劉乙霖 孟彥君

（大同煤礦集團(tuán)同大研究院山西大同大學(xué)山西大同037003）

1 引言

礦井綜合機(jī)械化采煤設(shè)備的刮板輸送機(jī)是綜采生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備,其運(yùn)行的安全性和可靠性對(duì)綜采生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用，由于刮板運(yùn)輸機(jī)是直接用來運(yùn)輸采煤機(jī)割下的原煤，所以負(fù)載功率很大，如果采用直接起動(dòng)，需要電源容量大許多倍電動(dòng)機(jī)容量，起動(dòng)電流也很大(約為正常工作電流的6～7倍)，同時(shí)會(huì)引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)、電機(jī)壽命的降低、對(duì)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生大的沖擊等。采用軟起動(dòng)的方式起動(dòng)，可以降低起動(dòng)電流，但還存在其它一些具體問題。目前市場(chǎng)軟起動(dòng)器有斜坡恒流起動(dòng)、脈沖沖擊起動(dòng)、階躍（突跳）起動(dòng)和變頻起動(dòng)四種。斜坡恒流起動(dòng)方式是在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的初始階段起動(dòng)電流由小逐漸增加,當(dāng)電流達(dá)到預(yù)先所設(shè)定的預(yù)設(shè)值后保持恒定（t1至t2階段）,直至起動(dòng)完畢。起動(dòng)過程中,電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載調(diào)整設(shè)定，電流上升速率大,則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,起動(dòng)時(shí)間短，這種起動(dòng)器起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，無法起動(dòng)重載負(fù)載；脈沖沖擊起動(dòng)是起動(dòng)開始階段，讓晶閘管在極短時(shí)間內(nèi)，以較大電流導(dǎo)通一段時(shí)間后回落，再按原設(shè)定值線性上升，進(jìn)入恒流起動(dòng)，該起動(dòng)方法在一般負(fù)載中較少應(yīng)用，適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動(dòng)場(chǎng)合，但在大電流沖擊瞬間晶閘管發(fā)熱容易損毀；階躍（突跳）起動(dòng)是以最短時(shí)間，使起動(dòng)電流迅速達(dá)到設(shè)定值，通過調(diào)節(jié)起動(dòng)電流設(shè)定值，可以達(dá)到快速起動(dòng)的效果，該種方法提高了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同樣對(duì)機(jī)械設(shè)備和電器元件造成很大的沖擊而易損毀；變頻調(diào)速起動(dòng)具有良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，即使是在低速情況下也能隨意調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，能以恒轉(zhuǎn)矩起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流可以限制在額定電流以下，只是由于價(jià)格較貴而不能得到廣泛應(yīng)用。針對(duì)以上存在的問題，本文介紹一種起動(dòng)性能好、價(jià)格較低、智能判別故障和快速處理故障的QJGR-350/3.3型高壓軟起動(dòng)器，本起動(dòng)器是一款適應(yīng)煤礦特殊環(huán)境下，對(duì)大功率設(shè)備進(jìn)行平穩(wěn)起動(dòng)、安全可靠運(yùn)行、性價(jià)比高的產(chǎn)品，完全滿足市場(chǎng)所需。

2 QJGR-350/3.3高壓軟起動(dòng)器組成結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)

（1）QJGR-350/3.3高壓軟起動(dòng)器結(jié)構(gòu)組成

QJGR-350/3.3高壓軟起動(dòng)器主要由隔爆外殼、隔離開關(guān)、真空接觸器、晶閘管模塊組件單元、智能控制模塊單元、檢測(cè)模塊單元等組成；起動(dòng)器隔爆外殼由接線腔（上部后側(cè)）、主隔爆腔組成；主隔爆腔由相通的左右兩個(gè)腔體組成，左邊部分為軟起動(dòng)腔，右邊部分為接觸器腔。其電氣控制示意如圖1所示。

