第七章常用电气设备控制电路

第七章常用电气设备控制电路 第一节矿井提升机TKD-A电控系统第二节同步电动机电控系统第三节摇臂钻床电气控制第四节电牵引采煤机电气控制系统

第一节矿井提升机TKD-A电控系统 矿井提升机电控系统对提升机安全、合理的运行起着保证作用，因此，要求电控系统元件可靠，线路设计合理，具有完善的保护和闭锁，操作灵活方便。我国已经定型生产了几种提升机电控系统，这里重点介绍与JK型绞车相配套的TKD-A电控系统。一、提升机的基本控制原理提升机的电控系统要保证提升机严格按速度图运行。本节仅以竖井箕斗提升为例，介绍单绳缠绕式提升机六阶段速度图的电控系统。　提升过程：由于加速、等速、减速及爬行各个运行阶段的速度及拖动力变化规律不同，因此各阶段的控制方式也不完全相同。 1、起动加速阶段：提升机的电动机接通电源时，因转子串入较大预备级电阻Rpr1，其拖动转矩为三分之一负载转矩，所以箕斗仍处于静止状态，仅能拉紧钢丝绳和消除减速机齿轮的啮合间隙。当切除第一段预备电阻Rpr1时，电动机运行在第二预备级电阻Rpr2的特性曲线上，如图7-1中的a′至Si段，这一段正是完成速度图上的初加速。主加速是通过逐渐切除起动电阻r1、r2……r6来完成，如图7-1中的Si→S11→S21→S12→S22…… Q。Q点为电动机固有特性曲线上对应于负载转矩ML的工作点，此时，提升机达到最大提升速度Vm，完成了此阶段的运行。

加速阶段的控制原则：可采用电流的或时间的，一般采用以电流为主附加时间的控制原则。在摩擦轮提升电控系统中，为了限制加速度，满足防滑要求，则采用电流和时间平行的控制原则。加速阶段的控制原则：可采用电流的或时间的，一般采用以电流为主附加时间的控制原则。在摩擦轮提升电控系统中，为了限制加速度，满足防滑要求，则采用电流和时间平行的控制原则。 2、等速阶段：提升机运行在Q点(图7-1)，转速接近电动机额定转速，不需进行任何控制。 3、减速阶段：提升机减速可采用以下四种控制方式。 (1)当减速阶段提升系统的惯性力小于负载力时，应采用电动机减速方式。此时，司机可根据减速要求，依次向电动机转子回路串入电阻，其减速过程按图7-1中的折线Q→1→2→3……→15进行。电动机仍按电动方式运行，但由于电磁转矩小于负载转矩ML，故提升机只能作减速运行。 (2)当提升系统的惯性力等于负载力时，可采用自由滑行减速。此减速方式是把电动机从电网上切除，依靠惯性滑行减速，由于电动机已断电，不必从特性曲线上分析。这种控制方式简单易行，不消耗电能，比较经济。 (3)当提升系统惯性力大于负载力时，必须采用制动方式减速。如所需制动力不大时，可采用机械制动；若减速阶段负力较大，应该采用电气制动。

(4)提升机常用的电气制动方式有动力制动和低频发电制动。(4)提升机常用的电气制动方式有动力制动和低频发电制动。 动力制动能获得足够的制动力，且调节控制简单，因而得到了广泛应用。当提升机进入减速运行点时，首先断开电动机的交流电源，并通入直流电，电动机便开始动力制动。制动转矩的大小可用励磁电流和转子附加电阻来调节。动力制动特性曲线如图7-1所示。 当采用低频发电制动减速时，减速一开始应将电动机从50Hz的工频交流电源切除，并通入2.5～5Hz的低频三相电源。此时，电动机机械特性下移，同步转速为n0′(n0′＝，为低频电源的频率)。低频制动特性曲线如图7-1所示。图7-1 提升电动机的机械特性图

