煤电钻

xxx大学毕业设计（论文）说明书-1-1概述1.1煤电钻的作用及存在的问题煤电钻是井下采掘工作的小型生产工具之一,在炮采工作面,要先用它打眼装药,然后才能放炮采煤.在机采工作面,要先用它挖掘”机窝”,放置采煤机,然后进行回采,在挖进头,也同样离不开煤电钻.即使在综采工作面,也要在上.下顺槽中各设置一台煤电钻,进行辅助的钻爆工作.可以说煤电钻是煤矿中不可缺少的生产工具.虽然在采煤中大量使用煤,岩电钻的电源电压不高,功率不大,但因煤电钻及其供电系统的工作环境十分恶劣，空间狭小,碰,砸得机会非常多,电缆较细又多磨损,工作时与人接触频繁，通用的漏电继电器有一定的使用条件,且需要一定的使用知识,所以一直以来,因煤电钻的漏电,短路造成工作人员触电和引起瓦斯爆炸的事故时有发生,对煤矿在安全生产造成较大的危害.1.2煤电钻综合保护装置的发展过程煤电钻综合保护装置是将磁力起落器、电源变压器及漏电和短路保护等和为一体的保护装置。早期的煤电钻综合保护只是将磁力起落器和在电钻正常工作状况时的漏电保护部分，其电气线路根据工作面用煤电钻的具体条件，对电网的电容不进行补偿，漏电保护部分是采用电阻和三极管等组成附加直流电源的漏电保护线路。由于这种装置在使用时对电网的绝缘不能进行监视，因此这种煤电钻是不完善的。后来进一步研究改进，增加了起动控制部分，也叫先导电路，在控制127v的主电源接触器还没闭合向煤电钻供电时，先对包括煤电钻在内的电网进行检查，只有这个电网对地绝缘电阻正常且无短路时，才能接通包括磁力起动器在内的主要电路向煤电钻供电。否则磁力起动器不接通，主电路没电，显然这种保护比较完全也比较安全了。此外对电路保护也由采用单一的最经典的熔断器改进为再增加载频保护部分，使保护更加可靠。但多年的运行经验和事故调查表明：煤电钻综合保护装置在技术性能、可靠性、电器元件及结构等多方面存在不少的问题和不足，对煤矿的安全生产造成隐患。本设计本着研究和解决老式煤电钻综合保护装置存在的问题的基础上，进行优化设计，使煤电钻在恶劣的环境中工作的更安全，动作更可靠。2老式煤电钻综合保护装置的基本原理及存在的问题xxx大学毕业设计（论文）说明书-2-2.1老式煤电钻综合保护线路方框图在井下工作面使用的电钻，一般所用设备有干式变压器、一根四芯电缆和变压器初次级的熔断器，如图2－1所示。图2-1一般电钻所用的设备加了电子综合保护后，在前面已有的基础上，于次级增加一个交流接触器及一套电子保护与控制装置。该装置由三个部分组成：远距离停送电，短路保护和漏电保护。这三个部分各带一个继电器，并且各有一个触点分别串接在交流接触器线圈回路当中。控制这些触点就能控制交流接触器的吸合和释放。对电缆来说，也就是可以使电缆有电和无电。如图2-2所示，电缆无短路漏电时，22J和32J都处在常闭状态。远距离停送电的触点12J要是处于闭合状态，交流接触器吸合，电缆有电，反之，交流接触器释放，电缆无电。如果电缆发生短路或漏电，短路保护控制的触点22J，或漏地保护控制的触点32J打开，交流接触器释放，电继无电，起到保护作用。图2-2综合保护装置电路原理图一般说，一个控制线路，应具有控制信号，信号鉴别推动，输出能量。围绕着上面的要求，控制线路应具有检测环节或者叫传感器或者叫探头；为把控制信号取出来，还应具鉴别级，以便对控制信号进行放大和鉴别；最后应具有执行机构将鉴别放大的信号能量去推动某一个机械，如推动一个继电器吸合，触点动作等。如图2－3a所示：这套电子保护装置，其控制线路，也有检测、鉴别、执行三个环节。xxx大学毕业设计（论文）说明书-3-图2-3短路保护线路示意图短路保护部分：如图2-3所示，由高频源和测量网络组成信号检测环节；由电子开关电路组成电压鉴别环节；由三极管和继电器组成输出环节。