电气控制技术与PLC第2教学作者徐文尚煤矿典型固定设备电气控制.pptx
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1、1本章着重介绍应用开关电器、主令电器、接触器、继本章着重介绍应用开关电器、主令电器、接触器、继电器、断路器、熔断器的煤矿通风、压风、排水、提升电电器、断路器、熔断器的煤矿通风、压风、排水、提升电气控制方案、电路。介绍了煤矿通风、压风、排水、提升气控制方案、电路。介绍了煤矿通风、压风、排水、提升等生产设备的技术要求、工艺流程、技术参数、工作特点,等生产设备的技术要求、工艺流程、技术参数、工作特点,分析了排水设备中电动机定子串电抗启动原理与实现,压分析了排水设备中电动机定子串电抗启动原理与实现,压风设备中电动机转子串频敏变阻器启动原理与实现,着重风设备中电动机转子串频敏变阻器启动原理与实现,着重介
2、绍并要求学生掌握时间控制原则和电流时间混合控制原介绍并要求学生掌握时间控制原则和电流时间混合控制原则在煤矿提升系统生产中的应用原理、方法与实现。则在煤矿提升系统生产中的应用原理、方法与实现。23.1 矿井主要通风设备控制矿井主要通风设备控制3.1.1 3.1.1 主要通风设备概述主要通风设备概述矿井通风设备是煤矿重要的固定设备之一,其主要作用是将地面的新鲜空气矿井通风设备是煤矿重要的固定设备之一,其主要作用是将地面的新鲜空气连续不断地送入井下,保证井下空气的含氧量,稀释、排出爆炸性和有害气连续不断地送入井下,保证井下空气的含氧量,稀释、排出爆炸性和有害气体,调节井下所需的环境温度和湿度,改善井
3、下工作条件,保证矿井安全生体,调节井下所需的环境温度和湿度,改善井下工作条件,保证矿井安全生产。因此,矿井通风设备对煤矿生产有着重要意义。特别是对含有瓦斯的矿产。因此,矿井通风设备对煤矿生产有着重要意义。特别是对含有瓦斯的矿井,良好的通风是防止瓦斯爆炸和安全生产的重要保证。井下工人需要在环井,良好的通风是防止瓦斯爆炸和安全生产的重要保证。井下工人需要在环境温度低于境温度低于25 的条件下工作,才能安全生产并提高生产率。因此新鲜空的条件下工作,才能安全生产并提高生产率。因此新鲜空气在矿井里是每时每刻都不可缺少的。气在矿井里是每时每刻都不可缺少的。按照通风设备的工作介质在通风机中的运动情况,通风设
4、备分为离心式通风按照通风设备的工作介质在通风机中的运动情况,通风设备分为离心式通风设备和轴流式通风设备两大类,二者的区别在于离心式通风设备其风流沿通设备和轴流式通风设备两大类,二者的区别在于离心式通风设备其风流沿通风机叶轮的轴向进入并沿径向流出,而轴流式通风设备的风流则沿通风机叶风机叶轮的轴向进入并沿径向流出,而轴流式通风设备的风流则沿通风机叶轮的轴向进入并沿轴向流出。轮的轴向进入并沿轴向流出。33.1 矿井主要通风设备控制矿井主要通风设备控制1.主要通风机电力拖动的特点和要求主要通风机电力拖动的特点和要求1)通风设备电力拖动的特点通风设备电力拖动的特点矿井通风条件的变化是缓慢的。主通风机一般
5、不需要调速,并且是夜以继日矿井通风条件的变化是缓慢的。主通风机一般不需要调速,并且是夜以继日地工作,启动和停车次数极少,而且不需反向。根据这一特点,主通风机宜地工作,启动和停车次数极少,而且不需反向。根据这一特点,主通风机宜采用同步电动机,这样可提高全矿供电电力网的功率因数。当所需电动机的采用同步电动机,这样可提高全矿供电电力网的功率因数。当所需电动机的功率较小,产品中又无这种同步电动机时,亦可采用鼠笼式异步电动机或绕功率较小,产品中又无这种同步电动机时,亦可采用鼠笼式异步电动机或绕线式异步电动机。线式异步电动机。矿井通风设备所使用的电动机:矿山主通风机和辅助通风机(或称分区通风矿井通风设备所