4、爬行阶段：采用箕斗提升时，为了使箕斗安全、平滑地进人卸载曲轨，提高停车的准确性，设置了一个低速爬行阶段。我国目前交流拖动的爬行控制有三种方式，即脉动爬行、微机拖动爬行和低频爬行。4、爬行阶段：采用箕斗提升时，为了使箕斗安全、平滑地进人卸载曲轨，提高停车的准确性，设置了一个低速爬行阶段。我国目前交流拖动的爬行控制有三种方式，即脉动爬行、微机拖动爬行和低频爬行。 (1)微拖动爬行是在进入爬行阶段时，将主电动机与电网断开，提升机改由一台小容量的交流电动机拖动。当动力制动结束时，提升速度已下降到爬行速度，开始低速稳定运行，完成了爬行阶段的控制。 (2)脉动爬行是一种传统的控制方式，当提升机减速至爬行阶段时，利用速度继电器自动控制电动机断续通电，使提升速度保持在0.5～1.5m/s之间，其控制过程如图7-2所示。图7-2 脉动爬行阶段电动机特性

二、电控系统的组成及作用 TKD-A电控系统组成：主要由高压开关柜、高压换向器、主电动机、磁力控制站、操纵台、动力制动电源柜、测速发电机、液压站、润滑站、起动电阻等部分组成。整个电路如图7-3所示（P140-141），主要元件名列于表7-1（P142）。 1、主电路：指主电动机的定子和转子回路，用以给主电动机供电和电动机换向及保护。 (1)定子回路电动机的定子绕组经高压隔离开关QS1、高压油断路器QF和高压换向器与6KV高压电源相联。 (2)转子回路电动机转子回路附加八段电阻，其接入与切除分别由八个加速接触器K1V～K8V进行控制。 2、测速回路：用以测量提升机的转速并进行过速保护。测速回路的核心元件是测速发电机BR，它由主电机拖动，其输出电压和极性反映了提升系统实际速度和旋转方向。在测速回路内接有八个继电器和仪表等元件。

（1）在第1、2行回路内接有提升方向继电器KV8、KV9。与KV8、KV9串联的电阻Rt1用以防止等速时测速发电机电压较高烧坏其线圈；低速时用低速中间继电器KV13的动断触点将其短接，以保证足够的吸合电压。（1）在第1、2行回路内接有提升方向继电器KV8、KV9。与KV8、KV9串联的电阻Rt1用以防止等速时测速发电机电压较高烧坏其线圈；低速时用低速中间继电器KV13的动断触点将其短接，以保证足够的吸合电压。（2）低速继电器KV3（3行）。它和低速中间继电器KV13（33行）相配合，用以实现低速脉动爬行。（3）第4、5、6行分别接有速度继电器KV4、KV5、KV6。它们的触点分别接在18、20、22行回路内，利用这三个继电器可以在动力制动减速时适当切除电阻，以维持较大的制动转矩。（4）过速继电器KV7（7行）。用以过速保护。（5）在桥式整流器VC4的输出端接有测速反馈。 3、安全回路作用：保证提升机安全、可靠地运行。

安全回路串接的各种保护元件作用如下： （1）主令控制器手柄零位连锁触点SA1.1。当电动机操纵手柄在中间位置时，SA1.1闭合（除SA1.2外其它触点均断开，见图7-3触点闭合表），提升机运行时SA1.1断开，使提升电动机只能在断电的情况下才能解除安全制动。防止安全制动一解除，提升机自起动。（2）工作闸制动手柄连锁触点SA2. 1。当手柄位于制动位置时，其触点闭合，接入这个触点后，只能工作在制动状态下才能解除安全制动，可以避免提升机在容器及钢丝的重力作用下自动运转。（3）测速回路断线监视继电器KA5的动合触点。一旦测速回路出现故障，该触点断开。正常工作时，由于加速开始或提升终了测速发电机BR转速较低，以至使KA5无法吸合，为此，利用加速接触器K8V的动断触点短接KA5，使提升机正常运转。（4）减速阶段过速保护继电器KA6。减速阶段实际速度超过给定速度10%时，此触点断开。其继电器线圈在66行回路内，由磁放大器A2供电，工作原理将在后面加以讨论。

