煤礦中軟啟動(dòng)器應(yīng)用探究

1、煤礦中軟啟動(dòng)器的應(yīng)用探究 -工程論文煤礦中軟啟動(dòng)器的應(yīng)用探究劉鳳富 LIU Feng-fu ;邵長龍 SHAO Chang-long ;田擁軍 TIAN Yon g-ju n（棗礦集團(tuán)田陳煤礦，滕州 277523）摘要：軟啟動(dòng)器是一種集合了啟動(dòng)、停車、節(jié)能、保護(hù)等多種功能的電機(jī) 控制裝置。這種控制裝置具有操作性強(qiáng)、成本低、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，因此在各個(gè) 領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用，近兩年，這種控制設(shè)備在煤礦的電氣系統(tǒng)中進(jìn)行了應(yīng)用， 獲得了良好的應(yīng)用效果。本文對(duì)軟啟動(dòng)器的工作原理、工作方式等進(jìn)行了介紹， 并例舉了軟啟動(dòng)器在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)例。關(guān)鍵詞：煤礦；軟啟動(dòng)；應(yīng)用中圖分類號(hào)：TM573文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

2、文章編號(hào)：1006-4311 （ 2015）17-0099-02作者簡(jiǎn)介：劉鳳富（1973-），男，山東棗莊人，工程師，注冊(cè)安全工程師， 研究方向?yàn)榘踩夹g(shù)管理工作；邵長龍（1972-），男，山東棗莊人，副總經(jīng)理， 助理工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造加工、機(jī)電修理、采煤支架修復(fù)、礦井支護(hù)用 品加工等。0引言隨著我國煤礦產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化建設(shè)工作的不斷加快，我國煤礦產(chǎn)業(yè)也越來越依 賴于電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展了。電機(jī)啟動(dòng)是一種經(jīng)濟(jì)、高效的啟動(dòng)方式，但其啟動(dòng) 的能耗量較大，是一般啟動(dòng)方式的5-7倍左右。由于啟動(dòng)方式采用的是交流電供 電的方式，在啟動(dòng)的過程中容易引發(fā)電壓的大幅度變化，影響電網(wǎng)的整體運(yùn)行， 導(dǎo)致電路設(shè)

3、備受到破壞，靈敏度降低，使用壽命下降，不僅如此，啟動(dòng)方式中產(chǎn) 生的大電流還會(huì)產(chǎn)生極大的熱量，傷害電機(jī)絕緣，降低電機(jī)壽命，另外，全壓?jiǎn)?動(dòng)模式由于作用在設(shè)備上的壓力比較大， 容易對(duì)機(jī)械設(shè)備造成傷害。要想提高電 子系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，必須尋找一種新型的啟動(dòng)方式，彌補(bǔ)啟動(dòng)方式存在的弊端， 軟啟動(dòng)器就是在這種形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生的，它具有操作性強(qiáng)、成本低、穩(wěn)定性高等 優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在了各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，尤其是煤礦行業(yè)。1軟啟動(dòng)器的工作原理軟啟動(dòng)器是集電機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能、多種保護(hù)功能于一體的電機(jī) 控制裝置，它一般是在電源與電機(jī)間置入軟啟動(dòng)器而進(jìn)行降壓?jiǎn)?dòng)的方式與過 程。軟啟動(dòng)器中最重要的構(gòu)成部分是單

