第五章 矿山电气设备的控制

矿山电工学出版社国家“十一五”规划教材主编：唐轶主讲：上页下页目录目录第一章12第二章3第三章4第四章5第五章上页下页目录第五章矿山电气设备的控制学习要求1.一般掌握：控制电器；煤矿机械设备的控制线路图的绘制与分析方法。2.熟练掌握：QC83系列矿用隔爆磁力起动器的工作原理。上页下页目录§5-1控制电器控制电器：用来实现电动机的起动、停止、反转、调速等控制过程的电器。矿山常用控制电器有：控制器、主令电器、继电器、接触器等。一、接触器★按照其驱动电流的性质可分为直流和交流型两种。直流接触器一般为单极型，交流接触器一般为三极型。上页下页目录上页下页目录一、接触器接触器是一种用于频繁地接通或断开交、直流主电路、大容量控制电路等大电流电路的自动切换电器。在功能上接触器除能自动切换外，还具有手动开关所缺乏的远距离操作功能和零压及欠压保护功能，但没有自动开关所具有的过载和短路保护功能。接触器生产方便，成本低，主要用于控制电动机、电热设备、电焊机、电容器组等，是电力拖动自动控制电路中使用最广泛的一种低压电器元件。上页下页目录1、直流接触器的工作原理接触器在铁心1上绕有线圈2，当线圈通过电流时，衔铁被吸引，主接点4闭合，接通主电路；同时辅助接点6断开，切断控制回路。当线圈断电时，电磁吸引力消失，衔铁在自重和反作用弹簧7作用下，恢复原位，使主接点打开，辅助接点闭合。钢夹板磁力线铁心线圈衔铁56712FII+-4上页下页目录1、直流接触器的工作原理主接点断开时，其固定接点与可动接点间将产生电弧，与主接点串连的消弧线圈5就是起熄弧作用的。当主接点间产生电弧时，线圈的磁场对电弧产生作用力F（左手定则），使电弧向上移动，电弧被拉长，在熄弧罩中冷却而很快熄灭。上页下页目录2、交流接触器的工作原理L1,L2,L3U,V,WKM2KM3绝缘板线圈铁心固定主极点可动主极点消弧罩衔铁转轴弹簧线圈KM通过电流后，铁心被磁化，吸引衔铁，主接点KM1、辅助接点KM2接通主电路与控制电路，电动机起动。若线圈无电，则铁心失磁，衔铁在自重或弹簧的作用下恢复原位，KM3接通，KM1、KM2均断开，电动机停转。上页下页目录2、交流接触器的工作原理由于交流接触器线圈中通过的电流是交流，铁心中产生的磁通是交变的。为减小交变磁通产生的磁滞和涡流损失，铁心和衔铁都由硅钢片叠成。在交流接触器中，交变磁通产生的吸引力在磁通（电流）为零时消失，衔铁要断开，磁通恢复（电流过零后）吸力也恢复，因而在电流交变过程中，衔铁将出现振动和噪声。上页下页目录2、交流接触器的工作原理为了克服衔铁的振动和噪声，在铁心的2/3截面处嵌入一短路环，如图所示。由于短路环的存在，使截面A的磁通与截面B的磁通出现相角差，φA与φB不会同时过零值，故振动和噪声大为消弱。ABφAφB上页下页目录2、交流接触器的工作原理当主接点断开电路时，固定接点与可动接点间出现强电场，使其间的空气电离形成电弧，造成接点损坏。为延长接点使用寿命，应设法尽快熄灭电弧。交流接触器普遍采用消弧罩来加速熄灭电弧。其内部结构如图。消弧罩由耐火材料制成，马蹄形铁片放置在消弧罩中，且左右稍微错开。电弧静触头动触头灭弧栅灭弧栅内的蹄形钢片上页下页目录2、交流接触器的工作原理当主接点断开时，产生的电弧因电动力和磁力拉向上方且越拉越长，导致它被灭弧栅格（铁片）割成许多小段，使电弧所在空间的游离作用减弱，加上铁片的冷却作用，使电弧很快熄灭。上页下页目录二、继电器继电器是一种灵敏的小型自动控制电器。它能反映某些机电参数的变化如电流、电压、时间、压力等），并用其接点断开或接通电气回路，达到控制目的。1．电磁式电流或电压继电器它由线圈、铁心、接点等组成。按线圈通过电流种类的不同可分交流和直流两种；按功用不同最常用的为电流和电压两种。上页下页目录1．电磁式电流或电压继电器电磁式继电器的构造原理如图。左图是角移式，右图是抽吸式，控制系统多用角移式。