電氣控制技術(shù)與PLC第2教學(xué)作者徐文尚第三章煤礦典型固定設(shè)備電氣控制

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本章著重介紹應(yīng)用開關(guān)電器、主令電器、接觸器、繼電器、斷路器、熔斷器的煤礦通風(fēng)、壓風(fēng)、排水、提升電氣控制方案、電路。介紹了煤礦通風(fēng)、壓風(fēng)、排水、提升等生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)要求、工藝流程、技術(shù)參數(shù)、工作特點，分析了排水設(shè)備中電動機定子串電抗啟動原理與實現(xiàn)，壓風(fēng)設(shè)備中電動機轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動原理與實現(xiàn)，著重介紹并要求學(xué)生掌握時間控制原則和電流時間混合控制原則在煤礦提升系統(tǒng)生產(chǎn)中的應(yīng)用原理、方法與實現(xiàn)。23.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制3.1.1主要通風(fēng)設(shè)備概述礦井通風(fēng)設(shè)備是煤礦重要的固定設(shè)備之一，其主要作用是將地面的新鮮空氣連續(xù)不斷地送入井下，保證井下空氣的含氧量，稀釋、排出爆炸性和有害氣體，調(diào)節(jié)井下所需的環(huán)境溫度和濕度，改善井下工作條件，保證礦井安全生產(chǎn)。因此，礦井通風(fēng)設(shè)備對煤礦生產(chǎn)有著重要意義。特別是對含有瓦斯的礦井，良好的通風(fēng)是防止瓦斯爆炸和安全生產(chǎn)的重要保證。井下工人需要在環(huán)境溫度低于25℃的條件下工作，才能安全生產(chǎn)并提高生產(chǎn)率。因此．新鮮空氣在礦井里是每時每刻都不可缺少的。按照通風(fēng)設(shè)備的工作介質(zhì)在通風(fēng)機中的運動情況，通風(fēng)設(shè)備分為離心式通風(fēng)設(shè)備和軸流式通風(fēng)設(shè)備兩大類，二者的區(qū)別在于離心式通風(fēng)設(shè)備其風(fēng)流沿通風(fēng)機葉輪的軸向進(jìn)入并沿徑向流出，而軸流式通風(fēng)設(shè)備的風(fēng)流則沿通風(fēng)機葉輪的軸向進(jìn)入并沿軸向流出。33.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制1.主要通風(fēng)機電力拖動的特點和要求1)通風(fēng)設(shè)備電力拖動的特點礦井通風(fēng)條件的變化是緩慢的。主通風(fēng)機一般不需要調(diào)速，并且是夜以繼日地工作，啟動和停車次數(shù)極少，而且不需反向。根據(jù)這一特點，主通風(fēng)機宜采用同步電動機，這樣可提高全礦供電電力網(wǎng)的功率因數(shù)。當(dāng)所需電動機的功率較小，產(chǎn)品中又無這種同步電動機時，亦可采用鼠籠式異步電動機或繞線式異步電動機。礦井通風(fēng)設(shè)備所使用的電動機：礦山主通風(fēng)機和輔助通風(fēng)機（或稱分區(qū)通風(fēng)機）均設(shè)置于地面，可用一般構(gòu)造的電動機。在有瓦斯或煤塵爆炸危險的礦井，則在擴散器和風(fēng)道保證不漏氣的情況下，或風(fēng)機與電動機之間有防火墻隔絕的條件下，也可采用一般構(gòu)造的電動機。否則，必須采用隔爆型的電動機和隔爆型的電氣設(shè)備。43.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制在礦井通風(fēng)設(shè)備的電力拖動中，根據(jù)不同功率，使用不同的單機型號。當(dāng)功率為100~150KW時，可以采用低壓鼠籠式異步電動機。當(dāng)功率為150~350KW時，可以采用低壓同步電動機，其電壓為380V。當(dāng)功率高于350KW以上時，可采用高壓同步電動機，其電壓為6KV。當(dāng)通風(fēng)機需要調(diào)速時，可選用繞線式電動機，并采用相應(yīng)的控制電路，以滿足通風(fēng)機的調(diào)速要求。2)對礦井通風(fēng)設(shè)備電氣控制的要求礦井通風(fēng)設(shè)備是煤礦最主要的用電設(shè)備。為適應(yīng)礦井通風(fēng)技術(shù)的發(fā)展，提高通風(fēng)設(shè)備運轉(zhuǎn)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，保證礦井生產(chǎn)的安全，礦井通風(fēng)設(shè)備的電氣控制應(yīng)能完成以下要求：(1)應(yīng)能保證風(fēng)機遠(yuǎn)動化和自動化的啟動和停止，以及同步電動機的自動投入勵磁；(2)當(dāng)工作的風(fēng)機發(fā)生故障時，能自動停車，并能自動啟動備用通風(fēng)機和打開相應(yīng)的風(fēng)門；53.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制(3)應(yīng)能保證遠(yuǎn)距離操縱反風(fēng)裝置進(jìn)行反風(fēng)；(4)遠(yuǎn)距離監(jiān)視通風(fēng)機工作情況(風(fēng)量、負(fù)壓、各軸承溫度、電動機的情況、反風(fēng)門的位置等)，當(dāng)工作不正常時，發(fā)出信號自動停車；(5)應(yīng)有較完備的信號監(jiān)視和故障警報系統(tǒng)。要達(dá)到上述各項要求，需要合理地選擇通風(fēng)機的電氣控制系統(tǒng)，正確地選擇各種電器和儀表。自動地、及時地調(diào)節(jié)主通風(fēng)機的風(fēng)量，在保證礦井大氣條件和安全生產(chǎn)的前提下，實現(xiàn)通風(fēng)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運轉(zhuǎn)。因此，現(xiàn)代化礦井通風(fēng)設(shè)備的控制系統(tǒng)必須向著綜合自動化方向發(fā)展。63.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制2.常用通風(fēng)機的技術(shù)特征礦用離心式通風(fēng)機主要有4-72-11型、G4-73-11型和K4-73-01型，前兩種多用于中、小型礦井，后者常用于大型礦井。常用的軸流式通風(fēng)機有FBCZ和FBCDZ系列。FBCZ系列通風(fēng)機為單級防爆式，是根據(jù)中、小型煤礦通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)計的，適用于通風(fēng)阻力較小的中、小型各類礦井；FBCDZ系列通風(fēng)機是雙葉輪對旋防爆式，是根據(jù)大、中型礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)計的，適用于通風(fēng)阻力較大的大、中型各類礦井。73.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制3.1.2通風(fēng)機常用電氣控制舉例煤礦主要通風(fēng)機房均設(shè)有兩套同等能力的通風(fēng)機及其傳動電動機，通常需設(shè)置兩套獨立的電控設(shè)備。其中一套工作，一套備用，并且能在十分鐘內(nèi)完成工作風(fēng)機和備用風(fēng)機的倒換以及反風(fēng)操作。專為風(fēng)機節(jié)能運行而設(shè)的調(diào)速裝置可為兩套風(fēng)機所共有，但需同時備有安全可靠、便于操作的切換設(shè)備?，F(xiàn)有的各種標(biāo)準(zhǔn)化高、低壓配電通用產(chǎn)品，既可用作通風(fēng)機房的高、低壓配電設(shè)備，又可用作通風(fēng)機的電控設(shè)備。對于使用高壓電動機的通風(fēng)機房，可選用XGN-10型、KGN-10型及GG-1A型等固定式開關(guān)柜或KYN-10型、JYN2-10型等移開式開關(guān)柜。對于低壓籠型電動機，各種固定式、抽屜式低壓配電柜，TP系列通用控制屏及GCK-1系列電動機控制中心，JK型交流低壓電控設(shè)備等均可選用。83.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制其中有些產(chǎn)品系列還有實現(xiàn)鼠籠型電動機降壓啟動以及電動機可逆運轉(zhuǎn)、繞線型異步電動機利用頻敏電阻器啟動等功能。為實現(xiàn)鼠籠型電動機的降壓啟動、繞線型電動機的啟動及電動機的可逆運轉(zhuǎn)，可根據(jù)生產(chǎn)實際選用其中一種啟動控制設(shè)備使用。作為教材，僅介紹幾種通風(fēng)機啟動電控設(shè)備及其工作原理，以期取得舉一反三之效。1.鼠籠型電動機降壓啟動控制設(shè)備1)JJ1系列自耦減壓啟動拒JJI系列自耦減壓啟動柜作為交流電壓為380~660V，功率為11~315KW的三相鼠籠型電動機降壓啟動控制設(shè)備，可使電動機自動加速到滿速。裝置設(shè)有電動機的短路、過載、欠壓以及防止單相運轉(zhuǎn)等保護(hù)。從降壓啟動到全壓運行之間的轉(zhuǎn)換，采用DJ1-A型電流-時間轉(zhuǎn)換裝置實現(xiàn)電流和時間的雙重控制。93.