圖1 QJGR-350/3.3高壓軟起動(dòng)器電氣控制示意圖

（a）交流真空接觸器單元

本軟起動(dòng)器的接觸器進(jìn)行了模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括主體回路單元設(shè)計(jì)、線圈控制電路模塊式設(shè)計(jì)和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這種模塊式設(shè)計(jì)使接觸器結(jié)構(gòu)緊湊、組合方便，通用性強(qiáng)、便于維護(hù)操作和故障排查，提高了生產(chǎn)效率。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)通過杠桿傳動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)了銜鐵和動(dòng)觸頭之間力矩的傳遞，包括轉(zhuǎn)軸力臂、絕緣傳動(dòng)塊、中心軸和銜鐵，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中銜鐵與轉(zhuǎn)軸力臂扣鎖，轉(zhuǎn)軸力臂固定在中心軸上，中心軸與絕緣傳動(dòng)塊中部按齒形進(jìn)行咬合。接觸器外形結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 接觸器主體結(jié)構(gòu)圖

（b）晶閘管組件變頻調(diào)壓?jiǎn)卧K化設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)3.3 kV高壓軟起動(dòng)裝置每相由2組4 200 V晶閘管組件串聯(lián)組件并聯(lián)構(gòu)成，晶閘管的反向峰值電壓可以高達(dá)8 400 V，電壓裕量足夠大，提高了起動(dòng)器具有較寬的電壓范圍。通過元件的合理優(yōu)化組合，構(gòu)建了晶閘管組件模塊化電路如圖3所示。

圖3 晶閘管組件變頻調(diào)壓?jiǎn)卧韴D

（c）智能控制驅(qū)動(dòng)單元模塊化設(shè)計(jì)

智能控制驅(qū)動(dòng)單元主要由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、PLC控制單元（包括故障自動(dòng)甄別硬件單元）、網(wǎng)絡(luò)通信單元構(gòu)成。其模塊化結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 智能控制單元器件布置圖

（d）電纜連接動(dòng)靜觸頭快速連接裝置的應(yīng)用

電纜連接器動(dòng)靜觸頭快速接線裝置，包括電纜接線鼻子、電纜連接器動(dòng)、靜觸頭；其中電纜線鼻子使用液壓電纜壓線器與電纜固定在一起，電纜固定好的線鼻子與動(dòng)、靜觸頭采用快速拔插機(jī)構(gòu)連接。采用動(dòng)靜觸頭快速接線裝置的電纜連接器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、成本低、電纜與動(dòng)靜觸頭連接方便可靠的優(yōu)點(diǎn)，其內(nèi)部連接構(gòu)造如圖5所示。

圖5 動(dòng)靜觸頭快速連接裝置分離示意圖

（2）主要技術(shù)參數(shù)

型號(hào)：QJGR-350/3.3；

防爆型式：礦用隔爆兼本質(zhì)安全型；

額定電壓：三相，3.3 kV；

額定電流：350 A；

額定頻率：50 Hz；

機(jī)械壽命：（萬次）100；

操作頻率：10次/小時(shí)；

起動(dòng)時(shí)間：0～30 s（可調(diào)）；

起動(dòng)電流倍數(shù)：50%～600%電機(jī)額定電流（可調(diào)）；

最大起動(dòng)力矩：起動(dòng)力矩達(dá)到被控制電動(dòng)機(jī)額定力矩的1.4倍；

軟起動(dòng)方式：?jiǎn)位芈?雙回路軟起動(dòng)、限流起動(dòng)、變頻起動(dòng)、直接起動(dòng)；

保護(hù)：過載、欠載、過壓、欠壓、堵轉(zhuǎn)和失速、不平衡、過熱、線路故障、SCR門極開路、過多起動(dòng)次數(shù)、零序電流型接地保護(hù)、絕緣監(jiān)視等。