4、片機(jī)， 它主要起到了降低啟動(dòng)瞬間電壓的 作用。在單片機(jī)的作用下，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)會(huì)逐漸下降，最終減小到零，從而有效 避免了因啟動(dòng)功率過大而對(duì)系統(tǒng)造成破壞的情況。其具體工作原理圖如圖1所示。軟啟動(dòng)器被廣泛應(yīng)用到了風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備中。根據(jù)適用的范圍不同，軟啟 動(dòng)器還可以分為不同的類型，較為常見的有軟管啟動(dòng)器、液態(tài)啟動(dòng)器、固態(tài)啟動(dòng) 器、磁控啟動(dòng)器等。軟啟動(dòng)器可以通過單片機(jī)控制，也可以采用多機(jī)聯(lián)合控制， 可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制也可以本地控制，還可以與其他設(shè)備進(jìn)行串聯(lián)，進(jìn)行過載保護(hù)、 過熱保護(hù)等。軟啟動(dòng)器具體分為調(diào)壓?jiǎn)?dòng)和調(diào)頻啟動(dòng)兩種啟動(dòng)方式。在調(diào)壓?jiǎn)?dòng)中，單片 機(jī)起到了主要的控制作用。單片機(jī)可以進(jìn)行觸角大小的調(diào)

5、整，并對(duì)電路中的電壓 進(jìn)行控制，從而起到調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的作用。在啟動(dòng)時(shí)，導(dǎo)管的觸角會(huì)逐漸變大， 帶動(dòng)電壓的逐漸增大，當(dāng)電壓增大的一定數(shù)值時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也開始變大，電動(dòng)機(jī)開始從零逐漸加速，直到所有的導(dǎo)管開通。調(diào)頻啟動(dòng)的模式中，主要通過控 制器來控制啟動(dòng)的過程。控制器可以控制導(dǎo)管觸角的大小以及線路聯(lián)通的順序。當(dāng)電路中的電流頻率較低時(shí)，可以使電機(jī)在較低的電壓下進(jìn)行高速的運(yùn)轉(zhuǎn)， 從而 使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得較大的轉(zhuǎn)速，克服在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的摩擦阻力。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速頻率到達(dá)50核磁時(shí)，電動(dòng)機(jī)就可以完成啟動(dòng)過程-i*T 1FV TA刈士三相電瀟 o a Ft；電Au= 3o捽任嘩聊湎壓負(fù)熬審壓忙呢圖1軟啟動(dòng)器主要

6、工件原理圖2 軟啟動(dòng)的主要啟動(dòng)方式2.1斜坡升壓軟啟動(dòng) 這是最為常規(guī)的一種啟動(dòng)方式，其啟動(dòng)電壓曲線如圖 2所示。它通過對(duì)導(dǎo)管觸角的調(diào)節(jié)來使得電流進(jìn)行函數(shù)增加。但這種啟動(dòng)方式對(duì) 于電流的控制不易把握，容易使電流產(chǎn)生瞬時(shí)的增加，對(duì)晶體管產(chǎn)生破壞。2.2斜坡恒流軟啟動(dòng)這種啟動(dòng)方式采用的是在啟動(dòng)初始階段逐漸增大電流 的方式。當(dāng)電流達(dá)到預(yù)定設(shè)置的值時(shí)，需要保持一段時(shí)間，當(dāng)啟動(dòng)完成后才能逐 漸減小電流。在增大電流的過程中，可以通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)功率的方式來進(jìn)行電流 大小的控制。當(dāng)電流增大速率過快時(shí)，就適當(dāng)減小電動(dòng)機(jī)功率，當(dāng)電流增速緩慢 時(shí)，則應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加電動(dòng)機(jī)功率。這種啟動(dòng)方式通常用于風(fēng)機(jī)、 泵這一類功率較

7、大的機(jī)器上。2.3階躍起動(dòng) 階躍式啟動(dòng)能夠在最短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)電機(jī)設(shè)備的啟動(dòng)，并且能夠通過電流的調(diào)節(jié)來起到較好的啟動(dòng)效果2.4脈沖沖擊起動(dòng) 這種啟動(dòng)方式也能在較短的時(shí)間內(nèi)完成啟動(dòng)進(jìn)程。在啟動(dòng)的初始階段需要使晶體管處于完全接通的狀態(tài)，當(dāng)線路中的通角變小時(shí)，再進(jìn)行電流恒定狀態(tài)下的軟啟動(dòng)。這種啟動(dòng)方式適用于一些摩擦力較大的設(shè)備的啟 動(dòng)。2.5脈沖恒流起動(dòng) 起動(dòng)開始有一個(gè)較大的沖擊電流，以產(chǎn)生較大的沖擊轉(zhuǎn) 矩去克服負(fù)載較大的阻轉(zhuǎn)矩，使設(shè)備能夠起動(dòng)；然后進(jìn)入恒流起動(dòng)階段，直至起 動(dòng)過程結(jié)束。沖擊電流的大小和維持時(shí)間是可以任意設(shè)定的。 這種起動(dòng)方式適用 于重載起動(dòng)的場(chǎng)合，如皮帶輸送機(jī)。電壓突擊+隈浣右閒電

