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        礦井排水設(shè)備的電氣控制選擇分析

        2015-04-29 00:00:00曹德元

        【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(shí)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(gè)很重要的問(wèn)題。要求排水設(shè)備的電力拖動(dòng)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(dòng);電氣控制

        排水設(shè)備的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)屬長(zhǎng)時(shí)恒載工作方式對(duì)調(diào)速無(wú)需特殊要求,也不做頻繁啟動(dòng),而且啟動(dòng)后負(fù)載比較穩(wěn)定,因此排水設(shè)備多采用鼠籠型電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量較小時(shí),可采用直接啟動(dòng)控制;當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量較大時(shí),通常采用電抗器或自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)方式或采用軟啟動(dòng)方式控制。對(duì)排水設(shè)備采用軟啟動(dòng)方式控制進(jìn)行分析。

        1.排水設(shè)備的軟啟動(dòng)電控設(shè)備原理

        軟啟動(dòng)器控制是將電力電子技術(shù)與自動(dòng)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(dòng)機(jī)之間。設(shè)備啟動(dòng)時(shí),由電子控制電路控制可控硅的導(dǎo)通角,使加在電動(dòng)機(jī)端的電壓由低到高逐漸升高,電動(dòng)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(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)。設(shè)備停機(jī)時(shí),則控制可控硅的關(guān)斷速度使電動(dòng)機(jī)的端電壓由全電壓逐漸下降至零,實(shí)現(xiàn)軟停車(chē)。

        在使用過(guò)程中軟啟動(dòng)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(dòng)電控設(shè)備已經(jīng)成為大、中型電動(dòng)機(jī)的主流設(shè)備。在電網(wǎng)容量小、電動(dòng)機(jī)功率較大時(shí)或需要軟啟動(dòng)的場(chǎng)合,應(yīng)首選軟啟動(dòng)電控設(shè)備。

        2.軟啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

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

        3.軟啟動(dòng)的分類(lèi)

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

        (2)階躍恒流啟動(dòng):?jiǎn)?dòng)一開(kāi)始在極短的時(shí)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(dòng);適用于,輕度時(shí)靜摩擦力距較大的場(chǎng)合。

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

        (4)恒流軟啟動(dòng)啟動(dòng)時(shí),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(dòng)結(jié)束;這種方式應(yīng)用范圍較為廣泛。

        4.軟啟動(dòng)設(shè)備控制停車(chē)

        電動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí),控制晶閘管導(dǎo)角以一定的斜率減小,使電動(dòng)機(jī)端電壓逐漸下降至零,減緩電動(dòng)機(jī)停車(chē)時(shí)對(duì)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(chē)時(shí)間為0—60s。

        5.軟啟動(dòng)的應(yīng)用范圍

        (1)將斷路器、軟啟動(dòng)器、旁路接觸器和控制電路組成電動(dòng)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(dòng)機(jī)運(yùn)行期間,電動(dòng)機(jī)直接與電網(wǎng)相連,無(wú)諧波;旁路接觸器還可以作為一種備用控制。

        (2)軟停車(chē)在泵類(lèi)負(fù)載系統(tǒng)中,停車(chē)時(shí)軟啟動(dòng)器由大到小逐漸減小晶閘管的導(dǎo)通角,使被控電動(dòng)機(jī)端電壓緩緩下降,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有一個(gè)逐漸降低的過(guò)程,這樣就避免管路里流體動(dòng)量的急劇變化,抑制“水錘”效應(yīng)。

        (3)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)無(wú)觸電電子開(kāi)關(guān)。軟啟動(dòng)器串接于供電電源與被控電動(dòng)機(jī)之間,當(dāng)晶閘管全導(dǎo)通時(shí),電動(dòng)機(jī)得到全電壓,晶閘管關(guān)斷時(shí)電動(dòng)機(jī)被切斷電源,其作用類(lèi)似于一個(gè)無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)。

        (4)軟啟動(dòng)器與PC結(jié)合組成復(fù)合功能:以一臺(tái)PC控制器與兩臺(tái)或多臺(tái)軟啟動(dòng)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(shí)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟停車(chē),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(shí)排水量不大,僅要求少量排水泵投入時(shí),有時(shí)則要求根據(jù)水位,逐級(jí)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(jí)減少排水水泵的數(shù)量。

        6.軟啟動(dòng)器與變頻控制器的差異

        軟啟動(dòng)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(dòng)器高,變頻控制器可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速,目前市場(chǎng)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(wú)論是交—直—交還是交—交變頻,在使用過(guò)程中始終產(chǎn)生諧波,影響對(duì)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(kāi),再合上旁路接觸器,否則會(huì)燒毀變頻器的執(zhí)行元件,這樣電機(jī)短時(shí)間內(nèi)會(huì)經(jīng)歷全電壓—斷電—全電壓的再啟動(dòng)過(guò)程,對(duì)穩(wěn)定性要求較高的場(chǎng)合是不適應(yīng)的。

        軟啟動(dòng)控制器的成本要比變頻控制器低一些,它僅在啟動(dòng)與停車(chē)時(shí)投入運(yùn)行使用,啟動(dòng)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(wèn)題。啟動(dòng)結(jié)束,晶閘管全導(dǎo)通,相當(dāng)于一個(gè)電子開(kāi)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(méi)有問(wèn)題,電機(jī)不存在瞬間斷電的問(wèn)題。

        通過(guò)對(duì)比軟啟動(dòng)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(dòng)和停車(chē)過(guò)程中對(duì)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(duì)電網(wǎng)的沖擊;消除設(shè)備在啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)的沖擊,降低啟動(dòng)電流降低因啟動(dòng)電流過(guò)大而造成的電網(wǎng)壓降。

        (3)使用簡(jiǎn)單方便;該裝置是一個(gè)完整的電動(dòng)機(jī)電氣控制和保護(hù)系統(tǒng),安裝時(shí)只需連接電源線和電動(dòng)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(wú)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(guò)液晶顯示器顯示能準(zhǔn)確的將故障顯示和檢測(cè)。

        (5)功能可靠、保護(hù)齊全;保護(hù)范圍有過(guò)載、欠載、過(guò)壓、欠壓、電壓不平衡、失速、過(guò)熱等保護(hù);還對(duì)系統(tǒng)電壓、電流、功率因數(shù)、運(yùn)行時(shí)間、耗電量進(jìn)行檢測(cè),并通過(guò)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(dòng)控制外,還可在工礦的大、中型設(shè)備中作為電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)控制;由于該控制系統(tǒng)中裝有用于直接啟動(dòng)的真空接觸器,在軟啟動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),可轉(zhuǎn)換為手動(dòng)控制。 [科]

        【參考文獻(xiàn)】

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

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

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