（5）等速阶段过速保护继电器KV7动断触点。当提升机运转速度超过最大运转速度15％时，触点断开。（5）等速阶段过速保护继电器KV7动断触点。当提升机运转速度超过最大运转速度15％时，触点断开。（6）失流连锁继电器动合触点KA7（线圈在55行）。为防止深度指示器回路断线，将其失流继电器KA4的动合触点串接在KA7线圈的回路内。（7）制动油过压继电器K2（线圈在37行）动断触点。当制动油压过高时，油压继电器KP1的触点闭合，K2有电，断开其动断触点，同时信号灯HLR2发出指示。（8）动力制动失压继电器KV2的动合触点。若晶闸管整流装置断线或发生故障失压时，接在晶闸管整流柜S内的KV2失电，同时安全回路断电。（9）高压油断路器的QF的辅助动合触点。若油断路器因故跳闸，该触点打开，使高压油断路器断开的同时，安全回路亦断电进行安全制动。（10）过卷开关SL2～SL5。其中SL2、SL3装在深度指示器上；SL4、SL5安装在井架上，当任一过卷开关打开时，均能使安全回路断电进行安全制动。（11）闸瓦磨损开关SL6、SL7。当闸瓦磨损量超过规定值时，其触点打开。

（12）调绳转换开关SA4.7。正常提升时该触点闭合，将调绳闭锁回路短接，调绳时该触点打开，将调绳闭锁回路接入安全回路，保证调绳过程的安全。（12）调绳转换开关SA4.7。正常提升时该触点闭合，将调绳闭锁回路短接，调绳时该触点打开，将调绳闭锁回路接入安全回路，保证调绳过程的安全。 SA10为操纵台上手动控制开关，由司机进行控制。64行回路中SA4.12闭合，可使打开离合器的五通阀电磁铁Y4和闭合离合器的四通阀Y5通电，为离合器操作准备了条件。41行回路中的SA4.12闭合，可通过信号灯指示出离合器的工作状况。 4、控制回路高压换向回路动力制动回路转子电阻控制回路信号回路电动机正反转控制回路时间继电器回路

(1)高压换向回路 主要元件：高压换向器的接触器吸引线圈KM1、KM2、KM3，在它们回路内串有一系列触点，以保证电动机定子送电时安全可靠。 (2)动力制动回路动力制动回路接有动力制动接触器线圈KM4和动力制动继电器线圈KV10，它们与高压换向接触器之间有电气闭锁，以保证交、直流不能同时通电。动力制动的投入由动力制动控制接触器KM8(27行)控制。 (3)转子电阻控制回路转子电阻控制回路，用以实现以电流为主附加延时的自动起动控制和减速阶段的速度控制，主要由八个加速接触器K1V～K8V构成。 (4)信号回路 29行回路的信号接触器KM9在井口发来开车信号时通电，立即闭合自保触点和在换向回路(12行)及转子电阻控制回路(17行)的触点，为提升机起动准备了条件。 (5)电动机正反转控制回路电动机正反转控制有自动控制和手动控制两种方式。在本控制系统中，自动换向回路不能进行自动换向和自动起动，只能在容器到达停车位置时自动切断正反转接触器的电源，并能防止司机因操作方向错误可能造成的过卷事故。

5、可调闸控制回路 (1)目的：可调闸是通过电液调压阀调节制动油压的大小，从而达到调节制动转矩的目的。 (2)工作原理：电液调压阀线圈Y1(或Y2)中的电流，是由制动手把带动自整角机B1发出的信号，经磁放大器A1放大后供给的，如下图所示。电液调压阀工作原理图