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制自耦變壓器降壓啟動控制是利用特制的三相自耦變壓器降壓啟動電動機。自耦變壓器備有不同的電壓抽頭，根據(jù)電機容量、轉(zhuǎn)矩和啟動要求而選擇使用，例如可設(shè)為電源電壓的73%，64％和55％等。自耦變壓器降壓啟動繼電器控制線路如圖3-1所示。其工作過程如下：合上開關(guān)QS，按下SB2按鈕，KM1線圈得電，其主觸點吸合，接通自耦變壓器TC，使電動機定子繞組串入自耦變壓器而降壓啟動。其輔助動合觸點KM1閉合，分別起自保、接通指示燈HL2的作用。KM1的輔助動斷觸點斷開指示燈HL1和KM2線圈回路，以確保KM2不得電。KM1得電的同時，接通時間繼電器KT，KT得電后延時△t，此時電動機M已接近額定轉(zhuǎn)速，KT延時動合觸點閉合，使中間繼電器KA得電并自鎖，其動斷觸點斷開使KM1斷電，其與自耦變壓器相聯(lián)的主觸點斷開，切除自耦變壓TC，同時也使時間繼電器KT失電，其延時動合觸點瞬時從閉合狀態(tài)被打開，但由于KA的輔助動合觸點閉合而自保，維持其動合觸點吸合，動斷觸點打開。10圖3-1自耦變壓器降壓啟動繼電控制線路圖113.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制KM1得電的同時，接通時間繼電器KT，KT得電后延時△t，此時電動機M已接近額定轉(zhuǎn)速，KT延時動合觸點閉合，使中間繼電器KA得電并自鎖，其動斷觸點斷開使KM1斷電，其與自耦變壓器相聯(lián)的主觸點斷開，切除自耦變壓TC，同時也使時間繼電器KT失電，其延時動合觸點瞬時從閉合狀態(tài)被打開，但由于KA的輔助動合觸點閉合而自保，維持其動合觸點吸合，動斷觸點打開。由于KA的得電，在使KM1釋放的同時，使KM2得電，KM2主觸點接入主電路，使電動機全壓投人運行。KA的輔助動斷觸點斷開，KM1的輔助觸點動合、動斷觸點復(fù)原，指示燈HL2熄滅、HL1發(fā)光，KM2的輔助動合觸點閉合，接通指示燈HL3。當(dāng)電動機達(dá)到穩(wěn)定運行時，由于KM2、KA吸合；KT和KM1處于斷電狀態(tài)。當(dāng)按下停止按鈕SB1時使KM2、KA失電，電機停轉(zhuǎn)。電動機的短路保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)如前所述。2)QJ3型降壓啟動器123.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制常用的QJ3型啟動補償器電氣原理如圖3-2所示。補償器由自耦變壓器、保護(hù)裝置、操作機構(gòu)和觸頭系統(tǒng)組成。其中觸頭部分浸在絕緣油中，以便觸頭分?jǐn)嚯娏鲿r產(chǎn)生的電弧能在油中冷卻、汽化而迅速熄滅。啟動器中的自耦變壓器有兩組抽頭，分別是65%UN、和80%UN，可根據(jù)電動機啟動時負(fù)載的大小選擇不同的啟動電壓。變壓器的繞組是按短時工作設(shè)計，一般規(guī)定在4h內(nèi)的電動機啟動時間不超過40~60s，否則變壓器將超過允許溫升而不能工作。啟動器內(nèi)有過載和欠壓兩種保護(hù)。過載保護(hù)的熱繼電器FR觸點串接在欠壓脫扣線圈KV回路中，當(dāng)電動機過載時，熱繼電器動作，其常閉觸點FR斷開，脫扣線圈失電，切斷電源停車；當(dāng)電源斷電或電壓低于規(guī)定值時，脫扣線圈動作，直接頂開主觸頭，電源恢復(fù)正常后，要重新啟動電動機。為避免誤操作使電動機全壓啟動，啟動器的操作手柄設(shè)有機械閉鎖裝置，保證電動機只有先經(jīng)過啟動階段，才能投入全壓運行。13圖3-2QJ3型自耦變壓器降壓啟動器控制電路圖143.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制啟動器停車時，按下停止按鈕SB，失壓脫扣線圈失電，銜鐵釋放，觸動開關(guān)連桿使操作手柄從運行位置自動跳回停止位置，電動機停車。QJ3型啟動器一般用于75KW以下的鼠籠型電動機啟動。153.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制2.高壓鼠籠型電動機電抗器啟動設(shè)備為減小啟動電流，還可以在電動機定子回路串入電阻或電抗器．以降低定子繞組電壓的方法來實現(xiàn)。在定子回路中串入電阻或電抗器時，由于電流會在電阻或電抗器上產(chǎn)生壓降，所以加在電動機定子繞組上的電壓會降低，從而可減小啟動電流。但是，這種啟動方法不僅會降低啟動轉(zhuǎn)矩，若采用定子繞組串電阻啟動，則啟動電流還會在電阻上產(chǎn)生較大的有功損耗，因此，串接電阻啟動多用于小容量電動機；對于容量較大的電動機，常采用串電抗器降壓啟動的方法。采用定子繞組串電抗器降壓啟動，不僅可以降低啟動電流，而且還能克服啟動電阻上電能損耗的缺點，所以對于大容量、高電壓電動機的啟動，如礦井排水、壓氣和通風(fēng)設(shè)備的拖動電動機（籠型電動機）常采用這種啟動方法。163.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制電抗器降壓啟動控制電路如圖3-3所示。它是用于6KV、1000KW以下鼠籠型電動機降壓啟動的QZO—6A型高壓綜合啟動器控制電路。電路中裝設(shè)氣冷式QKSQ型三相電抗器，并用電流繼電器自動控制啟動時間，用高壓交流接觸器短接電抗器。另外電路還設(shè)置了多種保護(hù)。首先需要說明的是，為了熟悉煤礦電控設(shè)備標(biāo)號習(xí)慣，圖3-3的電路標(biāo)示與本書第二章所介紹的不同之處是接觸器KM的輔助觸點與主觸點標(biāo)號有區(qū)別，主觸點標(biāo)號為KM，輔助觸點標(biāo)號分別予以編號如KM1、KM2、KM3等。本文在本案例分析過程中沿用煤礦編號方法，不作改動，也是一種可參考的標(biāo)注方式，敬請讀者留意。主電路由高壓隔離開關(guān)QS，SN1-10G型貧油斷路器QF，電流互感器TA1、TA2及三相電抗器L組成。17圖3-3QZO—6A型高壓綜合啟動器原理圖183.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制三相電流繼電器KI1作為TA1的負(fù)載，用于電動機啟動時間的控制；電流表PA可顯示電動機正常運行時的電流值；過電流繼電器KI2用于電動機的過電流保護(hù)。控制電路分兩部分，分別由兩路電源供電，一路由主電路的電壓互感器供電，另一路由專用電源供電。高壓油斷路器QF是帶有失壓脫扣裝置的手動開關(guān)，即當(dāng)脫扣線圈有電時才能合閘。合閘時，由手動操作帶動主觸頭先閉合，待斷路器手把合到底后，其輔助觸點才能動作，即主觸頭先于輔助觸點閉合。觸頭斷開時，可以手動操作，也可以通過脫扣線圈KV控制。當(dāng)KV失電時，由機械脫扣機構(gòu)將觸頭打開。電動機啟動前，先合上隔離開關(guān)QS和轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1、SA2、控制回路有電，綠色指示燈HG亮，電壓表PV指示工作電壓數(shù)值。因為KM3是接觸器KM的輔助常閉觸點，故同時脫扣線圈KV支路接通，允許油斷路器QF合閘。193.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制電動機啟動時，手動操作油斷路器QF合閘，電動機串接電抗器啟動。由于斷路器的輔助觸點QF0~QF4滯后于主觸頭動作，因而在此期間，較大的電動機啟動電流首先使三相電流繼電器KI1吸合，其常閉觸點KI1提前切斷接觸器KM支路。所以，當(dāng)油斷路器合閘時，不會因其輔助觸點QF4的閉合而使KM有電。油斷路器QF的其他輔助觸點動作將引起：(1)QF0打開，綠燈HG滅，表示電動機正在啟動；(2)QF1閉合，為紅燈HR亮做準(zhǔn)備；(3)QF2閉合，短接觸點KM3，保證KV的電流通路；(4)QF3打開，保證電動機在運行過程中脫扣線圈KR不被送電。203.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制電動機在啟動過程中，隨著轉(zhuǎn)速的升高電流逐漸降低，當(dāng)電流下降到繼電器KI1的釋放值時，三相電流繼電器KI1釋放，其常閉觸點KI1閉合，接觸器KM支路被接通。接觸器KM有電吸合，引起：(1)主觸頭KM閉合，短接電抗器L，電動機全壓運行；(2)觸點KM1閉合，紅色指示燈HR亮，表示電動機降壓啟動結(jié)束；(3)觸點KM2打開，電流表PA指示電動機在額定電壓運行時的工作電流；(4)觸點KM3打開，在完成電動機在啟動過程中KV支路的接通后再斷開，保證電動機過流時KV能斷電；(5)觸點KM4閉合，為解鎖脫扣線圈KR支路通電做準(zhǔn)備。213.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制2)電路保護(hù)啟動前，如果短接電抗器的接觸器主觸頭KM沒有斷開，其輔助觸點KM3為斷開狀態(tài)，失壓脫扣線圈KV支路不能接通，油斷路器就不能送電。在啟動過程中，若接觸器KM發(fā)生故障，經(jīng)1min還不能短接電抗器（紅燈不亮），此時必須按動停止按鈕SB，斷開脫扣線圈KV支路，使斷路器跳閘，切斷主電路，以防電抗器因長時通電而被燒壞。在運行過程中，為防止專用控制電源斷電，造成高壓接觸器KM主觸頭斷開，使主回路重新串入電抗器，引起電動機降壓運行，而損壞電抗器和電動機，在高壓接觸器中采用自動閉鎖裝置。