礦井排水設備的電氣控制選擇分析

【摘 要】在工礦企業所用生產機械的系統中，礦井排水設備極為重要，它的任務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、設備安全和礦井的安全生產。正確地選擇礦井排水設備的電氣控制是個很重要的問題。要求排水設備的電力拖動系統應做到運轉安全、工作可靠、技術合理、運行經濟。

【關鍵詞】礦井排水設備；啟動；電氣控制

排水設備的拖動電動機屬長時恒載工作方式對調速無需特殊要求，也不做頻繁啟動，而且啟動后負載比較穩定，因此排水設備多采用鼠籠型電動機拖動。當電動機容量較小時，可采用直接啟動控制；當電動機容量較大時，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。對排水設備采用軟啟動方式控制進行分析。

1.排水設備的軟啟動電控設備原理

軟啟動器控制是將電力電子技術與自動控制技術相結合的設備主電路用三組反向并聯可控硅串接于供電電源與被控電動機之間。設備啟動時，由電子控制電路控制可控硅的導通角，使加在電動機端的電壓由低到高逐漸升高，電動機轉速隨之逐漸加快，直至達到額定轉速，實現電動機的軟啟動。設備停機時，則控制可控硅的關斷速度使電動機的端電壓由全電壓逐漸下降至零，實現軟停車。

在使用過程中軟啟動電控設備的故障率大大降低，基本做到免維護運行。因此軟啟動電控設備已經成為大、中型電動機的主流設備。在電網容量小、電動機功率較大時或需要軟啟動的場合，應首選軟啟動電控設備。

2.軟啟動的優點

異步電動機在直接啟動時，施加額定電壓，啟動電流將達到（5～7）I，這樣大的電流將會給供電系統造成很大沖擊，所以除小容量電動機外，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。傳統啟動方式在電動機啟動過程中都有一個線圈電壓切換的過程，這種方式對電網產生“二次沖擊”，使用軟啟動設備控制則不存在上述現象。

3.軟啟動的分類

（1）不限流軟啟動：啟動時，使啟動電流以一定斜率不斷上升，直至啟動完畢，期間對球隊電流不加任何限制；適用于，重載起動。

（2）階躍恒流啟動：啟動一開始在極短的時間里，使晶閘管接近于全導通，然后恢復至極小導通角，進行正常的恒流軟啟動；適用于，輕度時靜摩擦力距較大的場合。

（3）小斜率軟啟動：這種啟動的特點是電流上升速率緩慢；適用于，對電動機轉速、速度變化敏感的場合。

（4）恒流軟啟動啟動時，電流以一定的斜率上升至設定值其后維持恒定，直至啟動結束；這種方式應用范圍較為廣泛。

4.軟啟動設備控制停車

電動機停機時，控制晶閘管導角以一定的斜率減小，使電動機端電壓逐漸下降至零，減緩電動機停車時對機械負載的沖擊，還可根據需要引入電流負反饋。一般停車時間為0—60s。

5.軟啟動的應用范圍

（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，這種方式是用處較廣，適用面寬。其優點是電動機運行期間，電動機直接與電網相連，無諧波；旁路接觸器還可以作為一種備用控制。

（2）軟停車在泵類負載系統中，停車時軟啟動器由大到小逐漸減小晶閘管的導通角，使被控電動機端電壓緩緩下降，電動機轉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。

（3）電動機正反轉無觸電電子開關。軟啟動器串接于供電電源與被控電動機之間，當晶閘管全導通時，電動機得到全電壓，晶閘管關斷時電動機被切斷電源，其作用類似于一個無觸點電子開關。

（4）軟啟動器與PC結合組成復合功能：以一臺PC控制器與兩臺或多臺軟啟動器組合可完成一用一備，甚至多用多備的方案，與PC結合，可同時實現軟啟動、軟停車，一用一備，與中央控制室組成遙控監視系統。

大部分大型排水系統中，平時排水量不大，僅要求少量排水泵投入時，有時則要求根據水位，逐級增加投入的水泵，直至全部水泵投入運行；反之，則要求逐級減少排水水泵的數量。

6.軟啟動器與變頻控制器的差異

軟啟動器與變頻控制器均使用晶閘管模塊作為執行元件，從投資成本上變頻控制器要比軟啟動器高，變頻控制器可以實現無極調速，目前市場廣泛與廠礦也代替了直流電機。其缺點為，變頻控制器無論是交—直—交還是交—交變頻，在使用過程中始終產生諧波，影響對電網的輸變電，必須采取濾波措施。還有，變頻器的輸出與電網電源已經不是同相同序的關系，因此變頻器未與電機 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行元件，這樣電機短時間內會經歷全電壓—斷電—全電壓的再啟動過程，對穩定性要求較高的場合是不適應的。

軟啟動控制器的成本要比變頻控制器低一些，它僅在啟動與停車時投入運行使用，啟動結束，合上旁路接觸器，電機直接與電網電壓相連，因而運行期間不存在諧波的問題。啟動結束，晶閘管全導通，相當于一個電子開關合閘，導通電阻很小兩端的壓降在1—2v之間，因而并聯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。

通過對比軟啟動器與變頻控制器具有以下特點：

（1）降低機械沖擊；消除設備在啟動和停車過程中對系統的機械沖擊，降低管理系統的水錘和喘振危害。

（2）對電網的沖擊；消除設備在啟動過程中對電網的沖擊，降低啟動電流降低因啟動電流過大而造成的電網壓降。

（3）使用簡單方便；該裝置是一個完整的電動機電氣控制和保護系統，安裝時只需連接電源線和電動機負荷線便可投入運行。

（4）使用維護、維修方便；主回路采用可控硅代替傳統的機械觸點，不但工作可靠，無電弧外露，該系統還有人機交互界面，參數的設定極為方便，通過液晶顯示器顯示能準確的將故障顯示和檢測。

（5）功能可靠、保護齊全；保護范圍有過載、欠載、過壓、欠壓、電壓不平衡、失速、過熱等保護；還對系統電壓、電流、功率因數、運行時間、耗電量進行檢測，并通過系統設置數據傳輸接口和網絡接口輸送給計算機和打印機。

（6）適用范圍廣；該控制系統除由于水泵軟啟動控制外，還可在工礦的大、中型設備中作為電動機的軟啟動控制；由于該控制系統中裝有用于直接啟動的真空接觸器，在軟啟動控制系統出現故障時，可轉換為手動控制。 [科]

【參考文獻】

[1]張建國等.礦山固定設備電氣控制，中國礦業大學出版，2008.1.

[2]陳伯時.電力拖動自動控制系統，上海工業大學，2003.4.