(3)可调闸制动转矩的调节方式：手动和自动。 手动调节由司机通过制动手把控制，当手把向松闸位置推动时，A1和B1均接通电源，同时还带动B1转动，使B1的输出电压由零慢慢增大，经VC2整流，对铁心呈正激磁。而控制线圈的双号端接于A1的输出正端（805），对铁心呈负激磁。调整时手把放在松闸位置，RPt8上的电压和A1的输出电压接近相等，截止负反馈线圈中的电流接近于零，使A1仍工作于A点(图7-5)，此时输出最大，全松闸。随着手把由全松闸向紧闸位置移动时，B1的输出成线性减小，RPt8上的电压线性降低，截止负反馈线圈中的电流便增加，A1的输出减小，其工作点由A向D、E转化。当手把移到紧闸位置时，RPt8上的电压最小，截止负反馈线圈中的电流最大，使A1的输出最小，闸便抱紧，实现了手动控制。 自动调节是靠设计速度与实际速度的偏差值来控制的。当实际速度大于给定速度时，测速反馈线圈安匝大于给定线圈激磁安匝，相当于对A1负激磁，A1的输出便从A点向D、E或F点转化，使输出减小，产生一定的制动转矩。根据设计要求，当超速5％时应贴闸皮，超速8％时抱死闸，如果给定速度大于实际速度，使A1趋于饱和，输出电流保持最大值基本不变，仍处于全松闸状态。

6、减速阶段过速保护控制回路 减速阶段过速保护由磁放大器A2控制的过速继电器KA6来实现。 7、动力制动控制回路 (1)矿井提升机采用动力制动，可以提高提升机运转的安全性并减轻机械闸的负担。TKD-A电控系统配有KZG(D)型单相晶闸管动力制动电源柜，系统框图如图7-7所示。晶闸管输出电压的大小与触发装置输入的控制信号电压的高低有关。图7-7 TKD-A电控系统动力控制框图

(2)控制信号电压由两个回路组成一个或门电路，只要其中之一达到触发要求时，即可使晶闸管触发制动。这两个回路，一个是由实际速度与给定速度比较形成的偏差值，自动控制着A3磁放大器的输出；另一个回路由司机控制自整角机B2的输出以实现人工调节。(2)控制信号电压由两个回路组成一个或门电路，只要其中之一达到触发要求时，即可使晶闸管触发制动。这两个回路，一个是由实际速度与给定速度比较形成的偏差值，自动控制着A3磁放大器的输出；另一个回路由司机控制自整角机B2的输出以实现人工调节。 (3)磁放大器也接成正反馈，其输出特性曲线如图7-8所示。图7-8 A3输出和动力制动电流

8、KZG(D)型晶闸管动力制动电源装置 (1)主电路主电路采用单相桥式半控整流，如图7-9所示。图7-9 KDG(D)型电源装置主回路

(2)触发电路 触发电路采用小晶闸管作脉冲功率放大的单结晶体管触发电路，如图7-10所示。　　图7-10 KDG(D)型电源装置的触发电路

9、自整角机深度指示器回路 图7-3中的B3和B4为接成指示器方式的两个自整角机。发射机B3由提升机主轴带动旋转，接收机B4的转子与深度指示器圆盘的指针相联接。B3和B4的激磁绕组串联由同一交流稳压电源供电。根据同步传递原理，绞车运转时，指针便可指示提升容器在井筒中的位置。 10、辅助回路辅助回路(图7-3中56～65行)用以对提升机辅助设备供电和控制。低压380V电源也有备用电源，通过转换开关QC1进行切换。在辅助回路上接有动力制动电源柜S(56行)，用自动开关QA2控制和保护。

第二节同步电动机电控系统 目前，在煤矿企业的同步电动机拖动系统中，供给同步电动机励磁用的直流电源已广泛采用晶闸管整流装置。按其主回路接线的不同，同步电动机晶闸管励磁装置可分为三相半控桥和三相全控桥两种接线方式。 1、三相半控桥接线如图7-12所示。特点：线路较简单，使用晶闸管较少，且同步电动机异步起动时转子感应电压负半周被续流二极管VD短接，故对整流桥晶闸管的正向耐压要求不高，同时停车时转子磁场能量可通过续流二极管释放而自动灭磁。 2、三相全控桥线路如图7-13所示。特点：这种接线方式可使转子励磁绕组感应电压的两半波完全对称，因此可保持同步电动机原有的起动特性。但使用晶闸管较多，线路比半控桥复杂。由此可见，对于重载或轻重载类负荷如轴流式通风机应采用三相全控桥接线方式。对轻载起动的设备如空气压缩机仍可采用三相半控桥的接线方式。