即當(dāng)KM有電吸合后，接觸器將自動閉鎖此狀態(tài)，即使KM失電，其吸合時的狀態(tài)也不會改變，只有當(dāng)另一個解鎖脫扣線圈KR有電吸合時，KM的觸頭才能恢復(fù)原狀態(tài)。223.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制解鎖脫扣線圈KR吸合的條件是：該控制回路供電電壓正常，且油斷路器的QF3與接觸器的KM4閉合。即在電動機正常運行過程中（接觸器的KM4閉合），油斷路器跳閘時KR才有可能有電吸合。若油斷路器不跳閘，KR就不會有電，從而保證電動機在正常運行過程中，不會因KM失電而重新串入電抗器。另外，在電動機運行過程中，若專用控制電源出現(xiàn)故障時，KM的觸頭將保持吸合時的狀態(tài)，故主電路仍能正常運行。但停機后，因接觸器KM各觸頭狀態(tài)不變，其輔助觸點KM3為斷開狀態(tài)，故失壓脫扣線圈KV不能接通，而使油斷路器不能合閘。因此，必須找出控制電源故障，并排除后，解鎖脫扣線圈KR才能有電，才能使接觸器KM解鎖而恢復(fù)原態(tài)。233.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制3.繞線型異步電動機的啟動控制設(shè)備1)轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器的啟動器(1)GTT6121型啟動器電器原理GTT6121型啟動器電機轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器的啟動控制電路如圖3-4所示。該電路是GTT6121型啟動器，用于低壓繞線式電動機的不可逆控制。啟動前，首先閉合自動開關(guān)QS，主電路有電。閉合開關(guān)SA1，控制回路有電，綠色指示燈HG亮。啟動時，按下啟動按鈕SB1，接觸器KM1有電吸合，其主觸頭閉合，電動機轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器RF啟動，常開觸點KM1自保；常開觸點KM1閉合，紅色指示燈HR亮，表示電動機正在啟動。24圖3-4GTT6121型啟動器電器原理圖

(a)工作原理圖(b)機械特性示意圖253.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制接觸器KM1的觸點KM1閉合，時間繼電器KT有電，其常開觸點經(jīng)延時⊿t后閉合，接通中間繼電器KA，通過其常開觸點KA使接觸器KM2通電吸合，KM2的主觸頭閉合短接轉(zhuǎn)子繞組，切除頻敏變阻器。同時輔助觸點KM2打開，綠色指示燈HG滅，表示電動機降壓啟動結(jié)束進(jìn)入全壓運行狀態(tài)。停車時，按下停止按鈕2SB，接觸器KM1失電，主觸頭打開，電動機停轉(zhuǎn)。同時其他接觸器、繼電器及其觸點恢復(fù)原態(tài)，為下次啟動作準(zhǔn)備。主電路中的電流互感器二次側(cè)裝有指示電流表和用于電動機過載保護(hù)的熱繼電器。需要指出的是，由于電動機啟動電流較大，頻敏變阻器容易發(fā)熱，所以轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動方法，只能用于電動機的偶爾啟動。263.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制(2)KRG—6B型高壓綜合啟動裝置用于6kV、1000KW以下的大功率電動機，可采用KRG—6B型高壓綜合啟動裝置。其電氣原理如圖3-5所示。這種啟動器適用于水泵、空壓機等設(shè)備的輕載啟動，在頻敏變阻器完全冷卻的情況下，可連續(xù)啟動二次或三次，否則頻敏變阻器會因過熱而不能正常工作。啟動裝置的主電路包括高壓隔離開關(guān)QS和具有脫扣裝置的高壓油斷路器QF；電流互感器TA1二次以不完全星形方式接三相電流繼電器，KI1間接控制頻敏變阻器的切除；電流互感器TA2二次以兩相差接方式接過流繼電器，用于對電動機進(jìn)行過流保護(hù)；電壓互感器TV二次作為控制回路電源（沒有繪出），并接的電壓表PV用于顯示主電路工作電壓。27圖3-5KRG—6B型高壓啟動器電氣原理圖283.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制啟動前，首先閉合高壓隔離開關(guān)QS和轉(zhuǎn)換開關(guān)SA，控制回路有電，綠色指示HG亮。同時保護(hù)電路中的脫扣線圈KV有電吸合，允許合閘啟動電動機。啟動時，手動操作油開關(guān)QF，其主觸頭先于輔助觸點QF1~QF4動作，電動機轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動。較大的啟動電流使主回路的三相電流繼電器KI1吸合，其常閉觸點KI1打開，切斷接觸器KM電路，保證啟動過程中頻敏變阻器不被切除。待油開關(guān)操作手柄完全合上時，其輔助觸點才動作：QF1打開，綠燈HG滅，表示電動機正在啟動；QF2閉合．為紅燈HR亮作準(zhǔn)備；QF3閉合，短接KM常閉觸點，保證脫扣線圈在啟動瞬間的電流通路；QF4閉合，為接觸器KM通電作準(zhǔn)備。隨著電動機轉(zhuǎn)速升高，主電路電流下降到某一數(shù)值（一般為1.2倍的額定電流）時，三相電流繼電器KI1釋放，其常閉觸點閉合，使接觸器KM有電吸合．主觸頭KM閉合短接電動機轉(zhuǎn)子繞組，切除頻敏變阻器。同時常開觸點KM1閉合，紅色指示燈HR亮．表示電動機降壓啟動結(jié)束。293.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制在啟動過程中，如果接觸器KM發(fā)生故障，經(jīng)1min后紅色指示燈仍不亮，說明頻敏變阻器未被短接，這時必須按下停止按鈕SB，切斷脫扣線圈電路，使油開關(guān)跳閘，以避免頻敏變阻器長時間接在電路中而被燒壞。當(dāng)電動機發(fā)生過載或短路故障時，具有反時限保護(hù)的電流繼電器KI2動作，其常閉觸點KI2打開，脫扣線圈失電，油開關(guān)跳閘，起到保護(hù)作用。當(dāng)主電路電壓低于某一數(shù)值(欠壓)時，脫扣線圈因吸力不足而釋放．油開關(guān)跳閘或不能被送電。另外，該電路還設(shè)有限位開關(guān)SQ，其觸點串接在脫扣線圈回路中，當(dāng)啟動器箱蓋打開時，觸點斷開，油開關(guān)不能送電合閘，從而起到安全閉鎖作用（圖3-5中未畫出）。303.1礦井主要通風(fēng)設(shè)備控制保護(hù)電路中并聯(lián)觸點QF3和KM3的作用是：在電動機啟動前，先由常閉觸點KM3為脫扣線圈提供通路，若電網(wǎng)電壓正常，脫扣線圈吸合，允許油開關(guān)QF送電，否則油開關(guān)不能合閘送電；另外，當(dāng)接觸器觸頭KM因故沒有斷開，與其同軸的觸點KM3就不能閉合，脫扣線圈因送不上電而不能使油開關(guān)合閘送電，防止電動機不串頻敏變阻器而直接啟動。因而必須首先排除接觸器KM故障，才能使電動機正常啟動。停車時，可操作油開關(guān)手柄直接切斷電動機電源，或按動停止按鈕SB，通過脫扣線圈使油開關(guān)跳閘，電動機停轉(zhuǎn)。4.通風(fēng)機的軟啟動電控設(shè)備通風(fēng)機使用軟啟動設(shè)備進(jìn)行啟動控制可以消除設(shè)備在啟動和停車過程中對系統(tǒng)的機械沖擊，降低機械沖擊危害，消除設(shè)備在啟動過程中對電網(wǎng)的沖擊，降低啟動電流，降低因啟動電流過大而造成的電網(wǎng)壓降。通風(fēng)機軟啟動設(shè)備的選擇與使用參考本書第三節(jié)。313.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制3.2.1礦井空氣壓縮設(shè)備概述1.礦山壓氣系統(tǒng)的組成與作用現(xiàn)代工礦企業(yè)中，使用壓縮氣體的機器愈來愈多，例如：化工、石油、冶金、輕工、紡織及采礦等，許多工業(yè)中無不廣泛使用各種各樣的氣體壓縮機。因此，氣體壓縮機是近代工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的通用機器。壓縮空氣一直是礦山所采用的原動力之一，用以帶動鑿巖機、風(fēng)鎬及其他風(fēng)動機械進(jìn)行工作。由于像鑿巖機這類風(fēng)動工具的沖擊力強，適用于鉆削堅硬的巖石，而且風(fēng)動工具結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、操作方便，尤其在有瓦斯和煤塵爆炸危險的礦井里，使用這種動力比使用電力安全。雖然整個壓氣系統(tǒng)（包括壓縮空氣的生產(chǎn)和輸送，以及在風(fēng)動機具中的使用）的效率很低，成本較高，但在目前礦山采掘作業(yè)中，仍然普遍采用風(fēng)動工具來鑿巖和落煤。32礦山壓氣系統(tǒng)主要由拖動設(shè)備（一般用電動機），空氣壓縮機及其附屬裝置（包括濾風(fēng)器、儲氣罐、冷卻裝置等）和壓氣管道等組成，其組成示意圖如圖3-6所示?？諝鈮嚎s機的任務(wù)就是要安全、經(jīng)濟(jì)、可靠地產(chǎn)生足夠數(shù)量和壓力的空氣。礦山空壓機站一般都是設(shè)在井上，用管道把壓縮空氣送人井下，沿大巷，上、下山到工作面，帶動風(fēng)動工具工作（見圖3-6）。但在低沼氣礦井中，若送風(fēng)距離較長時，為節(jié)省鋼材，減少壓力損失，亦可在井下主要運輸巷道附近新鮮風(fēng)流通過的地方，設(shè)置空壓機站。1—電動機；2—空壓機；3—慮風(fēng)機；4—儲氣罐；5—管道；6—風(fēng)動工具圖3-6礦山壓縮空氣設(shè)備示意圖333.