礦用電動液壓挖掘機高壓電動系統研究與運用

魏學平++秦家升++廖明軍++劉凱++高見廠

摘 要：通過對6 kV高壓大功率電動機安全啟動，漏電保護，過壓過流、欠壓、缺相、過載保護，相序控制，潮濕冷凝防護，絕緣防護，潤滑系統保護，安全停止和緊急停車保護等控制的技術研究，保證電動機在高溫、高濕、高寒、低溫、高海拔等惡劣工況環境中能夠正常運轉，設計一種6 kV高壓大功率電動機安全保護控制系統，使得6 kV高壓大功率電動機應用在礦用液壓挖掘機上，替代大功率柴油發動機，作為礦用液壓挖掘機的一種動力源，保證礦用液壓挖掘機安全工作。體現礦用電動液壓挖掘機節能環保、經濟性、成本低廉、維修便捷、操作安全等優勢。

關鍵詞：電動液壓挖掘機 6 kV高壓 高壓電動機 安全保護 控制系統

中圖分類號：TU621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（a）-0026-02

礦用液壓挖掘機有著動作靈活、響應快、效率高、結構簡單、制造成本低的優點，深受大型礦山歡迎。礦用挖掘機所需動力功率大，大功率柴油發動機特有效率低，油耗高，噪音大，污染高，生產廠家少，采購成本高，現國內燃油價格高。電動機效率高，噪音低，生產廠家較多；電網單價低，使用費用低，部件采購和維護成本低；無污染，綠色環保等特點。

1 電動機的選擇

在100 t以上的礦用超大型液壓挖掘機，所需功率至少在500 kW以上，使用380 V低壓電，額定電流約在800 A，啟動電流為6～8倍額定電流，約5000 A，所需電纜粗，電氣元件體積大，價格高。選用6 kV/50 Hz作為電源，比380 V電源電流低15倍多，額定電流較低，所需元器件體積小，電纜細，有利于操作。

挖掘機總體體積較小，使用環境惡劣，現國內外高壓變頻技術主要運用于工業控制領域，占用空間大，使用環境和溫度較好，抗震能力差，成本較高等特點，不利于挖掘機上使用。

2 高壓電動機安全保護控制系統設計

礦用電動液壓挖掘機由6 kV高壓電動機轉動帶著液壓泵工作。礦用電動液壓挖掘機高壓電動機安全保護控制系統由高壓電機主回路系統、6 kV高壓系統安全保護系統、高壓電動機保護控制系統三大系統。

高壓電機主回路控制系統采用電網6 kV電源，主控制單元采用交流380 V和交流220 V，控制系統電壓全部采用DC24 V，保證操作安全性。通過主控制器對微機保護控制系統、電機溫度系統、電源檢測系統、絕緣檢測裝置等信號采集，控制主回路接觸器接通與斷開，保證電動液壓挖掘的高壓電動機安全運行，并在專用監控器顯示提示操作者。如圖1電動液壓挖掘機高壓大功率電動機安全運行保護控制系統原理圖所示。

2.1 高壓電機主回路系統

高壓電機主回路系統采用電網6 kV電源，由圖1可示，由高壓電源檢測單元9、自動真空斷路器10、高壓真空主接觸器5.和高壓電動機1形成高壓電動機工作主回路控制系統。當需要工作時，按下自動真空斷路器10，高壓電接入系統，當高壓真空主接觸器5接通時，高壓電動機1工作；否則，高壓電動機1停止。高壓電機主回路工作狀態由高壓電機保護控制系統的控制器18控制，在安全狀態下允許工作，不安全狀態禁止工作。

2.2 6 kV高壓系統安全保護系統

6 kV高壓系統安全保護系統主要包含電網沖擊保護系統和系統防觸電保護系統。

2.2.1 電網沖擊保護系統

礦用液壓挖掘機電動機采用降壓啟動方式，來降低啟動電流對電網沖擊。

2.2.2 防觸電保護系統

絕緣檢測裝置15對挖掘機上6 kV、380 V、220 V系統漏電檢測，如果發現漏電，立即斷開高壓真空主接觸器5、高壓真空輔助接觸器6和自動真空斷路器10，即斷開6 kV電源，防止車輛供電，防止電動機啟動。

2.3 高壓電動機保護控制系統

高壓電機保護控制系統電壓采用DC24V，由6 kV控制變壓器12供給，保證操作安全性。通過控制器采集和控制，通過CAN總線進行數據交互，在主監控19和操作面板顯示提示工作狀態。

2.3.1 電機過壓過流保護

通過微機保護器8對主回路電壓和電流進行采集，通過CAN總線與主控制器18進行信息交換，當主回路電壓超高、過電流、欠壓、缺相時，控制把高壓真空主接觸器5和高壓真空輔助接觸器6觸點斷開，防止電機繼續工作，燒壞電機。

2.3.2 電機防潮保護

高壓電動機1內部設計電機加熱器2、溫度傳感器3，當長時間未工作和環境溫度-10℃以下低溫，由主控制器18控制電機加熱器控制裝置16工作，電機加熱器2工作，高壓電動機1不能啟動，電機加熱器2停止工作后，才能接通高壓真空主接觸器5和高壓真空輔助接觸器6啟動高壓電動機1。

3 結語

通過對電動液壓挖掘機的高壓電動機控制系統的研究和設計，對6 kV高壓電動機啟動電流、漏電保護、過壓過流、欠壓、缺相、過載、相序反接、潮濕、絕緣損壞、潤滑缺失、安全停止和緊急停車等現象有效時時監控和保護，使得高壓電動機能夠安全運行，保證保證礦用電動液壓挖掘機能夠正常工作，來達到礦用電動液壓挖掘機操作簡單，維修便捷，安全可靠，節能環保、成本低廉的優勢。

參考文獻

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