8、逗拈富H琨蒂G歡3軟啟動(dòng)器在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用軟啟動(dòng)器具有體積小，安裝、操作簡(jiǎn)單，維修便捷等特點(diǎn)，并且在煤礦中能夠根據(jù)實(shí)際的啟動(dòng)要求進(jìn)行啟動(dòng)方式的調(diào)整， 對(duì)于控制啟動(dòng)電流、啟動(dòng)功率等都 有較好的效果。在啟動(dòng)過程中，能夠有效避免對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生不良的影響和損害， 提 高了電網(wǎng)整體的穩(wěn)定性和可靠性，確保了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益3.1膠帶輸送機(jī)膠帶傳輸機(jī)對(duì)于啟動(dòng)的穩(wěn)定性要求較高，而軟啟動(dòng)的方式 恰好具備穩(wěn)定性高、沖擊力小的特點(diǎn)，因而被有效地應(yīng)用在了膠帶機(jī)的啟動(dòng)中。 軟啟動(dòng)方式的應(yīng)用有效解決了傳統(tǒng)啟動(dòng)方式中刷邊、跑偏等問題，提高了傳輸機(jī) 運(yùn)行的有效性。此外，軟啟動(dòng)取消了限矩型或調(diào)速型液力偶合器， 而避免油污染、 漏油

9、、起火等不安全隱患，有效降低了設(shè)備運(yùn)行的耗油量，還延長了皮帶的使用 年限。3.2刮板輸送機(jī) 刮板輸送機(jī)在啟動(dòng)的過程中容易出現(xiàn)過載停車、啟動(dòng)難、 刮板等問題，而軟啟動(dòng)方式的應(yīng)用最大程度的解決了這些問題。軟啟動(dòng)的方式能 夠有效地消除啟動(dòng)過程中對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的沖擊力，從而防止?jié)L建、斷齒的情況發(fā)生。 此外，通過單片機(jī)的應(yīng)用，能夠有效地控制力矩的大小和啟動(dòng)功率的大小。能解 決刮板輸送機(jī)點(diǎn)動(dòng)緊鏈位移難控制的問題； 對(duì)使用雙速電機(jī)的刮板輸送機(jī)，利用 軟啟動(dòng)器可以取消一根工作面電纜、 一根順槽電纜，變雙速電機(jī)為單速電機(jī)，有 效地提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。3.3泵類負(fù)載 泵類負(fù)載在啟動(dòng)過程中容易出現(xiàn)水錘效應(yīng)，而軟啟動(dòng)

10、模式能 夠有效避免這種情況的發(fā)生，還能減少外力對(duì)水泵和管道產(chǎn)生的沖擊力。此外， 軟啟動(dòng)的方式還被廣泛應(yīng)用到了通風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)中，極大的減少了風(fēng)力對(duì)風(fēng)筒的沖擊，提高了風(fēng)筒運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。原電控系統(tǒng)一般采用直接或降壓起動(dòng)， 對(duì)大功率電機(jī)（一般在 55kW 以上）來說，起動(dòng)時(shí)間長，起動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng) 也造成較大的沖擊，甚至引起供電系統(tǒng)跳閘。而且對(duì)電機(jī)的各種保護(hù)也不齊全， 很容易燒毀電機(jī)。風(fēng)機(jī)可以借助于軟啟動(dòng)器或者變頻器完成其起動(dòng)過程。目前由于變頻器價(jià)格比較高，所以軟啟動(dòng)器就發(fā)揮了它的優(yōu)點(diǎn)。在軟啟動(dòng)器應(yīng)用的過程中，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：由于軟啟動(dòng)器的調(diào)壓調(diào)速效 率低，差動(dòng)功率損耗大，諧波影響大等，因此可以