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制2.壓氣設(shè)備電力拖動的特點和要求壓氣設(shè)備的拖動電動機屬長時工作方式，無調(diào)速要求。當(dāng)排氣量不大時，可由異步電動機拖動；當(dāng)排氣量較大時，可采用同步電動機拖動。為保證空壓機運行可靠、安全，對于排氣量大的空氣壓縮機在運行過程中，其電力拖動控制有以下要求：(1)為保證空壓機的潤滑油壓、油溫在規(guī)定范圍內(nèi)，應(yīng)有相應(yīng)的保護(hù)措施。(2)空壓機的冷卻水不能出現(xiàn)間斷，應(yīng)有斷水保護(hù)。(3)應(yīng)密切監(jiān)視各級排氣溫度，以免超過規(guī)定范圍，要有溫度保護(hù)。(4)避免空壓機氣壓超過規(guī)定范圍，要有壓力保護(hù)。(5)空壓機必須實行空載啟動，以防止電動機過載等嚴(yán)重事故的發(fā)生。343.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制3.常用空氣壓縮機的電氣技術(shù)特征煤礦常用的空氣壓縮機是固定型二級雙缸復(fù)動水冷活塞式空氣壓縮機，按其高、低壓氣缸的排列方式，可分為L形和D形兩種。L形空壓機的高、低壓缸一個水平排列、一個垂直排列。它兼有立式和臥式的優(yōu)點，并用裝在曲軸上的平衡鐵進(jìn)行大部分或全部慣性力的平衡，因此可以制成較高的轉(zhuǎn)速。D形空壓機為對稱平衡式，其特點是氣缸水平布置在曲軸兩側(cè)，相對兩列的活塞力方向相反，能互相抵消，從而改善曲軸的受力狀況，可節(jié)省材料、減輕機體重量和降低制造成本。353.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制壓氣設(shè)備電力拖動裝置的基本形式是電動機。國產(chǎn)空氣壓縮機，當(dāng)其排氣量在40m3/min以下時多采用異步電動機拖動，電動機容量一般在200KW以下。當(dāng)排氣量在40m3/min以上時，同步、異步電動機均可采用。由于所需電動機容量較大，通常配備剛性連接、直聯(lián)拖動的低速同步電動機。尤其是大功率、轉(zhuǎn)速低于600r/min時，選用同步電動機最為適宜。這是因為大型活塞式壓氣機的曲軸轉(zhuǎn)速一般較低，而大容量的低速異步電動機功率因數(shù)很低。采用同步電動機拖動，可向電網(wǎng)輸送超前的無功電流，提高礦井供電系統(tǒng)的功率因數(shù)。不論是異步電動機拖動還是同步電動機拖動，共同的特點是啟動電流大，啟動力矩小。因此，采用電動機拖動時，空氣壓縮機必須實行空載啟動，以防止電動機過載。移動式壓氣站的特點是具有工作的獨立性，在供電不方便的情況下，采用內(nèi)燃機拖動比較合理。但內(nèi)燃機的廢氣容易污染大氣，井下移動式壓氣站不宜采用。363.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制3.2.2空氣壓縮機的電氣控制舉例空壓機的電氣控制設(shè)備，也是由主機制造廠配套供應(yīng)的，可分為低壓籠型電動機拖動、低壓繞線型電動機拖動和高壓同步電動機拖動三種類型。1.低壓籠型電動機的電控設(shè)備1)采用星—三角的電控設(shè)備以PKY—SB型壓縮機控制臺為例，該控制臺為臺式結(jié)構(gòu)，全部電氣元件均裝于臺內(nèi)，板前接線，進(jìn)出線都在控制臺下方接線板上，控制臺可靠墻安裝。該控制臺可為3L—10/8型空壓機配套用，其原理圖如圖3-7所示。37圖3-7PKY—SB型空壓機控制臺原理圖383.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制2)工作原理自動空氣開關(guān)QS合閘后，合上開關(guān)SA，主回路處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)，控制回路有電。按啟動按鈕SB1，KM1得電動作，接通電動機轉(zhuǎn)子的三個線頭U1、V1、W1，電動機Y形啟動；同時輔助常開觸點KM1閉合實現(xiàn)自保，也使時間繼電器KT1得電；延時△t后(一般整定為5~10s)，常開觸點KT1閉合，中間繼電器KA1得電；此時電動機速度接近額定轉(zhuǎn)速，常閉觸點KA1打開，KM1失電；常開觸點KA1閉合，接觸器KM2得電，主回路常開觸點KM2閉合，電動機轉(zhuǎn)為三角形運行；即電機啟動后，按時間原則先讓交流接觸器KM1失電，再讓交流接觸器KM2得電，電動機成△接法運行。按停止按鈕SB，交流接觸器2KM失電斷開，電動機停止運轉(zhuǎn)。393.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制3)保護(hù)系統(tǒng)(1)使用DZ10—250/330型空氣開關(guān)QS作短路、過流保護(hù)，其額定電流為140A。(2)使用熱繼電器FR作過載保護(hù)。熱繼電器型號為JR16B—20/3，出廠整定為3.3A。(3)控制回路采用熔斷器保護(hù)。若控制回路熔芯熔斷，應(yīng)按圖紙要求更換熔芯。(4)用溫度繼電器防止空壓機二級排氣溫度過高。當(dāng)空壓機有故障，二級排氣溫度超過160℃時，溫度繼電器KR（圖中僅有KR觸點、出廠時整定為160℃）動作，中間繼電器KA4的常開觸點接通，電笛發(fā)出聲音報警，指示燈HT發(fā)出光報警。403.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制(5)采用壓力控制器作油壓低保護(hù)：①電動機啟動30s后，若油壓仍低于0.1MPa，壓力控制器常閉觸點KP不動作（圖中僅有KP觸點），時間繼電器KT2的常開觸點延時30s后閉合，KA5得電，其常閉觸點斷開，交流接觸器KM2斷電，電機停止運轉(zhuǎn)。②當(dāng)壓縮機啟動，經(jīng)過30s，潤滑油壓為上升到大于或等于0.1MPa時，壓力繼電器常開觸點KP動作，接觸器KA3線圈得電，兩個常開觸點KA3閉合，一方面自保，另一方面為KA2通電聲光報警做準(zhǔn)備。③在壓縮機正常運行過程中，由于某些故障，潤滑油壓力小于0.1MPa時，壓力繼電器的常閉觸點KP恢復(fù)原狀，KA2線圈得電吸合（此時由于KA3處于自保狀態(tài)，使與KA2串聯(lián)的常開觸點KA3處于閉合狀態(tài)）。中間繼電器KA2得電，其常開觸點閉合，電笛響；常開觸點閉合，HL亮發(fā)出燈光指示。413.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制④消音：按鈕SB2（此時KA2的常開觸點處于閉合狀態(tài)），中間繼電器KA6得電，其常閉觸點斷開，笛聲即消除。2.采用自耦變壓器降壓啟動的電控設(shè)備該設(shè)備電控原理如圖3-8所示。其電氣元件全部裝于PKX—IV型控制箱內(nèi)，附件（壓力、溫度繼電器）安裝在空壓機上。自耦變壓器連接和斷開在控制箱內(nèi)自動切換，不須手動操作。1)主回路自動空氣開關(guān)QS合閘后，主回路處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)。將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA置于通的位置，指示燈HL1發(fā)出綠光，指示控制回路得電。按啟動按鈕SB1，KM1得電動作，通過自耦變壓器接通電動機的三個線頭U、V、W，電動機降壓啟動。經(jīng)10~15s延時后，KM1失電，KM2得電，電動機轉(zhuǎn)入正常運行。按停止按鈕SB，KM2失電，其觸點斷開，電動機停止運轉(zhuǎn)。42圖3-8PKX—IV型壓縮機控制箱原理圖433.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制2)控制回路合上開關(guān)SA，控制回路得電。按啟動按鈕SB1，接觸器KM1得電，電動機降壓啟動。同時KM1的常開觸點閉合，時間繼電器KT1得電。經(jīng)一定△t延時后（一般整定為10~15s），其延時常開觸點接通，中間繼電器KA1得電并自鎖。KA1的常閉觸點首先斷開，使交流接觸器KM1失電；KA1的另一常開觸點閉合，接觸器KM2得電，電動機投人全壓正常運轉(zhuǎn)。按下停止按鈕SB，控制回路所有電氣元件同時失電，電動機停止運轉(zhuǎn)。3)保護(hù)系統(tǒng)(1)使用自動空氣開關(guān)QS（DZ10—250/330型）作為短路保護(hù)，整定電流為200A，可調(diào)。443.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制(2)用熱繼電器FR分別接人兩電流互感器TA1、TA2的次級，經(jīng)過電流變換作電動機的過流保護(hù)。熱繼電器采用JRO—20/3型，出廠整定為3.5A。熱繼電器動作后，其常開觸點閉合，KA5的線圈得電吸合。KA5的常閉觸點斷開，KM2失電，電動機停轉(zhuǎn)；其常開觸點閉合，電鈴H、指示燈HL4回路通電，發(fā)出聲光信號報警。故障排除后，將熱繼電器手動復(fù)位。(3)用DJ4型壓力繼電器作為油壓保護(hù)元件，當(dāng)齒輪油泵損壞、潤滑油管路破裂或進(jìn)油管路堵塞，使油壓低于0.1MPa時，保護(hù)動作：①壓縮機已啟動，潤滑油的壓力仍低于0.1MPa，則壓力繼電器KP不動作，KT2有電。經(jīng)30s延時后，其觸點閉合，KA4有電。