上页下页目录JL2型三相交流电流或电压继电器1—铁心；2—吸引线圈；3—框架；4、5—固定接点；6—可动接点；7—衔铁；8—衔铁杠杆；9—指示器；10—调整螺钉；11—弹簧1191082134567上页下页目录三、主令电器在控制电路中起着发号施令作用的电器称为主令电器。按钮、万能转换开关、终端开关和主令控制器等均属主令电器。主令控制器多用于经常正反转的电动机控制电路（例如绞车控制电路）中。上页下页目录三、主令电器凸轮型主令控制器的接触元件如图所示。上页下页目录四、控制器控制器是一种具有很多接点的转换开关。用来直接控制直流电动机或绕线式感应电动机，使电动机进行起动、制动、反向和调速等。目前广泛应用的有鼓形控制器与凸轮控制器。上页下页目录鼓形控制器M—M+__+012431234手柄r1r2r3r1r2r3静触点—上页下页目录凸轮控制器M+__+12431234r1r2r3r1r2r3M—65—上页下页目录四、控制器上页下页目录§5-2控制线路图的绘制原则控制线路图通常分为原理接线图和安装接线图。原理接线图是说明控制线路的工作原理的，图中各元件一般不按其实际位置绘制；安装接线图是供控制线路的安装、维修用的，图中各电器元件都按实际位置绘制。上页下页目录控制线路图绘制的一般原则1）把全部电路分成主回路、控制回路和辅助回路。电动机等强电流电路属主回路，接触器和继电器线圈等小电流电路属控制回路，其他如信号、测量等电路属辅助回路。主回路一般画在图纸的上方或左方，用较粗的线绘出；控制或辅助回路用较细的线，画在纸的下方或右方；控制回路电源线垂直画在两侧，各并联支路平行地画在两控制电源线之间，排列顺序应尽量符合电器元件的动作顺序。上页下页目录控制线路图绘制的一般原则2）图中各电器元件应按规定的图形符号和文字符号表示（表5-1）。同一电器元件，必须用相同的文字符号。例如有两个相同的接触器KM，可用1KM、2KM表示。一个继电器有一个线圈K和三个接点，则接点可表示为K1、K2、K3。3）电路中的接点位置按线圈不通电（或未加外力）时的位置画出。上页下页目录鼠笼电动机的控制线路图MQSL1L2L3FUKM1FRUVWSTPSTKM2KMFR1上页下页目录鼠笼电动机的控制线路图主回路：QS为三相单投刀开关（也叫隔离开关），用于检修时切断电源;FU为熔断器，做短路保护用；KM1为接触器主接点，用以控制主回路的通断；FR为热继电器，当电动机过载时用它自动切断电源。控制回路：STP为停止按扭；ST为启动按扭；KM为接触器线圈，KM2为其辅助接点；FR1为热继电器FR的常闭接点。上页下页目录控制过程1）闭合隔离开关QS，为启动电动机作好准备。2）启动：按启动按扭ST，接通如下控制回路：接触器线圈KM有电，其主接点KM1、辅助接点KM2同时闭合，电动机启动。松开启动按钮ST后，因自保接点KM2已闭合，故KM线圈仍有电，电机保持运转。1132LQSFUSTPSTKMFRFUQSLKM上页下页目录控制过程3）停止：按停止按钮STP，因线圈KM断电，其衔铁返回原位，KM1、KM2接点断开电动机停车。电动机运转时，如因电源停电或电动机过载（热继电器FR动作,或者FR1接点断开）都会使线圈KM断电，电动机自动停车。上页下页目录§5-3矿用隔爆磁力起动器隔爆磁力起动器是一种组合电器，它主要由隔离开关、接触器、熔断器、过热过流继电器、按钮等组成，装在隔爆外壳中，用来控制和保护电动机。上页下页目录一、QC83系列矿用隔爆磁力起动器上页下页目录1.QC83-80隔爆磁力起动器本系列隔爆磁力起动器，用于有沼气或煤尘爆炸危险的矿井中，控制保护低压电动机。包括以下型号：QC83-80、QC83-80N、QC83-120、QC83-225。其中字母和数字的意义：Q——起动器；C——磁力；8——隔爆；3——设计序号；80、120、225——额定电流（A）；N——可逆。上页下页目录1．