跳轉矩啟動等功能，較適應井下環(huán)境。

3 結 論

現(xiàn)代煤礦使用的具有隔爆功能的本安型軟啟動裝置，在發(fā)展中功能逐漸完善。該裝置在現(xiàn)場工作中具有可靠性高與維護量小等優(yōu)點，對電動機的保護功能也逐漸齊全，軟啟動裝置將會在現(xiàn)代化煤礦企業(yè)生產(chǎn)中應用越來越廣。

［1］ 煤炭科學研究總院撫順分院，南陽防爆電氣研究所，徐州煤礦機械廠，等.GB/T 5590 -2008 礦用隔爆型電磁啟動器［S］.北京:中國標準出版社，2011:17 -18.

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［4］ 傅豐禮，唐教鎬.異步電動機設計手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2001:58 -70.

［5］ 黃國治，傅豐禮.中小型旋轉電機設計手冊［M］.北京:中國電力出版社，2007:10 -50.

［6］ 張 剛.煤礦井下本質安全電氣系統(tǒng)設計及技術發(fā)展［J］.工況自動化，2012(9):26 -34.