6、使用的电动机:矿山主通风机和辅助通风机(或称分区通风机)均设置于地面,可用一般构造的电动机。在有瓦斯或煤尘爆炸危险的矿机)均设置于地面,可用一般构造的电动机。在有瓦斯或煤尘爆炸危险的矿井,则在扩散器和风道保证不漏气的情况下,或风机与电动机之间有防火墙井,则在扩散器和风道保证不漏气的情况下,或风机与电动机之间有防火墙隔绝的条件下,也可采用一般构造的电动机。否则,必须采用隔爆型的电动隔绝的条件下,也可采用一般构造的电动机。否则,必须采用隔爆型的电动机和隔爆型的电气设备。机和隔爆型的电气设备。43.1 矿井主要通风设备控制矿井主要通风设备控制在矿井通风设备的电力拖动中,根据不同功率,使用不同的单机型
7、号。在矿井通风设备的电力拖动中,根据不同功率,使用不同的单机型号。当功率为当功率为100150KW时,可以采用低压鼠笼式异步电动机。当功率为时,可以采用低压鼠笼式异步电动机。当功率为150350 KW 时,可以采用低压同步电动机,其电压为时,可以采用低压同步电动机,其电压为380V。当功率高于。当功率高于350KW以上时,可采用高压同步电动机,其电压为以上时,可采用高压同步电动机,其电压为6KV。当通风机需要调速。当通风机需要调速时,可选用绕线式电动机,并采用相应的控制电路,以满足通风机的调速要时,可选用绕线式电动机,并采用相应的控制电路,以满足通风机的调速要求。求。2)对矿井通风设备电气控制
8、的要求对矿井通风设备电气控制的要求矿井通风设备是煤矿最主要的用电设备。为适应矿井通风技术的发展,提高矿井通风设备是煤矿最主要的用电设备。为适应矿井通风技术的发展,提高通风设备运转的可靠性和经济性,保证矿井生产的安全,矿井通风设备的电通风设备运转的可靠性和经济性,保证矿井生产的安全,矿井通风设备的电气控制应能完成以下要求:气控制应能完成以下要求:(1)应能保证风机远动化和自动化的启动和停止,以及同步电动机的自动投应能保证风机远动化和自动化的启动和停止,以及同步电动机的自动投入励磁;入励磁;(2)当工作的风机发生故障时,能自动停车,并能自动启动备用通风机和打当工作的风机发生故障时,能自动停车,并能
9、自动启动备用通风机和打开相应的风门;开相应的风门;53.1 矿井主要通风设备控制矿井主要通风设备控制(3)应能保证远距离操纵反风装置进行反风;应能保证远距离操纵反风装置进行反风;(4)远距离监视通风机工作情况远距离监视通风机工作情况(风量、负压、各轴承温度、电动机的情况、风量、负压、各轴承温度、电动机的情况、反风门的位置等反风门的位置等),当工作不正常时,发出信号自动停车;,当工作不正常时,发出信号自动停车;(5)应有较完备的信号监视和故障警报系统。应有较完备的信号监视和故障警报系统。要达到上述各项要求,需要合理地选择通风机的电气控制系统,正确地选择要达到上述各项要求,需要合理地选择通风机的电
10、气控制系统,正确地选择各种电器和仪表。自动地、及时地调节主通风机的风量,在保证矿井大气条各种电器和仪表。自动地、及时地调节主通风机的风量,在保证矿井大气条件和安全生产的前提下,实现通风设备的经济运转。因此,现代化矿井通风件和安全生产的前提下,实现通风设备的经济运转。因此,现代化矿井通风设备的控制系统必须向着综合自动化方向发展。设备的控制系统必须向着综合自动化方向发展。63.1 矿井主要通风设备控制矿井主要通风设备控制2.常用通风机的技术特征常用通风机的技术特征矿用离心式通风机主要有矿用离心式通风机主要有4-72-11 型、型、G4-73-11 型和型和K4-73-01 型,前两种多型,前两种多