KA4的常閉觸點斷開，交流接觸器KM1、KM2均失電，電動機停轉(zhuǎn)。②當(dāng)壓縮機啟動，經(jīng)過30s，潤滑油壓為上升到大于或等于0.1MPa時，壓力繼電器KP動作，KA3吸合，常開觸點KA3閉合，一方面自保，另一方面為KA2通電聲光報警做準(zhǔn)備。453.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制③在壓縮機正常運行過程中，由于某些故障，潤滑油壓力小于0.1MPa時，壓力繼電器KP恢復(fù)原狀，KA2線圈得電吸合（此時由于KA3處于自保狀態(tài)，使與KA2串聯(lián)的常開觸點KA3處于閉合狀態(tài)）。其常開觸點閉合電鈴H、指示燈HL3回路，發(fā)出聲光信號報警；同時KT2線圈有電吸合，若潤滑油壓力不能恢復(fù)，經(jīng)30s延時后，則KA4有電，KM1、KM2失電，電動機停轉(zhuǎn)。(4)在空壓機運轉(zhuǎn)過程中，若立缸排氣溫度超過160℃，則溫度繼電器KR1動作，KA6線圈有電，其常開觸點閉合電鈴H、指示燈HL5回路，發(fā)出聲光報警信號。(5)在空壓機運轉(zhuǎn)過程中，如臥缸排氣溫度超過160℃，溫度繼電器KR2動作，KA7線圈有電，其常開觸點閉合，電鈴H響、指示燈HL6亮，發(fā)出聲光報警信號。(6)在空壓機運轉(zhuǎn)過程中，如排氣壓力超過規(guī)定值，壓力繼電器KP1動作，KA8線圈有電，其常開觸點閉合，電鈴H響、指示燈HL8亮，發(fā)出聲光報警信號。463.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制3.螺桿式空壓機電控設(shè)備LG20—10/7型螺桿式空壓機電控設(shè)備的電氣原理圖如圖3-9所示。請同學(xué)們自行分析。47圖3-9LG20—10/7型螺桿空壓機電控原理圖483.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制4.繞線型電動機拖動的電控設(shè)備絕大多數(shù)的3L—10/8型及4L—20/8型活塞式空壓機，均配低壓繞線型電動機，其電控設(shè)備一律采用頻敏變阻器啟動，一般不帶溫度和壓力保護(hù)裝置。1)頻敏電阻器頻敏電阻器是一種靜止的無觸點啟動設(shè)備，具有啟動特性好、結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、很少需要維護(hù)、控制系統(tǒng)簡單、易于實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點，因此得到廣泛應(yīng)用。2)頻敏電阻器的結(jié)構(gòu)和基本原理頻敏電阻器是利用鐵磁材料對交流頻率極為敏感的特性制成的一種控制電器。由鐵芯與線圈組成，其結(jié)構(gòu)如圖3-10(a)所示。當(dāng)在線圈兩端加上交流電壓后，交變磁通便在鐵芯的厚鋼板中產(chǎn)生渦流，其等值電阻取決于渦流電路的幾何形狀，截面以及鐵芯材料的電阻系數(shù)等。由于結(jié)構(gòu)上的這個特點，使得頻敏電阻器同時具有電抗器與電阻器的作用，相當(dāng)于一個電阻器與電抗器的并聯(lián)組合體。49(a)頻敏變阻器的結(jié)構(gòu)示意圖；(b)頻敏變阻器的接線圖；(c)頻敏變阻器的等值電路圖圖3-10頻敏變阻器的結(jié)構(gòu)、接線圖及等值電路圖在電動機的啟動過程中，隨著轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率的降低，一方面使頻敏電阻器的電抗逐漸減小，另一方面也使鐵芯中渦流集膚效應(yīng)逐漸減弱，渦流在厚鋼板中滲透的深度逐漸增加，即渦流通道截面加大，等值電阻減小。這種等值電阻和電抗隨著電動機轉(zhuǎn)差率的減小而減小，滿足電動機在整個啟動過程中的要求。頻敏電阻器的接線圖及一相等值電路圖如圖3-10(b)、(c)所示，圖中Rb、Xs，Rs，分別是繞組的電阻，繞組的勵磁電抗和鐵芯的等值電阻。503.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制3)頻敏變阻器的性能繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子接入各種理想元件時的機械特性如圖3-11所示。接入頻敏變阻器時，它的機械特性形狀介于變電阻和變電抗的機械特性曲線之間。頻敏變阻器是一個變電阻與變電抗的并聯(lián)組合，其功率因數(shù)小于1，不同功率因數(shù)的頻敏變阻器對電動機機械特性及啟動電流特性的影響如圖3-12所示。由圖中可以看出，在相同啟動電流的情況下，功率因數(shù)越高，啟動轉(zhuǎn)矩就越大，但特性較軟；功率因數(shù)較低，啟動轉(zhuǎn)矩稍小，但上部特性較好。功率因數(shù)：l―0.4；2―0.6；3―0.8；影響頻敏變阻器功率因數(shù)的主要因素有導(dǎo)線匝數(shù)、鐵芯氣隙、疊片厚度等。在使用中，通過調(diào)整頻敏電阻器的功率因數(shù)來改變機械特性曲線的形狀，以適應(yīng)不同的負(fù)載。51

(a)

定子串電阻或電抗（b）定子接自耦變壓器（c）轉(zhuǎn)子傳頻敏變阻器圖3-11繞線型異步電動機機械特性比較3-12不同功率因數(shù)的頻敏電阻器對電動機機械特性及啟動電流特性的影響(功率因數(shù))523.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制4)頻敏變阻器的選用當(dāng)使用繞線型異步電動機拖動已經(jīng)關(guān)閉了閘門的離心式通風(fēng)機或離心式水泵啟動時，屬于輕載啟動。拖動已經(jīng)開啟閘門的軸流式通風(fēng)機啟動時，一般屬于重載啟動。通風(fēng)機為偶爾而啟動的機械，通常啟動后用接觸器或斷路器將頻敏變阻器短接。目前生產(chǎn)的偶而啟動頻敏變阻器有BP1、BP2、BP3、BP4和BP6等系列產(chǎn)品。偶而啟動用繞線型電動機配用頻敏變阻器可根據(jù)負(fù)載性質(zhì)、電機容量及轉(zhuǎn)子額定電流選取。當(dāng)鋼絲繩牽引膠帶輸送機選用交流繞線型異步電動機拖動，并采用頻敏變阻器啟動時，頻敏變阻器應(yīng)按重任務(wù)、滿載啟動的要求來選擇。推薦選用啟動轉(zhuǎn)矩較大的BP4G系列頻敏變阻器。5)頻敏變阻器的調(diào)整頻敏變阻器的鐵芯與軛鐵間設(shè)有氣隙，在繞組上留有幾組抽頭。當(dāng)改變繞組匝數(shù)或氣隙時，可以調(diào)整電動機的機械特性和啟動電流變化曲線，如圖3-13所示。具體調(diào)節(jié)方法如下：53具體調(diào)節(jié)方法如下：(1)啟動電流過大及啟動過快時，相應(yīng)增加匝數(shù)；反之，相應(yīng)減少匝數(shù)。(2)剛開始啟動時，啟動轉(zhuǎn)矩過大。而啟動終了時穩(wěn)定轉(zhuǎn)速低于要求值，致使短接頻敏變阻器時產(chǎn)生較大沖擊電流，此時可增大氣隙。(a)匝數(shù)：1<2<3

(b)氣隙大小：1>2>3圖3-13改變繞組匝數(shù)或氣隙時的特性543.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制6)繞線式電動機頻敏變阻器啟動設(shè)備(1)低壓繞線式電動機頻敏變阻器啟動設(shè)備低壓繞線式電動機轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動控制電路如圖3-14所示。該電路是GTT6121型啟動器，用于低壓繞線式電動機的不可逆控制。啟動前，首先閉合自動開關(guān)QS，主電路有電。閉合開關(guān)SA，控制回路有電，綠色指示燈HG亮。啟動時，按下啟動按鈕SB1，接觸器KM1有電吸合，其主觸頭閉合，電動機轉(zhuǎn)子串頻敏電阻器RF啟動，常開觸點KM1閉合自保；常開觸點KM1閉合，紅色指示燈HR亦亮，表示電動機正在啟動。接觸器KM1的常開觸點KM1閉合，時間繼電器KT有電，其常開觸點經(jīng)一段時間的延時后閉合，接通中間繼電器KA，通過其常開觸點KA使接觸器KM2有電。KM2主觸頭常開觸點吸合，短接轉(zhuǎn)子繞組，切除頻敏變阻器。同時輔助觸點KM2打開，綠色指示燈HG滅，表示電動機降壓啟動結(jié)束進(jìn)入全壓運行狀態(tài)。553.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制停車時，按下停止按鈕SB2，接觸器KM1失電，主觸頭打開，電動機停轉(zhuǎn)。同時其他接觸器、繼電器及其相應(yīng)觸點恢復(fù)原態(tài)，為下次啟動作準(zhǔn)備。主電路中的電流互感器二次側(cè)裝有指示電流表和用于電動機過載保護(hù)的熱繼電器。需要指出的是，由于電動機啟動電流較大，頻敏變阻器容易發(fā)熱，所以轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動方法，只能用于電動機的偶爾啟動。(2)高壓繞線式電動機頻敏變阻器啟動設(shè)備用于6kV、1000KW以下的大功率電動機，可采用KRG—6B型高壓綜合啟動裝置。其電氣原理如圖3-15所示。這種啟動器適用于水泵、空壓機等設(shè)備的輕載啟動，在頻敏電阻器完全冷卻的情況下，可連續(xù)啟動二次或三次，否則頻敏變阻器會因過熱而不能正常工作。