礦用電機保護裝置

楊林

摘 要：本文介紹了一種在煤礦爆炸性氣體環境下使用的礦用電機保護裝置的系統原理與應用原理，該裝置可以在隔爆電控箱外使用，對單臺或多臺電機進行保護。

關鍵詞：爆炸性環境；礦用電機；保護裝置

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A

1.背景技術

現有礦用電機保護技術是依靠可編程控制器、電流傳感器、溫度傳感器、漏電流傳感器以及模擬量變送器等裝置構成的硬件電路，通過電流傳感器、溫度傳感器輸出模擬量信號，將模擬量信號送至模擬量變送器，再由變送器變為可被可編程控制器識別的標準信號，然后傳給可編程控制器進行控制輸出觸點，從而控制電機停止。

現有的技術有幾個不利的因素：

①增加了可編程控制器的控制點數造成經濟成本的增加。

②由于煤礦掘進機的電控箱體積受整機的限制，只能做得很小，所以增加的可編程控制器的模塊（因體積是固定的）會造成電控箱內空間的壓縮不利于其他電器元件的安裝。

③由于模擬量變送器和傳感器之間的距離有要求，距離大了會造成信號的干擾產生失真現象，從而對可編程控制器的安裝位置也會造成限制。

2.結構

該電機保護裝置外殼采用整體注塑形式，在滿足《GB 3836.4-2010爆炸性環境第4部分：由本質安全型“i”保護的設備》標準的沖擊要求的情況下，整體質量相比鋼板焊接形式大大降低。提供4個同規格的電纜引入裝置，電纜引入裝置采用航空插頭形式，可以快速完成電纜插拔工作。有一個報警故障顯示窗，采用鋼化玻璃防護。外殼整體的防護等級可達到IP65。內部為一塊電路板集成，固定在底板并采用澆封形式，抗震和散熱性能良好。可以固定到礦用電機上且不需要加裝減震裝置。

3.系統原理

該電機保護裝置集成了電流傳感器、信號變送器、漏電流檢測等元器件的功能，可以獨立完成電流、電壓、線圈的對地電阻、線圈的繞組溫度信號的采集。由PIC16系列單片機、放大和濾波電路、光電耦合電路、MAX7219系列數碼管顯示電路等電子電路組成，系統原理框圖如圖1所示。

該電機保護裝置通過接線將電機的電流信號、溫度信號、電壓信號、對地阻值采集到電機保護裝置中，濾波、放大、數模轉換電路將采集到的信號處理成PIC單片機可以接受的標準二進制信號，而當采集到的信號出現如下情況時，PIC單片機會輸出一個數字量的信號，通過光電耦合電路隔離后控制中間繼電器的線圈，進而切斷電機的供電電源：當電機的實際電流達到電機額定電流的1.5倍、3倍、6倍、8倍時，分別執行延時20min、4min、5s、0.4s后；當電機的溫度開關動作或者預埋PT100電阻值達到158Ω（即：電機溫度150°）時；當電機的實際電壓超出85%～115%額定電壓時；當電機啟動線圈繞組對地電阻值小于22kΩ時。電機因上述故障被切斷電源后，在電機保護裝置數碼顯示窗可以看到顯示的故障代碼，通過故障代碼可以得知電機發生的故障，并且該故障可具有鎖定功能，必須通過控制按鈕復位后才能進行下次電機啟動操作。

4.應用原理

該電機保護裝置的應用原理如圖2所示。將該電機保護裝置固定在電機上或電機附近具有固定空間的位置，將用于采集電流、電壓、溫度和對地電阻的電纜分別接到電機的相應位置上，保護裝置的輸出端接到中間繼電器線圈上，電源端接到本安電源上。

在每次啟動電機之前，保護裝置都會先檢測電機繞組的對地電阻值，對地電阻值大于22kΩ時，保護裝置將運行電機啟動，否則將禁止電機啟動并鎖定故障。在電機啟動后，保護裝置將斷開對地電阻檢測電纜，并對電機運行過程中的電流、電壓和溫度信號進行檢測，如無故障則每隔2小時保存一次所檢測到的數據，如出現故障則切斷電機電源并鎖定故障。

該電機保護裝置必須放在電機上或電機附近，是因為采集信號的電纜離采集源越遠采集到的信號越容易失真，這在控制過程中是不允許的。

結語

與已有技術相比，該裝置的優點在于結構簡單，效果顯著，成本低廉，工作穩定、可靠。應用在保護礦用電機上可有效的節約成本、提高系統的穩定性、使電氣安裝更具有靈活性。

參考文獻

[1]江和. PIC16系列單片機C程序設計與PROTEUS仿真[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.

[2]謝峰然. PIC單片機原理及程序設計[M].北京：清華大學出版社，2013.

[3]丁鎮生.電子電路設計與應用手冊[M].北京：電子工業出版社，2013.

[4] GB 3836.1-2010，爆炸性環境第1部分：設備通用要求[S].

[5] GB 3836.4-2010，爆炸性環境第4部分：由本質安全型“i”保護的設備[S].