11、用于中、小型矿井,后者常用于大型矿井。用于中、小型矿井,后者常用于大型矿井。常用的轴流式通风机有常用的轴流式通风机有FBCZ 和和FBCDZ 系列。系列。FBCZ 系列通风机为单级防爆系列通风机为单级防爆式,是根据中、小型煤矿通风网络参数设计的,适用于通风阻力较小的中、式,是根据中、小型煤矿通风网络参数设计的,适用于通风阻力较小的中、小型各类矿井;小型各类矿井;FBCDZ 系列通风机是双叶轮对旋防爆式,是根据大、中型矿系列通风机是双叶轮对旋防爆式,是根据大、中型矿井通风网络参数设计的,适用于通风阻力较大的大、中型各类矿井。井通风网络参数设计的,适用于通风阻力较大的大、中型各类矿井。73.1 矿
12、井主要通风设备控制矿井主要通风设备控制3.1.2 3.1.2 通风机常用电气控制举例通风机常用电气控制举例煤矿主要通风机房均设有两套同等能力的通风机及其传动电动机,通常需设煤矿主要通风机房均设有两套同等能力的通风机及其传动电动机,通常需设置两套独立的电控设备。其中一套工作,一套备用,并且能在十分钟内完成置两套独立的电控设备。其中一套工作,一套备用,并且能在十分钟内完成工作风机和备用风机的倒换以及反风操作。专为风机节能运行而设的调速装工作风机和备用风机的倒换以及反风操作。专为风机节能运行而设的调速装置可为两套风机所共有,但需同时备有安全可靠、便于操作的切换设备。置可为两套风机所共有,但需同时备有
13、安全可靠、便于操作的切换设备。现有的各种标准化高、低压配电通用产品,既可用作通风机房的高、低压配现有的各种标准化高、低压配电通用产品,既可用作通风机房的高、低压配电设备,又可用作通风机的电控设备。对于使用高压电动机的通风机房,可电设备,又可用作通风机的电控设备。对于使用高压电动机的通风机房,可选用选用XGN-10型、型、KGN-10型及型及GG-1A型等固定式开关柜或型等固定式开关柜或KYN-10型、型、JYN2-10型等移开式开关柜。对于低压笼型电动机,各种固定式、抽屉式低型等移开式开关柜。对于低压笼型电动机,各种固定式、抽屉式低压配电柜,压配电柜,TP系列通用控制屏及系列通用控制屏及GCK
14、-1系列电动机控制中心,系列电动机控制中心,JK型交流低压型交流低压电控设备等均可选用。电控设备等均可选用。83.1 矿井主要通风设备控制矿井主要通风设备控制其中有些产品系列还有实现鼠笼型电动机降压启动以及电动机可逆运转、绕其中有些产品系列还有实现鼠笼型电动机降压启动以及电动机可逆运转、绕线型异步电动机利用频敏电阻器启动等功能。为实现鼠笼型电动机的降压启线型异步电动机利用频敏电阻器启动等功能。为实现鼠笼型电动机的降压启动、绕线型电动机的启动及电动机的可逆运转,可根据生产实际选用其中一动、绕线型电动机的启动及电动机的可逆运转,可根据生产实际选用其中一种启动控制设备使用。作为教材,仅介绍几种通风机
15、启动电控设备及其工作种启动控制设备使用。作为教材,仅介绍几种通风机启动电控设备及其工作原理,以期取得举一反三之效。原理,以期取得举一反三之效。1.鼠笼型电动机降压启动控制设备鼠笼型电动机降压启动控制设备1)JJ1 系列自耦减压启动拒系列自耦减压启动拒JJI 系列自耦减压启动柜作为交流电压为系列自耦减压启动柜作为交流电压为380660V,功率为,功率为11315KW 的的三相鼠笼型电动机降压启动控制设备,可使电动机自动加速到满速。装置设三相鼠笼型电动机降压启动控制设备,可使电动机自动加速到满速。装置设有电动机的短路、过载、欠压以及防止单相运转等保护。从降压启动到全压有电动机的短路、过载、欠压以及