56圖3-15KRG—6B型高壓啟動器電氣原理圖57啟動裝置的主電路包括高壓隔離開關(guān)QS和具有脫扣裝置的高壓油斷路器QF；電流互感器TA1二次以不完全星形方式接三相電流繼電器KI1，控制頻敏電阻器的切除；電流互感器TA2二次以兩相差接方式接過流繼電器KI2，對電動機進(jìn)行過流保護(hù)（脫扣線圈KV動作進(jìn)行失電保護(hù)）；并接的電表PV顯示主電路工作電壓。啟動前，首先閉合高壓隔離開關(guān)QS和轉(zhuǎn)換開關(guān)SA，控制回路有電，綠色指示燈HG亮。同時保護(hù)電路中的脫扣線圈KV有電吸合，允許合閘啟動電動機。啟動時，手動操作油開關(guān)QF，其主觸頭先于輔助觸點QF1~QF4動作，電動機轉(zhuǎn)子回路串頻敏電阻器啟動。較大的啟動電流使主回路的三相電流繼電器KI1吸合，其在控制回路中的常閉觸點打開，切斷接觸器KM電路，保證啟動過程中頻敏電阻器不被切除。待油開關(guān)QF的操作手柄完全合上時，其輔助觸點才動作：QF1打開，綠燈HG滅，表示電動機正在啟動；QF2閉合，為紅燈HR亮作準(zhǔn)備；QF3閉合，短接KM常閉觸點，保證脫扣線圈在啟動瞬間的電流通路；QF4閉合，為接觸器KM通電作準(zhǔn)備。3.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制583.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制隨著電動機轉(zhuǎn)速升高，主電路電流下降到某一數(shù)值（一般為1.2倍的額定電流）時，三相電流繼電器KI1釋放，其常閉觸點閉合，接觸器KM有電吸合，主觸頭KM閉合短接電動機轉(zhuǎn)子繞組，切除頻敏變阻器。同時常開觸點KM1閉合，紅色指示燈HR亮，表示電動機降壓啟動結(jié)束。在啟動過程中，如果接觸器KM發(fā)生故障，經(jīng)1min后紅色指示燈仍不亮，說明頻敏電阻器未被短接，這時必須按下停止按鈕SB，切斷脫扣線圈電路，使油開關(guān)跳閘，以避免頻敏變阻器長時間接在電路中而被燒壞。當(dāng)電動機發(fā)生過載或短路故障時，具有反時限保護(hù)的電流繼電器KI2動作，其常閉觸點打開，脫扣線圈失電，油開關(guān)跳閘，起到保護(hù)作用。當(dāng)主電路電壓低于某一數(shù)值（欠壓）時，脫扣線圈因吸力不足而釋放，油開關(guān)跳閘或不能被送電。593.2煤礦主要壓氣設(shè)備的電氣控制另外，該電路還設(shè)有限位開關(guān)SQ，其觸點串接在脫扣線圈回路中，當(dāng)啟動器箱蓋打開時，觸點斷開，油開關(guān)不能送電合閘，從而起到安全閉鎖作用。保護(hù)電路中并聯(lián)觸點QF3和KM3的作用是：在電動機啟動前，先由常閉觸點KM3為脫扣線圈提供通路，若電網(wǎng)電壓正常，脫扣線圈吸合，允許油開關(guān)QF送電，否則油開關(guān)不能合閘送電；另外，當(dāng)接觸器主觸頭KM因故沒有斷開，常閉觸點KM3不能閉合，脫扣線圈因送不上電而不能使油開關(guān)合閘送電，防止電動機不串頻敏變阻器直接啟動。因而必須首先排除接觸器KM故障，才能使電動機正常啟動。停車時，可操作油開關(guān)手柄直接切斷電動機電源，或按動停止按鈕SB，通過脫扣線圈使油開關(guān)跳閘，電動機停轉(zhuǎn)。603.3煤礦主要排水設(shè)備的電氣控制3.3.1礦井排水設(shè)備概述1.主排水系統(tǒng)的組成礦井排水設(shè)備的任務(wù)就是將礦井水及時地排至地面，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)。礦井主排水系統(tǒng)一般由主水泵、電動機、啟動設(shè)備、管路及管路附件、儀表等組成，如圖3-16所示。611―離心式主排水泵；2―電動機；3―啟動設(shè)備；4―吸水管；5―漁水器；6―底閥7排水管；8一調(diào)節(jié)閘閥9一逆止閥；10一旁通管；11一引水漏斗；12一放水管；13一放水閘閥；14―真空表；15―壓力表；16―放氣栓圖3-16礦山主排水系統(tǒng)示意622.主排水泵的電力拖動特點排水設(shè)備的主要任務(wù)是及時、迅速地排除礦井涌水，以確保礦井安全。對于涌水量較大的礦井，常需要多臺大流量水泵同時工作，形成礦山生產(chǎn)的主要用電設(shè)備，因此要求排水設(shè)備的電力拖動系統(tǒng)應(yīng)做到運轉(zhuǎn)安全、工作可靠、技術(shù)合理、運行經(jīng)濟(jì)。排水設(shè)備的拖動電動機屬長時恒轉(zhuǎn)矩工作方式，對調(diào)速無特殊要求，也不作頻繁啟動，而且啟動后負(fù)載比較穩(wěn)定，因而排水設(shè)備多采用鼠籠型電動機拖動，當(dāng)電動機容量較小時，可采用直接啟動控制；當(dāng)電動機容量較大時，通常采用電抗器或自耦變壓器降壓啟動方式或采用軟啟動方式控制。若電網(wǎng)容量較小，不能采用籠型電動機時，也可采用繞線式電動機拖動。3.3煤礦主要排水設(shè)備的電氣控制633.3煤礦主要排水設(shè)備的電氣控制3.主排水設(shè)備供電要求主排水設(shè)備的供配電設(shè)備應(yīng)同工作、備用和檢修水泵相適應(yīng)，并能同時開動工作和備用水泵。主排水泵房的供電線路不得少于兩趟。當(dāng)一路停止供電時，另一路應(yīng)能擔(dān)負(fù)起全部負(fù)荷的供電。4.排水設(shè)備電動機的選擇1)電動機型式的確定根據(jù)離心式水泵的機械特性，鼠籠型異步電動機完全能夠滿足要求，而且效率高、價格便宜，應(yīng)首先考慮選用。也有采用繞線型異步電動機的，此時應(yīng)經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)對比后確定。Y系列三相異步電動機是供一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型異步電動機，具有效率高、性能好、噪聲低、振動小、體積小、重量輕、運行可靠、維修方便等優(yōu)點。功率等級與安裝尺寸關(guān)系符合國際通用標(biāo)準(zhǔn)，是國家推廣使用的換代產(chǎn)品。643.3煤礦主要排水設(shè)備的電氣控制2)電動機的轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩特性異步電動機驅(qū)動中、小型離心泵，關(guān)閥啟動和正常運行均無問題。但當(dāng)啟動大型離心泵或者泵需輸送不同密度的液體以及有可能存在短時過載時，則有必要對比泵與電動機的轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩特性并進(jìn)行分析計算。圖3-17為三相鼠籠式異步電動機和負(fù)載(泵負(fù)載)的轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩特性曲線。圖中斜線部分即為負(fù)載TL1時的加速轉(zhuǎn)矩。它用于克服泵機組的慣性以提高轉(zhuǎn)速。電動機機械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的交點若在電動機最大轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)矩曲線最高點）點左側(cè)部分（如a、b），則機組能穩(wěn)定運行，否則是不穩(wěn)定的。65圖3-17異步電動機和負(fù)載的轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩特性曲線663.3煤礦主要排水設(shè)備的電氣控制Tmax―電動機的最大轉(zhuǎn)矩；Tst―電動機的啟動轉(zhuǎn)矩；TN―電動機的額定轉(zhuǎn)矩；a、b:―不同負(fù)載下的穩(wěn)定運行點；TL1、TL2―負(fù)載的轉(zhuǎn)矩(TL1以下不能長期運行)；n0―電動機的同步轉(zhuǎn)速；n1、n2―不同負(fù)載下的轉(zhuǎn)速3)電動機的功率排水設(shè)備拖動電動機的功率按下式計算式中K―電動機功率備用系數(shù)，一般取1.1—1.5；γ一礦水相對密度，N/m3；Q一水泵在最高效率點運行時的額定流量，m3/s；H—水泵在最高效率點運行時的額定揚程，m；η一水泵的最高效率。673.3煤礦主要排水設(shè)備的電氣控制在確定電動機的功率時，還需注意以下幾點：(1)對大型離心泵用的電動機，除功率滿足需要外，還必須注意負(fù)載及電動機的轉(zhuǎn)矩特性，校驗電動機啟動時間。(2)水泵若在串聯(lián)或并聯(lián)運行系統(tǒng)中，有時又需單獨運行時，因離心泵單獨運行時功率比其加人并聯(lián)運行時的大，而比其加入串聯(lián)運行時的小，因此要注意電機功率是否都能滿足要求。4)電壓等級的選擇高壓一般為6kV或3kV，低壓為660V或380V。683.3煤礦主要排水設(shè)備的電氣控制5.每年排水電耗的計算每年排水電耗可按以下經(jīng)驗公式計算式中W―水泵年耗電能，KW·h；ηM—電動機效率；ηs—電網(wǎng)效率，一般取0.95；Q一水泵在工況點的流量，m3/h；ZN、Zm―分別為正常涌水期和最大涌水期的天數(shù)，一般ZN取305d，Zm取60d，或按照礦井的具體情況而定；NN、Nm一分別為正常涌水期和最大涌水期開泵臺數(shù)；TN、Tm―分別為正常涌水期和最大涌水期每臺泵一晝夜工作小時數(shù)。693.3煤礦主要排水設(shè)備的電氣控制3.3.2排水設(shè)備的電氣控制舉例如前所述，異步電動機在直接啟動時，由于施加額定電壓，啟動電流將達(dá)到（5~7）IN，這樣大的電流將會給供電系統(tǒng)造成很大沖擊；所以除小容量電機外，一般都采取不同啟動方式以降低電動機的啟動電流，傳統(tǒng)的方式有Y—△啟動、串電抗器啟動、自耦變壓器啟動、延邊三角形啟動等。