矿用风机开关电气原理矿用电气无触点开关的研究

时间：2019-04-11 03:22:18　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　摘要：目前，我国矿井采用的开关器件多为交流接触器，动作易产生火花，当瓦斯遇到电气火花具有爆炸的可能，这直接威胁矿井和工人的安全。采用无触点电气开关取代有触点的各类接触器是避免电气火花的有力措施。
　　关键词：无触点开关；固态开关；电动机综合保护器
　　中图分类号：TM564 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 08-0000-01
　　我国是产煤用煤的大国，煤炭是支持我国国民经济生活的主要能源，同时，煤炭行业本身用煤需求较大，因而，环保、安全产煤用煤，加快煤矿现代化进程，提高井下的安全生产，提高工作效率非常重要。
　　煤矿井下工作复杂，环境恶劣。现有的常规可控开关都是由交流接触器、真空开关、或者油开关与继电器或电源操作机构构成，由于自身物理结构的限制，在机械动作时，其开断容量很难在此基础上进行大幅度的提高和技术更新。并且，其动、静触头分开时，引起的电弧会延长电气开关的动作时间以及速度。
　　因此，研究新型无触点电气开关来取代传统“线圈—簧片触点式”继电器，以实现容量更大、性能更优的开关技术来迅速投切电气设备变得迫不及待。
　　一、煤矿井下电气开关发展及特点
　　根据井下的电气控制开关的发展和使用情况，介绍几种典型电气控制开关，结合目前煤矿井下生产发展所需要求，分析比较其技术特点。
　　（一）QC83-80型磁力启动器。QC83-80型磁力启动器为传统的启动器。在我国井下使用时间较长。其控制特点是主回路电源电压是660V或380V，控制回路的电压是36V，属于低电压控制高电压，小电流控制大电流。
　　由于井下含有的有害气体的浓度较高，且电机的启动会伴有电磁火花，易引起瓦斯爆炸。因此逐渐淘汰QC83-80型磁力启动器，而采用真空开关替代传统的“线圈—簧片触点式”接触器，来避免电弧火花引起的危害，加强煤矿井下系统运行的可靠性。
　　（二）QC83-120(225)Z型真空磁力启动器。QC83-120(225)Z型真空隔爆型电磁启动器是一种组合电器，主要由隔离开关、接触器、熔断器、继电保护装置、按钮等元件组成，并将其装在隔爆外壳中，用来控制和保护电动机。
　　传统QC系列启动器使用真空接触器其分断能力大小、触点易烧损和熔焊，且开关维修量大，所以逐渐不能适应生产的需要。为此，《煤矿安全规程》规定：井下40KW及以下的电动机，应采用真空电磁启动器控制。
　　1.真空接触器原理。QC83-120(225) Z型真空磁力启动器与QC83 -80型磁力启动器主要区别，用了真空接触器来替代传统的接触器。这是由于利用真空灭弧的原理，用来频繁接通和断开正常工作电流，其熄弧能力强，耐压性能好，操作频率较高，触头寿命长，无电弧外喷的优点，适合在防爆场合使用。
　　2.真空磁力启动器的局限性。由于真空接触器的真空灭弧室在制造过程中，对工艺的要求较高，若工艺不良，则造成真空磁力启动器的失效，会导致失去防爆性能而引发的瓦斯爆炸。因此，想从根本上解决无电气火花产生的可能性上来说，真空磁力启动器作为电气开关控制元件，对电路的控制中还是存在一定的局限性。
　　二、基于PLC的矿用无触点电气开关的研究
　　（一）系统设计框图。本设计从系统控制运行的安全稳定性出发，旨在能从根源上切断电弧产生的可能，采用固态开关作为控制开关，结合PLC控制，以及必要的外围电路，设计出适合煤矿井下无触点电气开关控制电路。
　　（二）固态开关。本设计的创新部分在于，利用固态开关较好的解决电气开关机械动作时引起电弧火花的问题。
　　固态开关优越性表现在：没有拉弧现象，不会因电弧短路引起的短路问题产生火灾事故；不采用触点电器的电磁线圈，能极大程度地降低电能的损耗；即使频繁的起动，也不会发生由于开关故障引起造成的损失；由于没有任何可动的机械部件和机械动作，固态开关由电路状态来变换实现通、断功能；寿命长、噪声小、灵敏度高、控制方便、受电磁干扰小；交流型SSR采用过零触发的技术，使得固态继电器能直接作用在计算机输出接口上。对于节约金属类资源具有一定积极性。
　　（三）JDB电机综合保护器。其工作原理是将电动机综合保护器串接于电动机电源回路中，通过采集电源回路的电流、电压等到信号来反映电动机的运行状态、工况。通过微型计算机的应用使其功能非常强大。装设电动机保护器，能保证在大型电动机出现断相和过流运行时及时切断工作电源，保护电动机免受损坏。
　　（四）双向可控硅控制固态开关。本设计选用双向可控硅控制固态开关。双向可控硅是适用于远距离频繁操作场合的理想半导体开关，具有通、断负载电流的能力，能有效的消除接点颤动的问题。此外，由于双向可控硅总是在电流过零时关断，因此具有元件数量少，电弧不易产生的优点。
　　三、PLC与固态开关的应用
　　Plc与固态开关结合使用，能直接与计算机接口相连驱动负载，简化了外部接线。动作过程为，合上开关，给液晶触摸屏一个启动的命令，Plc控制双向可控硅固态开关，固态开关得到触发信号导通，从而带动负载运行。同时，相应的继电保护模块检测电路运行，伴有漏电闭锁、断相、过载、短路等保护。
　　四、结束语
　　本文提出了，采用无触点电气开关来替代传统交流接触器、真空接触器等有触头的电气开关作为煤矿井下系统的控制开关部分，旨在实现对矿井现代化的控制与管理，能实现从根源上解决煤矿井下电气火花、粉尘所带来的安全隐患问题。同时无触点电气控制更加符合当今煤矿工业的发展趋势，因此，研究矿用无触点电气开关具备可行性研究价值。
　　参考文献：
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　　[2]何永平,吴旭,刘广田,张丽晓,薛建东.浅议矿用隔爆按钮（开关）现状及展望,2004.
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　　[4]穆永保,张建成.IGBT型固态开关技术的研究,2006
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　　[7]GB 3836-2000,爆炸性气体环境用电气设备[S]
　　[8]王兆义,杨新志.小型可编程控制器实用技术,第二版,2006
　　[作者简介]
　　贾传圣（1962-），男（汉），江苏徐州人，江苏师范大学教研室主任，研究方向为风光互补发电、电力电子与电气传动。

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