图7-12 三相半控桥励磁装置图7-13 三相全控桥励磁装置 3、三相全控桥同步电动机晶闸管励磁装置有两种：一种是供拖动通风机、空气压缩机等设备的同步电动机用的，另一种是供拖动冲击负荷的同步电动机用的。对煤矿系统大多数同步电动机而言，选用KGLF Ⅱ系列三相全控桥即可满足使用要求。

一、KGLF Ⅱ型三相全控桥晶闸管励磁装置的特点 1. 该装置与同步电动机定子回路没有直接的电气联系，因此同步电动机定子回路可以采用高压，直接起动或降压起动也不受限制； 2. 同步电动机转子励磁回路采用三相全控整流桥固接励磁线路，保持了同步电动机的固有起动特性； 3. 可手动调节励磁电压、电流进行功率因数调整，励磁电压、电流可从零到额定值的125％连续可调； 4. 放电电阻Rd1和Rd2(图7－12中为Rd)的阻值分别为所配同步电动机转子励磁绕组直流电阻的5倍，其长期允许电流为同步电动机额定励磁电流的0.1倍； 5. 励磁绕组的输入电压为交流三相四线380/220V，必须与同步电动机定子回路电源来自同一段母线，这是强励的需要，以免失励运行。如不使用强励环节，就允许来自不同的母线； 6. 直接起动的同步电动机当转子转速达到亚同步转速时(转子转差率为5％～4％)，投入励磁，使同步电动机牵人同步运行；

7. 降压起动的同步电动机当转子转速大约达到90％同步转速时，自动切除降压设备，投入全压。当同步电动机加速至亚同步转速时，再投入励磁，使同步电动机牵入同步运行； 8. 具有电压负反馈特性，当电网电压波动时，自动保持恒定励磁。电网电压下降至某一数值时可及时投入强励磁，以保持转矩M不致减小； 9. 同步电动机起动与停车时自动灭磁。当同步电动机在异步运行时(起动或失步过程)具有灭磁保护，保证同步电动机及励磁装置免受感应过电压击穿； 10. 同步电动机正常停车开始5s内不应断开三相全控整流桥的交流电源及触发装置的同步电源，以保证同步电动机停车时在转子励磁绕组电感放电的作用下，三相全控桥工作在逆变状态。

二、工作原理 KGLF Ⅱ型同步电动机晶闸管励磁装置的工作系统可由框图表示，如图7-14所示。图7-14 KGLF Ⅱ型晶闸管励磁装置框图

三、同步电动机的控制过程 如图7-15所示（P152-153），同步电动机的起动按如下过程进行： 1. 合开关SA，同步电源插件II与电源接通，HLG亮。 2. 合自动空气开关QA，HLR4亮，整流变压器TR和同步电源插件I、II中的小变压器T1～T4接通电源。 3. 将转换开关右转45°，置于“允许”位置，QC-l、QC-4闭合，为油断路器合闸作准备。 4. 将同步电动机所带机械设备处于负载最轻状态。如离心式通风机闸门完全关闭；轴流式通风机闸门完全敞开；空气压缩机风包中的压气完全放掉，以备轻载起动。 5. 合隔离开关，再合油断路器。接触器KM带电，起动冷却风机，HLG灭、HLR1亮；同步电动机异步起动，HLG3亮。当n＝0.95 n0时，投磁插件发出脉冲，触发移相插件小晶闸管VT11，移相插件发出信号，脉冲插件根据来自移相插件的信号产生触发脉冲去触发三相可控桥的晶闸管VT1～VT6 ，转子投入励磁，电机牵入同步。 6. 牵入同步后，定子电流由起动电流降至额定值以下，励磁电流稳定，即可逐步增加负载(如打开闸门)，至额定电流为止。 7. 如果起动时间较长，起动绕组焦味大，或牵人时发生剧烈振荡而不能投励，则应停车，查找故障原因，排除后再行起动。

第七章 常用电气设备控制电路