這些方法同樣應(yīng)用于排水設(shè)備的起動，為避免內(nèi)容重復(fù)，僅簡要介紹一個水泵降壓啟動實例。本節(jié)重點介紹排水設(shè)備的軟啟動工作原理與方法。1.排水設(shè)備的軟啟動電控設(shè)備隨著電力電子器件參數(shù)性能的提高，使用電力電子器件構(gòu)成的軟啟動電控設(shè)備的故障率大大降低，甚至比傳統(tǒng)的電控設(shè)備故障率還低，基本做到免維護(hù)運行。因此，軟啟動電控設(shè)備已經(jīng)成為大、中型電動機啟動的主流設(shè)備。在電網(wǎng)容量小、電動機功率較大時或需要軟啟動的場合，應(yīng)首選軟啟動電控設(shè)備。703.3煤礦主要排水設(shè)備的電氣控制1)工作原理軟啟動器控制是將電力電子技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合的設(shè)備，主電路與控制電路的相互關(guān)系如圖3-18所示，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機之間。設(shè)備啟動時，由電子控制器控制可控硅的導(dǎo)通角，使加在電動機端的電壓由低到高逐漸升高，電動機轉(zhuǎn)速隨之逐漸升高，直至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)電動機的軟啟動。設(shè)備停機時，則電子控制器控制可控硅的關(guān)斷速度，使電動機的端電壓由全電壓逐漸下降至零，實現(xiàn)軟停車。71(a)

軟啟動器的主電路

(b)傳統(tǒng)啟動方式與軟啟動電流曲線1―

全壓起動；2―Y一△起動；3―

軟啟動；4―二次沖擊電流圖3-18軟啟動器的主電路與傳統(tǒng)啟動方式與軟啟動電流曲線723.3煤礦主要排水設(shè)備的電氣控制2)軟啟動的優(yōu)點由于異步電動機在直接啟動時啟動電流將達(dá)到（5~7）IN，給供電系統(tǒng)造成很大沖擊，所以除小容量電機外，一般都采取Y一△啟動、串電抗器啟動、自耦變壓器啟動、延邊三角形啟動等傳統(tǒng)啟動方式啟動電動機，由于起動過程中都有一個線圈電壓切換的過程，因而對電網(wǎng)存在“二次沖擊”，軟啟動設(shè)備控制則不存在該現(xiàn)象，如圖3-18所示。2.軟啟動的類型與應(yīng)用1)不限流軟啟動：見圖3-19中不限流軟啟動特性曲線，啟動時，使啟動電流以一定斜率不斷上升，直至啟動完畢，期間對啟動電流不加任何限制。適應(yīng)場合：重載啟動。2)階躍恒流啟動：見圖3-20。啟動一開始在極短的時間里，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。適應(yīng)場合：啟動時靜摩擦力矩較大的場合。73圖3-19小斜率軟啟動1—不限流軟起動2——小斜率起動

圖3-20階躍恒流啟動3)小斜率軟啟動：見圖3-19中小斜率軟啟動特性曲線。這種啟動的特點是電流上升速率緩慢，dI/dt變化率小。適應(yīng)場合：對電機轉(zhuǎn)矩、速度變化敏感的場合，如小張力繞線機構(gòu)。4)恒流軟啟動見圖3-20。啟動時，電流以一定的斜率上升至設(shè)定值，其后維持恒定，直至啟動結(jié)束。適應(yīng)場合：絕大多數(shù)應(yīng)用場合。743.3煤礦主要排水設(shè)備的電氣控制5)停車停機時，控制晶閘管導(dǎo)通角以一定的斜率減小，使電機端電壓逐漸下降至零，減緩電機停車時對機械負(fù)載的沖擊，下降斜率無級可調(diào)特性曲線見圖3-21，還可根據(jù)需要引入電流負(fù)反饋。目前比較常見的軟停車時間范圍為0~60s。6)軟起動器的應(yīng)用(1)將斷路器、軟啟動器、旁路接觸器和控制電路組成電動機控制中心（MCC），這是目前最流行的、推廠最多的做法，原理見圖3-22。其特點：在啟動和停車階段，晶閘管投入工作，實現(xiàn)軟啟動、停車。啟動結(jié)束，旁路接觸器合閘，將晶閘管短接，電機接受全電壓，投入正常運行。此種組合的優(yōu)點是運行期間，電機直接與電網(wǎng)相連，無諧波；旁路接觸器還可以作為一種備用手段，緊急關(guān)頭或晶閘管故障時，使電機投入直接啟動，增加運行的可靠性。應(yīng)用場合：絕大多數(shù)工況適用。753.3煤礦主要排水設(shè)備的電氣控制(2)軟停車在泵類負(fù)載系統(tǒng)中，例如高揚程水泵、大型泵站、污水泵站，電動機直接停車時，在有壓管路中，由于流體的運動速度發(fā)生急劇變化，引起動量急劇變化，管路中出現(xiàn)水擊現(xiàn)象，對管道、閥門與泵形成很大的沖擊，即“水錘”效應(yīng)，嚴(yán)重時，會對大樓產(chǎn)生很大的震撼與巨響，甚至造成管道與閥門的損壞。采用軟停車，停車時軟啟動器由大到小逐漸減小晶閘管的導(dǎo)通角，使被控電機的端電壓緩緩下降，電機轉(zhuǎn)速有一個逐漸降低的過程，這樣就避免管路里流體動量的急劇變化，抑制“水錘”效應(yīng)。763.3煤礦主要排水設(shè)備的電氣控制(3)正反轉(zhuǎn)無觸點電子開關(guān)。軟啟動器串接于供電電源與被控電機之間，當(dāng)晶閘管全導(dǎo)通時，電機得到全電壓，晶閘管關(guān)斷時，電機被切斷電源，其作用類似于一個無觸點電子開關(guān)。如果再增加二組反并聯(lián)晶閘管，組成如圖3-23所示的電路，當(dāng)A1、B、C1三組晶閘管投入運行時，三相電源A、B、C與電機的U、V、W端相連，電機順時針旋轉(zhuǎn)；那么當(dāng)A2、B、C2三組晶閘管投入運行時，三相電源A、B、C與電機的W、V、U端相連，由于電機輸入反相序電源而逆時針旋轉(zhuǎn)，交替地使上述二套晶閘管配置投入運行，即可實現(xiàn)被控電機的正反轉(zhuǎn)運行，由于不使用接觸器切換電源，故設(shè)備可靠性很高。應(yīng)用場合：需要頻繁正反轉(zhuǎn)的金屬型材軋制機構(gòu)。77圖3-21軟啟動和軟停車方式特性圖3-22MCC原理圖圖(4)軟啟動器與PLC結(jié)合組成復(fù)合功能。以一臺PLC程序控制器與兩臺或多臺軟啟動器組合，可完成一用一備或兩用一備，甚至多用多備的方案；與PLC結(jié)合，可同時實現(xiàn)軟啟動、軟停車，一用一備，與中央控制室組成遙控監(jiān)視系統(tǒng)。78圖3-23正反轉(zhuǎn)無觸點電開關(guān)793.3煤礦主要排水設(shè)備的電氣控制在許多大型排水系統(tǒng)中，平時排水量不大，僅要求少量排水泵投人運行；有時則要求根據(jù)水位，逐級增加投人的水泵，直至全部水泵投入運行；反之，則要求逐級減少運行的水泵數(shù)量。其結(jié)合的方案有二種：第一種如圖3-24所示。該方案采用一臺PLC控制一臺軟啟動器，軟啟動器始終與一臺電機相連。當(dāng)需要時，PLC控制首先啟動電機M1，啟動結(jié)束，合上旁路接觸器KM2，使電機直接與電網(wǎng)相連，然后打開接觸器KM1，使軟啟動器與該電機分離，合上KM3使軟啟動器與下一電機相連，由PLC控制下一臺電機M2啟動。此方法可以根據(jù)上、下水位逐一啟動各臺電機，停機時，除與軟啟動器相連的電機可以實現(xiàn)軟停車外，其余電機都是直接停車。該方案的優(yōu)點：一次投資省，控制柜結(jié)構(gòu)緊湊。缺點：一旦軟啟動器故障，會影響到全部電機的啟動與運行。80圖3-24軟啟動器與程控器聯(lián)合控制多臺電機81第二種如圖3-25所示。該方案每一臺電機均配一臺軟啟動器，由PLC程控器根據(jù)水位或其他控制量依次逐一啟動各臺電機，直至全部投人運行；反之，則逐一關(guān)閉各臺電機。圖3-25軟啟動與程控器聯(lián)合控制823.3煤礦主要排水設(shè)備的電氣控制該方案優(yōu)點：可靠性比前一方案高，即使有一臺軟啟動器故障，也不會影響其他電機的運行，如果PLC程控器發(fā)生故障，不能進(jìn)入自控狀態(tài)，那么采用柜前手動操作的方式，照樣可使各臺電機投人工作。7)與變頻控制器的比較軟啟動器與變頻控制器均使用晶閘管模塊作為執(zhí)行器件。成本上變頻器要比軟啟動器高，變頻器由于可以無級調(diào)速，目前在需要調(diào)速的場合已取代原先直流電機占據(jù)的位置，例如目前大力推廣的生活住宅恒壓供水系統(tǒng)，就使用變頻器。但是在某些工況下變頻器也有弱點。目前的變頻器，無論是交-直-交還是交-交變頻，在工作過程中，始終產(chǎn)生諧波，為減輕對電網(wǎng)的污染，必須增加濾波措施。833.3煤礦主要排水設(shè)備的電氣控制其次，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，因此變頻器尚未與電機分離前，不能先合上旁路接觸器，必須先將變頻器與電機斷開，再合上旁路接觸器，否則會燒毀變頻器的執(zhí)行器件，這樣電機短時間內(nèi)會經(jīng)歷全電壓-斷電-全電壓的再啟動過程，對轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性要求較高的場合，顯然不能使用這樣的方案。軟啟動器的成本比變頻器低一些，它僅在啟動與停車時投人運行，啟動結(jié)束，合上旁路接觸器，電機直接接受電網(wǎng)電壓，因而運行期間不存在諧波的問題。其次，啟動結(jié)束，晶閘管全導(dǎo)通，相當(dāng)于一個電子開關(guān)合閘，導(dǎo)通電阻極小，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，合閘沒有問題，電機不存在瞬間斷電的問題。