采掘机械设备的电气控制技术

第3章 采掘机械设备的电气控制,本章讨论采掘机械设备常用的电气控制问题。 介绍有触点控制系统中常用的控制电器和控制线路图的绘制与分析方法. 井下低压控制系统中常用的磁力起动器及其控制原理. 采煤机组的电气控制、掘进工作面的风电闭锁和掘进机械的电气控制。,第一节 控制电器 用来实现电动机的启动、停止、反转和调速等控制过程。 矿山常用的控制电器有控制器、主令电器、继电器和接触器等。下面我们简要介绍有关控制电器。,一、接触器 接触器是一个由电磁铁带动的开关：在控制电路中，它起着接通或切断电动机主电路的作用。接触器有直流和交流两种，直流接触器一般做成单极的，交流接触器则一般做成三极的。,二、继电器 继电器是一种灵敏的小型自动控制电器。它能反映某些机电参数的变化(如电流、电压、时间、压力等)，并用其接点断开或接通电气回路，达到控制目的。,1电磁式电流或电压继电器 它由线圈、铁心、衔铁、接点等组成。按线圈通过电流种类的不同可分交流和直流两种；按功用不同，最常用的为电流和电压两种。,2电磁式时间继电器,三、主令电器 在控制电路中，起着发号施令作用的电器称为主令电器。按钮、万能转换开关、终端开关和主令控制器等均属主令电器。,四、控制器 控制器是一种具有很多接点的转换开关。用来直接控制直流电动机或绕线式感应电动机的主电路，使电动机进行启动、制动、反向和调速等。目前广泛应用的有鼓形控制器与凸轮控制器。 1鼓形控制器,2凸轮控制器,第二节 控制线路图的绘制原则及分析方法 控制线路图通常分为原理接线图和安装接线图。原理接线图是说明控制线路的工作原理的，图中各电器元件一般不按其实际位置绘制；安装接线图是供控制线路的安装、维修用的，图中各电器元件都按实际位置绘制。,为使控制线路图绘制统一，一般应按下列原则进行： (1)把全部电路分成主回路、控制回路和辅助回路。电动机等强电流电路属主回路，接触器和继电器线圈等小电流电路属控制回路，其他如信号、测量等电路属辅助回路。 主回路一般画在图纸的上方或左方，用较粗的线绘出；控制或辅助回路用较细的线，画在纸的下方或右方；控制回路电源线垂直画在两侧，各并联支路平行地画在两控制电源线之间，排列顺序应尽量符合电器元件的动作顺序。,(2)图中各电器元件应按规定的图形符号和文字符号表示。同一电器元件，必须用相同的文字符号。例如有两个相同的接触器KM，可用lKM、2KM表示。一个继电器有一个线圈K和三个接点，则接点可表示为K1、K2、K3。 (3)电路中的接点位置按线圈不通电(或未加外力)时的位置画出。,第三节 矿用隔爆磁力起动器 隔爆磁力起动器是一种组合电器，它主要由隔离开关、接触器、熔断器、过热过流继电器、按钮等组成，装在隔爆外壳中，用来控制和保护电动机。,一、QC83系列隔爆磁力起动器 本系列隔爆磁力起动器，用于有瓦斯或煤尘爆炸危险的矿井中，控制保护低压电动机。它包括以下型号：Qc8380、Qc8380N、Qc83120、QC83225型。,1QC8380型磁力起动器 这种起动器可以用来控制40kW(电网电压为660V时)或30kW(电网电压为380V 时)以下的鼠笼型电动机，如井下的小型输送机、局部通风机和小水泵等。,2 QC83-80N型可逆磁力控制器 这种起动器是用来控制需要经常正、反转的机械，如井下小绞车等。它相当于两个QC83-80型起动器组合在一个隔爆外壳内，外壳的前后各有一个转盖。起动器本身只有一个停止按钮STP,必须外接一个向前(FW)、向后(BW),停止(1STP)三联按钮。如图所示为这种起动器的接线图。图中1KM为正转接触器，2KM为反转接触器。下面说明它的控制过程。,1 正转控制 2 反转控制,3 . QC83-120 ( 225 )型磁力起动器 它包括120A和225A两种，它们的机械结构与电气线路完全一样，只是额定容量不同。一般用来控制大容量输送机或采煤机组。 