矿井排水设备的电气控制选择分析

【摘 要】在工矿企业所用生产机械的系统中，矿井排水设备极为重要，它的任务就是将矿井水及时地排至地面，确保井下工作人员的人身安全，、设备安全和矿井的安全生产。正确地选择矿井排水设备的电气控制是个很重要的问题。要求排水设备的电力拖动系统应做到运转安全、工作可靠、技术合理、运行经济。

【关键词】矿井排水设备；启动；电气控制

排水设备的拖动电动机属长时恒载工作方式对调速无需特殊要求，也不做频繁启动，而且启动后负载比较稳定，因此排水设备多采用鼠笼型电动机拖动。当电动机容量较小时，可采用直接启动控制；当电动机容量较大时，通常采用电抗器或自耦变压器降压启动方式或采用软启动方式控制。对排水设备采用软启动方式控制进行分析。

1.排水设备的软启动电控设备原理

软启动器控制是将电力电子技术与自动控制技术相结合的设备主电路用三组反向并联可控硅串接于供电电源与被控电动机之间。设备启动时，由电子控制电路控制可控硅的导通角，使加在电动机端的电压由低到高逐渐升高，电动机转速随之逐渐加快，直至达到额定转速，实现电动机的软启动。设备停机时，则控制可控硅的关断速度使电动机的端电压由全电压逐渐下降至零，实现软停车。

在使用过程中软启动电控设备的故障率大大降低，基本做到免维护运行。因此软启动电控设备已经成为大、中型电动机的主流设备。在电网容量小、电动机功率较大时或需要软启动的场合，应首选软启动电控设备。

2.软启动的优点

异步电动机在直接启动时，施加额定电压，启动电流将达到（5～7）I，这样大的电流将会给供电系统造成很大冲击，所以除小容量电动机外，一般都采取不同启动方式以降低电动机的启动电流，传统的方式有Y―△启动、串电抗器启动、自耦变压器启动、延边三角形启动等。传统启动方式在电动机启动过程中都有一个线圈电压切换的过程，这种方式对电网产生“二次冲击”，使用软启动设备控制则不存在上述现象。

3.软启动的分类

（1）不限流软启动：启动时，使启动电流以一定斜อ率不断上升，直至启动完毕，期间对球队电流不加任何限制；适用于，重载起动。

（2）阶跃恒流启动：启动一开始在极短的时间里，使晶l管接近于全导通，然后恢复至极小导通角，进行正常的恒流软启动；适用于，轻度时静摩擦力距较大的场合。

（3）小斜率软启动：这种启动的特点是电流上升速率缓慢；适用于，对电动机转速、速度变化敏感的场合。

（4）恒流软启动启动时，电流以一定的斜率上升至设定值其后维持恒定，直至启动结束；这种方式应用范围较为广泛。

4.软启动设备控制停车

电动机停机时，控制晶闸管导角以一定的斜率减小，使电动机端电压逐渐下降至零，减缓电动机停车时对机械负载的冲击，还可根据需要引入电流负反馈。一般停车时间为0―60s。

5.软启动的应用范围

（1）将断路器、软启动器、旁路接触器和控制电路组成电动机控制中心，这种方式是用处较广，适用面宽。其优点是电动机运行期间，电动机直接与电网相连，无谐波；旁路接触器还可以作为一种备用控制。

（2）软停车在泵类负载系统中，停车时软启动器由大到小逐☭渐减小晶闸管的导通角，使被控电动机端电压缓缓下降，电动机转速有一个逐渐降低的过程，这样就避免管路里流体动量的急剧变化，抑制“水锤”效应。

（3）电动机正反转无触电电子开关。软启动器串接于供电电源与被控电动机之间，当晶闸管全导通时，电动机得到全电压，晶闸管关断时电动机被切断电源，其作用类似于一个无触点电子开关。

（4）软启动器与PC结合组成复合功能：以一台PC控制器与两台或多台软启动器组合可完成一用一备，甚至多用多备的方案，与PC结合，可同时实现软启动、软停车，一用一备，与中央控制室组成遥控监视系统。

大部分大型排水系统中，平时排水量不大，仅要求少量排水泵投入时，有时则要求根据水位，逐级增加投入的水泵，直至全部水泵投入运行；反之，则要求逐级减少排水水泵的数量。

6.软启动器与变频控制器的差异

软启动器与变频控制器均使用晶闸管模块作为执行元件，从投资成本上变频控制器要比软启动器高，变频控制器可以实现无极调速，目前市场广泛与厂矿也代替了直流电机。其缺点为，变频控制器无论是交―直―交还是交―交变频，在使用过程中始终น产生谐波，影响对电网的输变电，必须采取滤波措施。还有，变频器的输出与电网电源已经不是同相同序的关系，因此变频器未与电机 分离前，不能先合上旁路接触器，必须先将变频器与电机 断开，再合上旁路接触器，否则会烧毁变频器的执行元件，这样电机短时间内会经历全电压―断电―全电压的再启动过程，对稳定性要求较高的场合是不适应的。

通过对比软启动器与变频控制器具有以下特点：

（1）降低机械冲击；消除设备在启动和停车过程中对系统的机械冲击，降低管理系统的水锤和喘振危害。

（2）对电网的冲击；消除设备在启动过程中对电网的冲击，降低启动电流降低因启动电流过大而造成的电网压降。

（3）使用简单方便；该装置是一个完整的电动机电气控制和保护系统，安装时只需连接电源线和电动机负荷线便可投入运行。

（4）使用维护、维修方便；主回路采用可控硅代替传统的机械触点，不但工作可靠，无电弧外露，该系统还有人机交互界面，参数的设定极为方便，通过液晶显示器显示能准确的将故障显示和检测。

（5）功能可靠、保护齐全；保护范围有过载、欠载、过压、欠压、电压不平衡、失速、过热等保护；还对系统电压、电流、功率因数ภ、运行时间、耗电量进行检测，并通过系统设置数据传输接口和网络接口输送给计算机和打印机。

（6）适用范围广；该控制系统除由于水泵软启动控制外，还可在工矿的大、中型设备中作为电动机的软启动控制；由于该控制系统中装有用于直接启动的真空接触器，在软启动控制系统出现故障时，可转换为手动控制。 [科]

【参考文献】

[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统，上海工业大学，2003.4.