QC83-80型磁力起动器控制40kW（电网电压为660V时）或30kW（电网电压为380V时）以下的鼠笼电动机，如井下的小型输送机、局扇和小水泵等。QC83-80型起动器能实现就地和远方两种控制方式。“就地控制”就是利用起动器本身的起动（1ST）停止（1STP）按钮进行控制；“远方控制”则是在离开起动器一段距离另加一组起动（2ST）停止（2STP）按钮进行控制。上页下页目录QC83—80型磁力起动器的原理展开图L1L2L3FUKM11STPKM3KM1ST2STKM22STP25PE9PEQS26118T13上页下页目录L1L2L3FUKM11STPKM3KM1STKM225PE9PEQS26118T1341）就地控制将起动器上部接线盒中的9-PE、左侧接线盒中的2-PE、起动器中绝缘板上的2-5端子连接起来（图3-14中的2ST、2STP按钮不接）。上页下页目录1）就地控制接通隔离开关QS。按起动按钮1ST，接通控制回路：接触器线圈KM有电,主接点KM1接通,电动机起动,同时KM2接通自保,此时可松开1ST。如需停止电动机，只要按下停止按钮1STP使KM断电，KM1断开，电动机即停车。当电源电压消失，电动机停车。同时接触器KM失电返回KM2接点断开，此时即使电源电压自动恢复也不会自动起动电动机，这种作用叫零电压保护。2)9(2511)4(KMTPESTKMSTPT上页下页目录2）远方控制L1L2L3FUKM11STPKM3KM1ST2STKM22STP25PE9PEQS26118T13将就地控制时的2-5、2-PE连接片断开，端子1、2间接远方起动按钮2ST，端子2、PE间接远方停止按钮2STP。上页下页目录2）远方控制此时只能用远方起动按钮2ST起动，而用1STP或2STP停止按钮均能停车，保证一处起动、多处停车，这样有利于安全。QC83-80型起动器除了能实现就地控制与远方控制之外，还能实现连锁控制。所谓连锁控制是指多台工作机械联合运行时，各个机械的控制应满足一定的操作程序的控制。例如掘进工作面为了保证安全生产，在工作时常需起动局扇后，才允许接通工作面用电设备的电源，这样，工作面用电设备的电源与局扇的电源在控制上就必须连锁。上页下页目录M1QC2QC2KM11KM32ST2KM2STP2KM22T局扇掘进电源1KM1上图为连锁控制原理图，图中起动器1QC控制局扇，起动器2QC控制掘进工作面电源。由图看出，2QC的起动受控于1QC接触器辅助接点1KM3，即只有1KM3闭合后2QC才能起动，一旦1KM3断开（此时局扇停车），工作面电源立即断开，两起动器间实现了连锁控制。上页下页目录2.QC83-80N型可逆磁力起动器用来控制需要经常正、反转的机械，如井下小绞车等。它相当于两个QC83-80型起动器组合在一个隔爆外壳内，外壳的前后各由一个转盖。起动器本身只有一个停止按钮STP，必须外接一个向前（FW）、向后（BW）、停止（1STP）三联按钮。上页下页目录2.QC83-80N型可逆磁力起动器上页下页目录第一章L1L2L3FU1KM1QST~36VSTP2KM1KM32KM21KM21KM2KM3FWBW1STPPEUVW2KM1上页下页目录2.QC83-80N型可逆磁力起动器1）正转控制首先接通隔离开关QS，起动器接通电源。司机按向前按钮(FW)，接通如下回路：正转接触器线圈1KM有电，闭合其主接点1KM1，电动机起动；同时自保接点1KM2接通，可松开向前按钮FW；闭锁接点1KM3断开，防止反转接触器2KM回路接通，完成电气上的闭锁。司机按下停止按钮1STP或STP，1KM断电，电动机停车。321(1TSTPKMKMFWBWSTPPET下上左）（右）上页下页目录2.QC83-80N型可逆磁力起动器2）反转控制利用向后按钮BW起动反转接触器2KM，其电路与启动过程与正转相同，反转停车也是利用STP或1STP完成。3）起动器上部的灯泡（36V）供局