11、適當(dāng)?shù)奶岣哕泦?dòng)器選擇容量， 一般控制在容量的30 %50 %即可。為了避免過大慣性力導(dǎo)致輸送帶上發(fā)生 煤塊滑移，以及滾筒和輸送帶打滑現(xiàn)象，需要設(shè)置合理的加速度，減少動(dòng)載荷， 通常情況下，需要把加速度控制在 0.1m/s2-0.3m/s2 。如果輸送機(jī)的距離比較 長時(shí)，可以適當(dāng)降低加速度。同樣也可以對(duì)軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行估算，假如輸送機(jī)加速度 a=0.2m/s2， 速度 Vt=2.0m/s， 可以通過t=vt/a+ S=2.0/0.2+5=15s 來設(shè)置軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)時(shí)間，式中S為時(shí)間系數(shù)，一把取值為3s6s。輸送機(jī)在多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的情況下，應(yīng)控制各電機(jī)的負(fù)荷大小， 以避免單個(gè)電機(jī)出現(xiàn)過載現(xiàn)象。該

12、過程中需要把頭部軟啟動(dòng)器設(shè)定為主機(jī)，其余設(shè)為從機(jī)，由主機(jī)控制速度，保證輸出功率平衡。多臺(tái)軟啟動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)距離一 般為1.2km。4使用軟啟動(dòng)器驅(qū)動(dòng)輸送機(jī)時(shí)應(yīng)注意的問題為適應(yīng)不同設(shè)備的啟動(dòng)要求，我國當(dāng)前研發(fā)出了多種不同類型的軟啟動(dòng)系 統(tǒng)，如液力耦合軟啟動(dòng)、變頻調(diào)速軟啟動(dòng)等。在軟啟動(dòng)器使用的過程中有幾點(diǎn)需 要進(jìn)行注意：首先，應(yīng)當(dāng)考慮到軟啟動(dòng)器使用過程中的功率損耗問題。由于電路中諧波的存在，在軟啟動(dòng)的過程中容易發(fā)生功率損耗的問題。因此在軟起動(dòng)器容量的設(shè)置時(shí)，應(yīng)當(dāng)在限定的功率值上適當(dāng)增加一定的容量，一般以超出30%左右為宜。其次，在軟啟動(dòng)過程中應(yīng)當(dāng)適量減少動(dòng)載荷，以避免啟動(dòng)過程中產(chǎn)生過大的沖力對(duì)輸送帶

13、、輸送機(jī)等設(shè)備產(chǎn)生破壞。若輸送距離較長，可以適量地減小 電動(dòng)機(jī)的加速度。第三，在啟動(dòng)的過程中應(yīng)當(dāng)確保各個(gè)電機(jī)的負(fù)荷均勻、平衡。 為此，可以將頭部的軟起動(dòng)器作為主機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的控制，其他設(shè)備可以作用 輔機(jī)，對(duì)軟啟動(dòng)器的運(yùn)行起到一定的輔助作用，保證輸出功率保持平衡。多臺(tái)軟 啟動(dòng)器之間以RS485通訊協(xié)調(diào)工作。5結(jié)語軟啟動(dòng)器具有操作性強(qiáng)、成本低、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，通過在煤礦電氣系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用軟啟動(dòng)器這種新型啟動(dòng)方式，有效地解決了啟動(dòng)方式存在的啟動(dòng)過程中 電壓不穩(wěn)、傷害電機(jī)絕緣、傷害電機(jī)、傷害機(jī)械設(shè)備的問題，能夠改善煤礦機(jī)械 設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低設(shè)備的耗用，延長設(shè)備的使用壽命，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和降 耗的目的，促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展。但軟啟動(dòng)器