礦用電機(jī)保護(hù)裝置

楊　林

（北方重工石油裝備有限公司，遼寧 沈陽 110141）

礦用電機(jī)保護(hù)裝置

楊林

（北方重工石油裝備有限公司，遼寧 沈陽 110141）

本文介紹了一種在煤礦爆炸性氣體環(huán)境下使用的礦用電機(jī)保護(hù)裝置的系統(tǒng)原理與應(yīng)用原理，該裝置可以在隔爆電控箱外使用，對(duì)單臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。

爆炸性環(huán)境；礦用電機(jī)；保護(hù)裝置

1.背景技術(shù)

現(xiàn)有礦用電機(jī)保護(hù)技術(shù)是依靠可編程控制器、電流傳感器、溫度傳感器、漏電流傳感器以及模擬量變送器等裝置構(gòu)成的硬件電路，通過電流傳感器、溫度傳感器輸出模擬量信號(hào)，將模擬量信號(hào)送至模擬量變送器，再由變送器變?yōu)榭杀豢删幊炭刂破髯R(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，然后傳給可編程控制器進(jìn)行控制輸出觸點(diǎn)，從而控制電機(jī)停止。

現(xiàn)有的技術(shù)有幾個(gè)不利的因素：

①增加了可編程控制器的控制點(diǎn)數(shù)造成經(jīng)濟(jì)成本的增加。

②由于煤礦掘進(jìn)機(jī)的電控箱體積受整機(jī)的限制，只能做得很小，所以增加的可編程控制器的模塊（因體積是固定的）會(huì)造成電控箱內(nèi)空間的壓縮不利于其他電器元件的安裝。

③由于模擬量變送器和傳感器之間的距離有要求，距離大了會(huì)造成信號(hào)的干擾產(chǎn)生失真現(xiàn)象，從而對(duì)可編程控制器的安裝位置也會(huì)造成限制。

2.結(jié)構(gòu)

該電機(jī)保護(hù)裝置外殼采用整體注塑形式，在滿足《GB 3836.4-2010爆炸性環(huán)境第4部分：由本質(zhì)安全型“i”保護(hù)的設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)的沖擊要求的情況下，整體質(zhì)量相比鋼板焊接形式大大降低。提供4個(gè)同規(guī)格的電纜引入裝置，電纜引入裝置采用航空插頭形式，可以快速完成電纜插拔工作。有一個(gè)報(bào)警故障顯示窗，采用鋼化玻璃防護(hù)。外殼整體的防護(hù)等級(jí)可達(dá)到IP65。內(nèi)部為一塊電路板集成，固定在底板并采用澆封形式，抗震和散熱性能良好。可以固定到礦用電機(jī)上且不需要加裝減震裝置。

3.系統(tǒng)原理

該電機(jī)保護(hù)裝置集成了電流傳感器、信號(hào)變送器、漏電流檢測(cè)等元器件的功能，可以獨(dú)立完成電流、電壓、線圈的對(duì)地電阻、線圈的繞組溫度信號(hào)的采集。由PIC16系列單片機(jī)、放大和濾波電路、光電耦合電路、MAX7219系列數(shù)碼管顯示電路等電子電路組成，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

該電機(jī)保護(hù)裝置通過接線將電機(jī)的電流信號(hào)、溫度信號(hào)、電壓信號(hào)、對(duì)地阻值采集到電機(jī)保護(hù)裝置中，濾波、放大、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將采集到的信號(hào)處理成PIC單片機(jī)可以接受的標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制信號(hào)，而當(dāng)采集到的信號(hào)出現(xiàn)如下情況時(shí)，PIC單片機(jī)會(huì)輸出一個(gè)數(shù)字量的信號(hào)，通過光電耦合電路隔離后控制中間繼電器的線圈，進(jìn)而切斷電機(jī)的供電電源：當(dāng)電機(jī)的實(shí)際電流達(dá)到電機(jī)額定電流的1.5倍、3倍、6倍、8倍時(shí)，分別執(zhí)行延時(shí)20min、4min、5s、0.4s后；當(dāng)電機(jī)的溫度開關(guān)動(dòng)作或者預(yù)埋PT100電阻值達(dá)到158Ω（即：電機(jī)溫度150°）時(shí)；當(dāng)電機(jī)的實(shí)際電壓超出85%～115%額定電壓時(shí)；當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)線圈繞組對(duì)地電阻值小于22kΩ時(shí)。電機(jī)因上述故障被切斷電源后，在電機(jī)保護(hù)裝置數(shù)碼顯示窗可以看到顯示的故障代碼，通過故障代碼可以得知電機(jī)發(fā)生的故障，并且該故障可具有鎖定功能，必須通過控制按鈕復(fù)位后才能進(jìn)行下次電機(jī)啟動(dòng)操作。

4.應(yīng)用原理

該電機(jī)保護(hù)裝置的應(yīng)用原理如圖2所示。將該電機(jī)保護(hù)裝置固定在電機(jī)上或電機(jī)附近具有固定空間的位置，將用于采集電流、電壓、溫度和對(duì)地電阻的電纜分別接到電機(jī)的相應(yīng)位置上，保護(hù)裝置的輸出端接到中間繼電器線圈上，電源端接到本安電源上。

在每次啟動(dòng)電機(jī)之前，保護(hù)裝置都會(huì)先檢測(cè)電機(jī)繞組的對(duì)地電阻值，對(duì)地電阻值大于22kΩ時(shí)，保護(hù)裝置將運(yùn)行電機(jī)啟動(dòng)，否則將禁止電機(jī)啟動(dòng)并鎖定故障。在電機(jī)啟動(dòng)后，保護(hù)裝置將斷開對(duì)地電阻檢測(cè)電纜，并對(duì)電機(jī)運(yùn)行過程中的電流、電壓和溫度信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，如無故障則每隔2小時(shí)保存一次所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，如出現(xiàn)故障則切斷電機(jī)電源并鎖定故障。

圖1　礦用電機(jī)保護(hù)裝置系統(tǒng)框圖

圖2　礦用電機(jī)保護(hù)裝置應(yīng)用原理圖

該電機(jī)保護(hù)裝置必須放在電機(jī)上或電機(jī)附近，是因?yàn)椴杉盘?hào)的電纜離采集源越遠(yuǎn)采集到的信號(hào)越容易失真，這在控制過程中是不允許的。

結(jié)語

與已有技術(shù)相比，該裝置的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效果顯著，成本低廉，工作穩(wěn)定、可靠。應(yīng)用在保護(hù)礦用電機(jī)上可有效的節(jié)約成本、提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、使電氣安裝更具有靈活性。

[1]江和． PIC16系列單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)與PROTEUS仿真[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010．

[2]謝峰然． PIC單片機(jī)原理及程序設(shè)計(jì)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2013．

[3]丁鎮(zhèn)生．電子電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2013．

[4]GB 3836．1-2010，爆炸性環(huán)境第1部分：設(shè)備通用要求[S]．

[5]GB 3836．4-2010，爆炸性環(huán)境第4部分：由本質(zhì)安全型“i”保護(hù)的設(shè)備[S]．

TM73

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