16、防止单相运转等保护。从降压启动到全压运行之间的转换,采用运行之间的转换,采用DJ1-A 型电流型电流-时间转换装置实现电流和时间的双重控时间转换装置实现电流和时间的双重控制。制。93.1 矿井主要通风设备控制矿井主要通风设备控制自耦变压器降压启动控制是利用特制的三相自耦变压器降压启动电动机。自自耦变压器降压启动控制是利用特制的三相自耦变压器降压启动电动机。自耦变压器备有不同的电压抽头,根据电机容量、转矩和启动要求而选择使用,耦变压器备有不同的电压抽头,根据电机容量、转矩和启动要求而选择使用,例如可设为电源电压的例如可设为电源电压的73%,64和和55等。等。自耦变压器降压启动继电器控制线路如图
17、自耦变压器降压启动继电器控制线路如图3-1所示。其工作过程如下:合上开所示。其工作过程如下:合上开关关QS,按下,按下SB2按钮,按钮,KM1线圈得电,其主触点吸合,接通自耦变压器线圈得电,其主触点吸合,接通自耦变压器TC,使电动机定子绕组串入自耦变压器而降压启动。其辅助动合触点,使电动机定子绕组串入自耦变压器而降压启动。其辅助动合触点KM1闭合,闭合,分别起自保、接通指示灯分别起自保、接通指示灯HL2的作用。的作用。KM1的辅助动断触点断开指示灯的辅助动断触点断开指示灯HL1和和KM2线圈回路,以确保线圈回路,以确保KM2不得电。不得电。KM1得电的同时,接通时间继电器得电的同时,接通时间继
18、电器KT,KT 得电后延时得电后延时t,此时电动机,此时电动机M 已接近额定转速,已接近额定转速,KT 延时动合触点闭合,使中间继电器延时动合触点闭合,使中间继电器KA 得电并自锁,其得电并自锁,其动断触点断开使动断触点断开使KM1断电,其与自耦变压器相联的主触点断开,切除自耦变断电,其与自耦变压器相联的主触点断开,切除自耦变压压TC,同时也使时间继电器,同时也使时间继电器KT失电,其延时动合触点瞬时从闭合状态被打开,失电,其延时动合触点瞬时从闭合状态被打开,但由于但由于KA 的辅助动合触点闭合而自保,维持其动合触点吸合,动断触点打的辅助动合触点闭合而自保,维持其动合触点吸合,动断触点打开。开
19、。10图图3-1 自耦变压器降压启动继电控制线路图自耦变压器降压启动继电控制线路图113.1 矿井主要通风设备控制矿井主要通风设备控制KM1得电的同时,接通时间继电器得电的同时,接通时间继电器KT,KT 得电后延时得电后延时t,此时电动机,此时电动机M 已接近额定转速,已接近额定转速,KT 延时动合触点闭合,使中间继电器延时动合触点闭合,使中间继电器KA 得电并自锁,其得电并自锁,其动断触点断开使动断触点断开使KM1断电,其与自耦变压器相联的主触点断开,切除自耦变断电,其与自耦变压器相联的主触点断开,切除自耦变压压TC,同时也使时间继电器,同时也使时间继电器KT失电,其延时动合触点瞬时从闭合状
20、态被打开,失电,其延时动合触点瞬时从闭合状态被打开,但由于但由于KA 的辅助动合触点闭合而自保,维持其动合触点吸合,动断触点打的辅助动合触点闭合而自保,维持其动合触点吸合,动断触点打开。开。由于由于KA 的得电,在使的得电,在使KM1释放的同时,使释放的同时,使KM2得电,得电,KM2主触点接入主电主触点接入主电路,使电动机全压投人运行。路,使电动机全压投人运行。KA的辅助动断触点断开,的辅助动断触点断开,KM1的辅助触点动合、的辅助触点动合、动断触点复原,指示灯动断触点复原,指示灯HL2熄灭、熄灭、HL1发光,发光,KM2的辅助动合触点闭合,接的辅助动合触点闭合,接通指示灯通指示灯HL3。当