另外，如果遇到負(fù)載過重，需強行啟動，而原設(shè)定電流不夠大時，通過提前使旁路接觸器合閘，讓電機得到全電壓，可以確保順利啟動。843.3煤礦主要排水設(shè)備的電氣控制由此可以看到變頻器、軟啟動器各有自己的優(yōu)缺點，在需要調(diào)速的場合，宜優(yōu)先考慮變頻器，而且其節(jié)能效果顯著，在對調(diào)速無要求或要求不高的場合，可以考慮用軟啟動器。3.水泵降壓啟動設(shè)備鼠籠式異步電動機降壓啟動設(shè)備或繞線型電動機的轉(zhuǎn)子控制設(shè)備和選擇參見有關(guān)內(nèi)容。繞線型電動機的轉(zhuǎn)子控制設(shè)備如油浸啟動變阻器、頻敏變阻器及其控制柜(屏)，應(yīng)根據(jù)具體條件布置在電動機的端頭或水井對面的壁籠內(nèi)。下面以GKF—H1型電抗啟動柜為例來說明水泵的啟動過程。GKF—H1型電抗啟動柜包括柜體和柜外的QKSJ型油浸電抗器兩部分，適用于額定電壓為6kV，額定功率1500KW以下的鼠籠型電動機降壓啟動。該柜的電路原理圖如圖3-26所示。該設(shè)備多用于井下中央泵房主排水泵的啟動。85圖3-26GKF—H1型電抗啟動柜電路原理圖水泵啟功時，先合上電源隔離開關(guān)QS1和SA，電壓表PV即有指示，同時電源指示燈綠燈HL1亮。當(dāng)水泵灌足引水后，合上油斷路器QF（此時，由于隔離開關(guān)QS2沒有合閘，所以失壓脫扣器KV有電，其常開觸點KV自保。86因為失壓脫扣器線圈KV有電，所以油斷路器QF可以合閘），QF合閘后，高壓電源經(jīng)過電抗器L降壓后通入電動機M，電動機開始降壓啟動，此時綠燈HL1滅而黃燈HL2亮，當(dāng)電動機加速到一定值時，水泵便做等速運轉(zhuǎn)，電流表PA指示由大到小。此時可閉合隔離開關(guān)QS2，電抗器L被短接，電動機達(dá)到額定轉(zhuǎn)速投人正常運行，QS2的輔助觸點將指示燈HL2斷開，將紅色指示燈HL3接通，說明水泵啟動結(jié)束，可開啟閘閥排水。同時電流表指示上升，當(dāng)閘閥全開時，電流表應(yīng)達(dá)到正常工作電流。停泵時在關(guān)閉水泵閘閥后先拉開油斷路器QF，然后分別拉開隔離開關(guān)QS1和QS2即可。電氣保護(hù)由接在電流互感器回路的過流繼電器KI和操作機構(gòu)中的失壓脫扣器完成。在啟動時，若QS2在合閘狀態(tài)，則失壓脫扣器斷路，使油斷路器QF不能合閘，防止在電抗器短接的情況下直接啟動。3.3煤礦主要排水設(shè)備的電氣控制873.4煤礦主要提升設(shè)備的電氣控制3.4.1礦井提升設(shè)備概述1.礦井提升機的工作方式礦井提升系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著礦井升降人員，提升礦物、矸石及輸送材料設(shè)備等任務(wù)，是礦井生產(chǎn)的重要設(shè)備，礦井提升設(shè)備電控系統(tǒng)的工作方式主要決定于提升設(shè)備的功用，提升高度，提升容器的型式，提升水平數(shù)目和它們的間距。所有的提升設(shè)備都應(yīng)當(dāng)能夠?qū)嵭袃煞N運行速度，一種是高（全）速運動，另一種是低速運動。高速運動用于提升煤炭，升降人員、設(shè)備等。低速運動用于檢查井筒、鋼繩，下炸藥，下長材料及其他輔助操作。有時若各水平之間的距離不大時，低速運動也可作為兩水平之間運行的速度。電控系統(tǒng)分為自動控制系統(tǒng)和手動控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)的特點是：提升機按給定的程序自動完成提升循環(huán)而不需要司機參與。專提貨載的主井提升設(shè)備，最宜于采用這種控制系統(tǒng)。手動控制系統(tǒng)則每個提升循環(huán)都需要司機參與控制。883.4煤礦主要提升設(shè)備的電氣控制我國現(xiàn)場習(xí)慣于把加速階段能夠用控制電器自動進(jìn)行的電控系統(tǒng)稱為半自動控制系統(tǒng)，實際上它也只是一種手動控制系統(tǒng)。按實行控制的地點分就地操縱系統(tǒng)和遠(yuǎn)距離操縱系統(tǒng)。就地操縱臺安裝于提升機房內(nèi)；遠(yuǎn)距離操縱臺則可安裝在井底水平、井口，甚至直接裝在罐籠內(nèi)，由有關(guān)人員在這些地方直接發(fā)出開停指令。對于多水平提升的提升設(shè)備，其電控系統(tǒng)與電梯相似，可以從任何水平召喚，到某水平時自動停車，等等。目前，我國礦井提升系統(tǒng)有直流調(diào)速系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、基于繼電器接觸器實現(xiàn)的有觸點電控系統(tǒng)和采用PLC控制改造后的有觸電控制系統(tǒng)，限于篇幅，本書進(jìn)介紹基于繼電器接觸器實現(xiàn)的有觸點電控系統(tǒng)和采用PLC控制改造后的有觸頭電控制系統(tǒng)。893.4煤礦主要提升設(shè)備的電氣控制2.礦井提升機的運行要求礦井提升設(shè)備屬于大功率，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在運行過程中需要頻繁啟動、加速和制動，故必須采用交流繞線式電動機拖動，采用改變定子電源電壓、頻率或改變轉(zhuǎn)子回路串接電阻的方式進(jìn)行啟動、調(diào)速和制動。其各個運行過程要按一定的運行規(guī)律和要求進(jìn)行控制。提升設(shè)備在一次提升過程中，提升速度、轉(zhuǎn)矩等運行參量隨提升時間變化的曲線，稱為提升工作圖。提升工作圖是根據(jù)提升設(shè)備運行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的要求確定的。提升工作圖有三階段、五階段、六階段或更多階段之分，階段數(shù)的多少決定于提升容器的類型和裝卸載裝置的結(jié)構(gòu)及提升方式，雙箕斗提升速度圖如圖3-27所示。它包括提升過程的六個階段，故稱為六階段速度圖。90圖3-27提升機六階段速度圖圖中t0段為初加速階段。在提升剛開始，箕斗運行在卸載曲軌內(nèi)，為減小提升容器通過卸載曲軌時對井架的沖擊，提升容器在曲軌內(nèi)的速度和加速度不能太大，一般要將速度限制在v0=1.5m/s以下。tl段為主加速階段。當(dāng)箕斗離開卸載曲軌后，可以按較大的加速度運行，直至達(dá)到最大提升速度vm。對于箕斗提升，加速度al一般不大于1.2m/s2。913.4煤礦主要提升設(shè)備的電氣控制t2段為等速階段。提升容器以規(guī)定的最大速度vm運行。t3段為減速階段。這時重載箕斗已接近井口，空箕斗接近裝載點，提升容器以減速度a3運行。a3一般不大于1.2m/s2。t4段為爬行階段。提升容器進(jìn)入卸載曲軌，為減小沖擊并且便于停車，容器一般要以0.4-0.5m/S速度低速爬行。T5段為停車休止階段。提升容器到達(dá)終點，提升機抱閘停車，井底箕斗裝載，井口箕斗卸載。以上t0~t5的六個階段組成提升系統(tǒng)的一個提升過程。罐籠提升因無卸載曲軌，故沒有t0階段。但為準(zhǔn)確停車，仍有爬行階段，因此罐籠提升一般為五階段速度圖，如圖3-28所示。當(dāng)提升人員時，加速階段的al和減速階段的a3不大于0.75m/s2。92圖3-28提升機五階段速度圖933.4煤礦主要提升設(shè)備的電氣控制3.礦井提升機的供電方式礦井提升機的供電方式一般有單回路供電、雙回路供電和環(huán)路供電幾種方式。這些供電方式適用于高壓電動機或低壓電動機拖動，至于選用哪種供電形勢，視具體情況而定。4.提升機電力拖動方式的選擇提升機拖動方式的選擇應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求，即滿足各種可能出現(xiàn)的運行速度圖和力圖。在這個前提下對各種可能的拖動方案作技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，然后選擇最合理的一種。在選擇拖動方式時，首先要決定的是采用交流拖動還是直流拖動的問題。一般來說，交流拖動比較簡單、設(shè)備和安裝費用低、建筑面積小，但電氣調(diào)速性能差、減速和爬行階段需要附加拖動裝置，而直流拖動則相反，調(diào)速性能好、不需要附加其他拖動裝置、容易實現(xiàn)自動化、尤其適用于多繩摩擦輪提升，缺點就是設(shè)備和安裝費用高、建筑面積大等。943.4煤礦主要提升設(shè)備的電氣控制在我國目前條件下，交流拖動受到容量的限制，主要是生產(chǎn)的磁力控制站最大額定電流為900A、電壓為900V、拖動最大容量約1000KW，雙機拖動可到2000KW。拖動容量大于1000KW和提升速度大于10m/s時，采用直流拖動比較合適。特別是對于多繩提升機，常常要求較高的電氣調(diào)速性能，1000KW以下也可以考慮選用直流拖動方式。在交流拖動方式中，應(yīng)當(dāng)盡量選用同一個附加拖動裝置去滿足速度圖中的各個階段，例如采用晶閘管交一交變頻的低頻拖動裝置，它既可用于減速段，又可用于爬行段等。在直流拖動方式中，F(xiàn)—D機組拖動系統(tǒng)運行效率低、金屬消耗量和用銅量大以及建筑費用高等限制它的發(fā)展，而晶閘管供電的拖動系統(tǒng)則具有廣闊的發(fā)展前途。953.4煤礦主要提升設(shè)備的電氣控制3.4.2礦井交流提升電氣控制形式、分類與控制原則1.提升機電力拖動的主要形式