与QC83-80型磁力起动器相比较，这两种磁力起动器有如下特点:,(1) 由于起动器容量增大，接触器接点容量增大，因而其电磁铁容量要求相应增大。为了不增大电磁铁体积，故将接触器线圈的电压由36V增大到380V(660). 按煤矿安全规程要求，井下控制回路电压不得超过36V，故控制回路中增加36V中间继电器，用它的接点控制接触器线圈。,(2) 保护比较完善。采用过热-过流继电器。 如图所示为QC83-120 (225 )型磁力起动器原理展开图。,二、QCKB型千伏级磁力起动器 它适用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的矿井中，作为交流电压在1140以下的三相鼠笼型电动机启动、停止、换向用。起动器具有失压、过载、断相、短路等保护，并具有漏电闭锁功能。其控制电路为本质安全型，根据需要可实现就地、远距离和程序控制。,1，结构特点及技术数据 QCKB30型磁力起动器的外形如图所示;它由外壳、芯子和托架三部分组成。外壳由圆形主腔4和焊接在其上方的接线箱1组成。接线箱左右两侧有主回路喇叭口3，前面有控制回路喇叭口2,箱内有对应的接线柱，供电缆连接之用。主腔前面是大盖，大盖采用提升门式结构;盖上有观察孔6，供观察显示各种故障的灯光指示。主腔左面有打开大盖用的提升机构11，右面装有隔离开关手柄5，机械连锁杆7和按钮8。为了安装和移动方便，整个外壳装在托架10上。在托架上装有外接地螺钉9.,主腔右面的隔离开关操作手柄5，对300A起动器有分闸，正、反合闸和正、反试验5个位置。手柄置于试验位置时，可在主回路不送电的情况下对控制保护回路进行试验。对其他规格的起动器，手柄只有分闸和正、反合闸3个位置。隔离开关与主腔大盖间有机械闭锁，只有当它在分闸位置时才能打开大盖，而大盖打开后则隔离开关合不上闸。隔离开关与接触器间有电气闭锁，保证在正常情况下，隔离开关为无载操作。,主腔大盖采用提升门式结构，开启比较方便。开启大盖前，事先按下停止按钮，把隔离开关手柄置于分闸位置，解除隔离开关与大盖的机械闭锁;然后提起机械手把，其上的凸轮便将大盖抬起，使弧形爪彼此脱离，大盖便可绕左侧转轴旋转打开。关合大盖的过程与此相反。大盖关紧后，分别依靠主腔法兰和大法兰上的弧形爪来保证主腔的隔爆间隙，使之满足隔爆要求。,主腔内的后上部装着隔离开关本体，其电源侧接线端子前面装有电源警戒板，以防触电。其伸出外壳的手柄，除有分合闸指示外，还有限位装置，用来实现对电动机转向的记忆和防止快速反向的误操作。主腔后下部装着降压变压器。为了使起动器能在不同电压等级的网络上工作，变压器原边设有1140V与660V或660V与380V的抽头，以便于改接。变压器副边具有各种必要的低压输出，以供控制、保护回路之用。,起动器的其他元件均装在可抽出的芯子上。芯子能灵括地在主腔内的V形导轨上滑动，可动的芯子与不动的壳体的电气连接，主回路用触头连接，控制保护回路用插销连接。整个芯子推进壳内以后，用两个螺钉把它固定在壳体上，形成一个整体。,三、常用隔爆磁力起动器的特点及技术数据 国产隔爆磁力起动器除上面介绍的两个系列外，还有一些其他型号的磁力起动器，下面简要介绍其特点。,1. DQZBH-300/1140型千伏级真空磁力起动器 它是隔爆兼安全火花型、采用抽芯式结构的磁力起动器。起动器壳体上装有真空隔离开关、按钮等，其他电气元件安装在抽屉式芯架上。 抽屉式芯架上主要装有真空接触器及控制保护组件。真空接触器主要由真空开关管(装有动静触头的真空灭弧室)和开关操作系统组成。由于真空开关灭弧性能好，维修工作量很小，近来真空磁力起动器得到了推广使用。目前，己有部分仪83型系列磁力起动器的空气接触器用真空接触器取代(由厂家提供真空接触器，使用单位自行改装)。,真空磁力起动器的控制保护组件包括控制电路和保护电路部分。控制电路由本质安全先导控制电路、中间控制电路和接触器控制电路组成。保护电路由电源组件、过流保护分压器组件、过流保护组件、漏电闭锁组件、延时组件以及真空灭弧室漏气闭锁拉力继电器等组成。