21、电动机达到稳定运行时,由于。当电动机达到稳定运行时,由于KM2、KA 吸合;吸合;KT 和和KM1处于断电状态。当按下停止按钮处于断电状态。当按下停止按钮SB1时使时使KM2、KA 失电,电机停转。电动失电,电机停转。电动机的短路保护和过负荷保护如前所述。机的短路保护和过负荷保护如前所述。2)QJ3 型降压启动器型降压启动器123.1 矿井主要通风设备控制矿井主要通风设备控制常用的常用的QJ3 型启动补偿器电气原理如图型启动补偿器电气原理如图3-2 所示。补偿器由自耦变压器、保所示。补偿器由自耦变压器、保护装置、操作机构和触头系统组成。其中触头部分浸在绝缘油中,以便触头护装置、操作机构和触头系
22、统组成。其中触头部分浸在绝缘油中,以便触头分断电流时产生的电弧能在油中冷却、汽化而迅速熄灭。分断电流时产生的电弧能在油中冷却、汽化而迅速熄灭。启动器中的自耦变压器有两组抽头,分别是启动器中的自耦变压器有两组抽头,分别是65%UN、和、和80%UN,可根据,可根据电动机启动时负载的大小选择不同的启动电压。变压器的绕组是按短时工作电动机启动时负载的大小选择不同的启动电压。变压器的绕组是按短时工作设计,一般规定在设计,一般规定在4h 内的电动机启动时间不超过内的电动机启动时间不超过4060 s,否则变压器将超,否则变压器将超过允许温升而不能工作。过允许温升而不能工作。启动器内有过载和欠压两种保护。过
23、载保护的热继电器启动器内有过载和欠压两种保护。过载保护的热继电器FR 触点串接在欠压脱触点串接在欠压脱扣线圈扣线圈KV 回路中,当电动机过载时,热继电器动作,其常闭触点回路中,当电动机过载时,热继电器动作,其常闭触点FR 断开,断开,脱扣线圈失电,切断电源停车;当电源断电或电压低于规定值时,脱扣线圈脱扣线圈失电,切断电源停车;当电源断电或电压低于规定值时,脱扣线圈动作,直接顶开主触头,电源恢复正常后,要重新启动电动机。动作,直接顶开主触头,电源恢复正常后,要重新启动电动机。为避免误操作使电动机全压启动,启动器的操作手柄设有机械闭锁装置,保为避免误操作使电动机全压启动,启动器的操作手柄设有机械闭
24、锁装置,保证电动机只有先经过启动阶段,才能投入全压运行。证电动机只有先经过启动阶段,才能投入全压运行。13图图3-2 QJ3型自耦变压器降压启动器控制电路图型自耦变压器降压启动器控制电路图143.1 矿井主要通风设备控制矿井主要通风设备控制启动器停车时,按下停止按钮启动器停车时,按下停止按钮SB,失压脱扣线圈失电,衔铁释放,触动开关,失压脱扣线圈失电,衔铁释放,触动开关连杆使操作手柄从运行位置自动跳回停止位置,电动机停车。连杆使操作手柄从运行位置自动跳回停止位置,电动机停车。QJ3型启动器一般用于型启动器一般用于75KW以下的鼠笼型电动机启动。以下的鼠笼型电动机启动。153.1 矿井主要通风设
25、备控制矿井主要通风设备控制2.高压鼠笼型电动机电抗器启动设备高压鼠笼型电动机电抗器启动设备为减小启动电流,还可以在电动机定子回路串入电阻或电抗器以降低定子为减小启动电流,还可以在电动机定子回路串入电阻或电抗器以降低定子绕组电压的方法来实现。绕组电压的方法来实现。在定子回路中串入电阻或电抗器时,由于电流会在电阻或电抗器上产生压降,在定子回路中串入电阻或电抗器时,由于电流会在电阻或电抗器上产生压降,所以加在电动机定子绕组上的电压会降低,从而可减小启动电流。但是,这所以加在电动机定子绕组上的电压会降低,从而可减小启动电流。但是,这种启动方法不仅会降低启动转矩,若采用定子绕组串电阻启动,则启动电流种启
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