3 QJGR-350/3.3高壓軟起動(dòng)器工作原理

QJGR-350/3.3高壓軟起動(dòng)器在起動(dòng)時(shí)采用離散變頻技術(shù)，即在保持常規(guī)晶閘管相控調(diào)壓軟起動(dòng)器主電路不變的基礎(chǔ)上，在起動(dòng)過程中，通過改變晶閘管觸發(fā)角控制，對(duì)電動(dòng)機(jī)定子相電壓頻率進(jìn)行變換，使其隨著相電壓逐漸增大，從較小的7分頻初值開始起動(dòng)，然后變?yōu)?分頻、3分頻、直至達(dá)到工頻，晶閘管退出工作，接觸器吸合完成起動(dòng)過程，由此實(shí)現(xiàn)變頻軟起動(dòng)。

本起動(dòng)器在運(yùn)行過程中應(yīng)用自動(dòng)甄別系統(tǒng)，其原始參數(shù)是由電流互感器采集的電流信號(hào)經(jīng)電流變送器轉(zhuǎn)換；由控制變壓器輸出實(shí)時(shí)電壓信號(hào)經(jīng)電壓變送器轉(zhuǎn)換后給PLC輸入端提供參數(shù)，通過與數(shù)據(jù)庫內(nèi)相關(guān)參數(shù)比較，自動(dòng)識(shí)別故障，自動(dòng)保護(hù)并實(shí)時(shí)顯示故障。

本起動(dòng)器具有(就地/遠(yuǎn)方)兩種控制方式和(單臺(tái)/聯(lián)臺(tái))兩種工作方式，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)采用了變頻起動(dòng)模式如圖6所示，該起動(dòng)提供一個(gè)大提升轉(zhuǎn)矩以克服負(fù)載的慣性。

圖6 變頻起動(dòng)

4 產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用效果

QJGR-350/3.3高壓軟起動(dòng)器于2017年10月12日在麻家梁礦14402綜采工作面刮板輸送機(jī)上進(jìn)行了為期2個(gè)半月的帶載運(yùn)行，該套設(shè)備運(yùn)行性能穩(wěn)定可靠，解決了刮板輸送機(jī)起動(dòng)時(shí)減速器、刮板等設(shè)備的機(jī)械沖擊以及電網(wǎng)沖擊這些起動(dòng)問題。

表1 具體工業(yè)性試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)工況

表2 軟起動(dòng)器各種運(yùn)行狀況測(cè)試

從運(yùn)行情況看來，達(dá)到了滿意效果，該起動(dòng)器可滿足3.3 kV供電的刮板輸送機(jī)起動(dòng)及控制要求，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）使用軟起動(dòng)器后，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)電流降低，減小了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

（2）使用軟起動(dòng)器后，選用刮板輸送機(jī)控制專用起動(dòng)方式，提供了平滑的無級(jí)電動(dòng)機(jī)加速，并且通過減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，來減輕對(duì)電機(jī)、設(shè)備的損傷。

（3）使用軟起動(dòng)器后，刮板輸送機(jī)系統(tǒng)的維護(hù)和維修量明顯減少，節(jié)約了勞動(dòng)力，節(jié)省了配件開支，提高了開機(jī)率。

（4）斷電檢修刮板輸送機(jī)電機(jī)或軟起動(dòng)器時(shí)，分?jǐn)嘬浧饎?dòng)器的隔離開關(guān)即可為其斷電，使用方便；雙出線真空接觸器可保證始終有一回路處在備用狀態(tài)。

5 結(jié)語

QJGR-350/3.3高壓軟起動(dòng)器集高電壓、大功率變頻起動(dòng)技術(shù)于一體，解決了3.3 kV供電的刮板輸送機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)引起的波動(dòng)，降低電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減少了刮板輸送機(jī)起動(dòng)的機(jī)械沖擊，供電系統(tǒng)得到了良好的保護(hù)，同時(shí)降低了設(shè)備維護(hù)量與人員投入，大幅度提高開機(jī)率，完全滿足井下實(shí)際使用要求，促進(jìn)礦井安全生產(chǎn)，該產(chǎn)品值得大力推廣應(yīng)用。