本安型交流电机中软启动装置的应用

2014-01-13朱荣贵

山西焦煤科技 2014年1期

朱荣贵

(大同煤矿集团云冈矿，山西大同 037003)

随着煤炭企业的迅速发展，对现代化煤矿的要求越来越高，但事实上现代煤矿使用的电动机与拖缆系统等机电设备多数还处于非经济运行状况，这样的情况不仅仅对电能是较大的浪费，缩短了机电设备的使用寿命，同时降低了煤矿的生产效率。这就要求煤矿相关机电设备安装软启动装置，实现各设备电机的软启动，不仅能提高机电设备的工作效率，还能降低电动机在启动过程中对电网的冲击影响。

1 软启动装置的应用研究

1.1 软启动装置的工作机理及性能分析

1.1.1 工作机理

由相关计算公式可知，电动机的转矩与定子端的电压的平方成正比，其电流与定子端的电压也成正比。由此可分析出:一般情况下，对转矩以及启动电流的控制是通过电压控制来实现的，同时可以通过控制可控硅的导通角来实现对电压的控制。

软启动装置的主回路示意图见图1，由图1 可知，要实现电动机的软启动及保护功能，需利用全数字的控制技术，对电机端电压与电流进行有效的控制。

图1 软启动装置主回路示意图

在正常工作过程中，软启动装置接收到相应信号后，在已设定好的参数条件下，通过控制可控硅的导通角，使得电动机按设定模式平滑启动。当启动工作完成后，旁路真空接触器通过接收控制器发出的信号进行闭合，达到减小设备损耗的目的。其中，装置内的微处理器通过对运行参数的监视，达到对各类故障进行全程保护的目的。

当需要停车时，真空接触器在接收到停车信号后自动先行断开，实现软停车。

1.1.2 主要性能特点

软启动装置通过本身选用的16 位单片机微处理技术与电力控制技术，完成了交流电机的软启动与停止，达到了消除电子冲击与延长设备使用寿命的目的。其中电机保护部分的主体一般采用特殊的抗干扰措施来保护相应的单元，使得电机综合保护装置具有较好的过载保护、过流保护及断相等保护功能。

1.2 软启动装置的组成特点

现代煤矿使用的本安型电动机的软启动装置一般采用的外壳设计是快开门式，防爆机芯为手车式。选择这样的结构是为了维护及维修软启动器，提高煤矿机电设备的工作效率。

1.2.1 防爆外壳的设计特点

机电设备防爆外壳主要由上下两部分组成:上部分为接线腔，下部分为主腔与快开门结构，其中上腔与下腔之间用隔板隔离。接线腔内包括3 个主回路的进线电源线柱，两个控制线接线端子。主回路电缆通过引入装置接入外壳，并且在两侧均有一个控制线的进线装置，其中引入的电缆其外径为d12.9 mm。

需要开门时，将外壳右侧的联锁杆旋入，将门手柄左转，门向右平移脱开卡板后打开。为了安全，隔离开关与门之间有可靠的机械连锁，因此，只有将隔离开关位于分断位置，门才能打开。门打开以后，不能直接合上隔离开关。隔爆外壳右侧装有隔离开关的手柄，该手柄有正向、停止、反向3 个位置。其中隔离开关与主开关之间的联锁方式通过隔离开关的辅助触点来实现。

此装置及启动方式使隔离开关不会在正常情况下带负荷分断，特殊情况下隔离开关可以带负荷切断电源。

1.2.2 软启动装置的构成

机芯小车是软启动装置设计的核心部件，其中主电路与软启动器的构成器件装在该装置上。机芯小车上主要安装的构件有:真空接触器、电源的变压器、同步的变压器、隔离换相开关、主电路的插板、启动的转化开关、过流、漏电、停止以及复位按钮、控制变压器、中间的继电器、软启动控制装置、晶体管等。当软启动装置隔爆外壳的门被打开后，拧开固定螺钉，拆下接线板上接插件与进出电源线后，整个机芯便可以拉出箱体，为检修及维护带来方便。

1.3 软启动装置的优点

1)采用双向可控硅启动电机，当启动完成后，为了避免直接用接触器控制电动机造成其触点易粘连及烧坏等故障，需在启动完成后，选用接触器短接可控硅的工作方式，该方式可节约大量的能源。

2)没有冲击电流，利用软启动装置启动机电设备的电机时，电机的启动电流缓慢上升至设定值，这是逐渐增大的晶闸管导通角所造成的。无冲击式的启动可以提高供电的可靠性，减少对负载机械的冲击并延长其使用寿命。

3)实现软停车功能，例如:平滑减速、逐渐停机、降低机械应力等，这些功能均能延长发电设备及传动系统的使用寿命。

4)软启动装置中设置的相关参数具有可调功能，现场工作中可以根据负载情况自由无级地调整到最优的启动电流。

2 软启动装置在煤矿的适用型分析

以同煤集团云冈矿以及吴官屯煤矿的矿用本安型机电设备使用情况为背景，综上分析可知，煤矿电机设备对安全高效生产的影响主要是由以下两种情况:

1)现阶段煤矿使用的机电设备的电机存在没有安装软启动设备的状况，当直接启动机电设备时，启动电机的电流相对较大，使得电网的电压降低，这就必然会影响到同一电路下其他机电设备的正常运行，还可能会出现欠压保护的状况，使该机电设备自我保护跳闸。除此之外，直接启动时，过大的电流使得电机容易发热，影响其运行寿命。同时，直接启动时冲击转矩也较大，会造成电动机的端环断裂和定子端部的绝缘磨损严重，最终造成电机烧坏，严重影响机电设备的正常运行。

2)对于安装降压启动装置的机电设备，其降压启动方式一般采用的是传统的自耦减压启动以及电抗启动等方式。传统的降压启动方式均属于有级减压启动，这样的减压启动过程会出现二次冲击电流，因此，该启动方式存在明显的缺点。

为了保证矿用机电设备在条件恶劣的井下环境中能够安全运行，配备的大容量电气设备必须安装软启动装置，尤其对关系到人员生命安全的部分设备，例如瓦斯抽放、排水等都需要安装大容量的电气设备保证整个工作面各设备的正常运行。煤矿井下运输的各条路线中，考虑到运输路线距离远、巷道有角度等问题，运输设备安设软启动装置，保证了该设备的缓慢启动。此外，还有一种电子式的软启动装置，该装置除能实现软启动的功能外，还拥有较多的保护功能，例如过流、短路以及三相电流不平衡等事故需要启动电子式软启动装置进行保护，在节省投入的基础上，还能给操作维护带来方便。现代煤矿使用的600VCMC 型软启动器，经生产实践可知，该装置具有电压斜坡启动、限流启动以及突跳转矩启动等功能，较适应井下环境。