控制保护组件可实现单台就地控制和远距离控制多台连锁控制，当开关合闸前负载回路绝缘水平不好(漏电)可实现漏电闭锁;当过负荷、短路及真空灭弧室漏气时可使开关跳闸。,2. QC815型系列隔爆磁力起动器 这种磁力起动器有30A和80A两种，与(QC83-80)型基本相同。不同处是隔爆主腔内的芯架可以抽出，便于检修;同时30A起动器设有热继电器作为过载保护。,3. QC810型系列隔爆磁力起动器 这种与QC83型系列比较，其隔爆主腔中的芯架可以抽出，便于检修;采用了热继电器作为过载保护，熔断器作为短路保护元件，控制回路为直流(半波整流)本质安全型电路，安全、可靠。,4.DQBH型隔爆磁力起动器 它是隔爆兼本质安全型的起动器，采用方形外壳和抽屉式芯架。控制回路为直流本质安全回路;短路保护采用熔断器，过载、断相保护采用热继电器。,5. BQD10型系列隔爆磁力起动器 这是QC系列磁力起动器之后生产的广泛用于380/660V系统的一类磁力起动器。起动器主要由交流接触器(空气式为K，真空式为Z),隔离换向开关、控制变压器、控制按钮、熔断器、保护组件及隔爆外壳组成。外壳为圆筒转盖式结构，转盖与隔离开关的手柄互相闭锁，可逆式的具有机械连锁和电气连锁。起动器采用JDB综合保护器，具有过载、断相、短路、漏电闭锁等故障保护。,6.QJZ系列隔爆兼本质安全型磁力起动器 它是用于660/1140V系统的一类磁力起动器。起动器主要由方形隔爆外壳、和门上芯子等三部分组成。起动器采用本质安全型控制系统，具有过载、断相、短路、漏电闭锁、过电压等保护。,常用国产磁力起动器的主要技术数据见表所示。,第四节 采煤机组的电气控制 一、单滚筒采煤机组的电气设备及其控制 1. 工作面电气设备的布置 如图所示为单滚筒采煤机组工作面电气设备布置示意图。,机械化采煤工作面的电气设备工作环境恶劣(空气潮湿、涌水量较大和存在着瓦斯、煤尘爆炸危险)，工作空间狭窄，设备移动频繁，设备容量较大且负荷变化大，故对电网冲击大。因此要求:电网容量要大，供电质量要好，供电安全、可靠;工作面电气设备应采用隔爆型或本质安全型;电动机要有大的启动力矩，小的启动电流，强的过负荷能力和较高的功率因数。,2:MLQ1-80型单滚筒可调高采煤机的电气设备 1) DMB-60型隔爆电动机 它的长时工作容量为60KW，小时工作容量为80KW;额定电压为380V/660V电动机采用外部风冷式，靠牵引部端转子轴上的风扇进行冷却;电动机放在采煤机电动机部的隔爆外壳中，侧面隔爆空腔内有电动机端子，两端分别为牵引部和截割部。,2） DH-3型换向开关(管制器) 装在采煤机左侧的隔爆腔内，其作用是使采煤机电动机换向，但必须在断电情况下进行。它是一个鼓型控制器，由两组固定接点、一个鼓型凸轮轴组成的可动接点及附属装置(闭镇开关、微动开关、灭弧罩等组成。如图所示为管制器接点展开示意图。,由图 可知，管制器手把有三个位置(正、反、停)，若图示为“正转”位置，则当凸轮转到“反转”位置时，可动接点上部翻转到下部，就实现了电动机的换向。微动开关接在磁力起动器的远方操作回路中，通过闭锁装置使管制器主接点与辅助接点(微动开关)之间实现电气闭锁，即在接通时管制器主接点在先，辅助接点在后;在断开时辅助接点在先，主接点在后。这样就可保证用放在平巷中的磁力起动器接通、切断采煤机的负荷电流，保证不在工作面直接接通采煤机，以利安全。,3)接线盒(电缆引进箱),3. 采煤机的单独控制系统 由于采煤工作面的条件恶劣，故对采煤机组的控制提出以下要求: 第一，应有零电压保护，以防止电动机自启动而造成事故。 第二，能在采煤机上远距离停止输送机，以保证生产安全。 第三.最好不在工作面内切断负载电流，以免造成爆炸事故。,采煤机组的控制系统图,采煤机组的控制过程如下所述。 1 准备启动 2 启动 3停止,4 采煤机组与工作面输送机的联合控制,第五节 掘进机械的电气控制 一、掘进工作面的风电闭锁装置 煤矿安全规程第一百二十八条规定:使用局部