远距离停送电部分：如图2－4所示，直流源、手把开关和回路电阻等组成检测环节；小继电器组成鉴别、输出两个环节。也有的在鉴别环节增加一级放大。手把捏合，沟通直流电源回路，继电器得电而吸合，手把不捏合，直流电源构不成回路，继电器失电释放。图2-4远距离停送电线路示意图漏电保护都分：检测源利用127伏网路电源，通过二极管整流，变成检测直流信号，继电器担任鉴别输出出口。当电缆对地严重漏电时，检测直流信号的回路电流增加，流过继电器的电流增加，当达到继电器吸合值时，继电器吸合，漏电保护动作。当三相电缆对地漏电不严重时，直流回路电流很小，不足以吸合继检测环节鉴别环节输出环节测量变换鉴别放大执行机构xxx大学毕业设计（论文）说明书-4-电器，继电保护不动作，如图2－5所示，为漏电保护电路。图2-5漏电保护简图2.2远距离控制停送电的工作原理2.2.1工作原理利用原四芯电钻电缆和电钻手把开关，拴制直流检测信号，通过鉴别、输出环节而达到控制停送电。其中的127伏交流电，通过二极管箝位整流，使其不影响直流检测信号。1.送电过程由图2－6知，直流电流通过开关K实现对继电器回路的通电控制。K接通时，直流检测信号通路：（＋）B→D→K→电钻→绕组→C1J→R。继电器1J吸合其触点12J吸合，交流接触器C吸合，电缆有127伏电，同时常闭触点C1J断开，切断直流信号回路，继电器维持吸合的电流，由电流互感器供给。有的自动停送电线路，在继电器回路中串接一开关三极管，直流信号电通过三极管放大后，带动继电器。xxx大学毕业设计（论文）说明书-5-图2-6自动停送电原理图2.停电过程电钻手把松开，电缆无电，电流互感器不感生电压，继电器J断电释放，切断电源。所以手把一松，不但电钻不转，电缆也无电。3.隔离127伏电源直流检测信号与127伏交流电同走一个电缆，因此要防止127伏交流电干扰直流继电器系统。这可通过设置交、直流两个电流通道予以完成。图2-6中的直流电流通路是从直流的正极回到直流的负极，而交流电是从127伏A相经R、2D，回到B相。只要电缆有交流电，C1J是打开的，交流电不会流入直流继电系统；即便触点是闭合的，交流电流很少流入直流继电回路（即R→1R→B1G发射结→直流源负极），因为电阻R、1R阻值很大，通过的交流电流很小，不影响工作，可以忽略不计；而2D支路，只有0.7伏门槛电压，回路电阻很小，是交流的主要回路。2.2.2远距离停送电的几种电路第一种：如图2-7所示。图2-7自动停送电原理之一xxx大学毕业设计（论文）说明书-6-采用先导控制，电钻起动时，闭合手把开关K，接通下述先导回路：B（+20V）→1D→K（b相）→电钻绕组→（c相）→C1J（常闭触点）→8R→3D→1J（线圈）→0V。1J有电压吸合，CJ交流接触器主触点闭合接通回路。与此同时，CJ交流接触器的辅助触点C1J打开，切断先导回路，此时1J的供电电源由电流互感器LH二次感应信号经整流提供。停电时，K断开，主回路电流中断，LH无输出，1J失电释放，CJ随之断开，切断电源，电缆不带电二极管1D、2D用于实现127伏网络与先导回路电源之间的相互隔离。第二种电路：如图2-8所示。图2-8自动停送电原理图之二该电路的直流检测和交流旁路部分，与前一种相同，所不同的地方．增加了放大管和将先导口路中的常闭触点改成电容器，B7G为检测直流信号的放大级，B8G为电流互感器感应信号放大级，15C在起动电钻时充电，供给B9G末放级基流，使输出电路得电工作，在电钻运转时利用它隔绝先导回路电流。此电路的电流互感器的体积虽然比第一种小了点，但其所用的电容存在漏洞或者被击穿的可能，浪费直流电流。第三种电路：利用高频源遥控停送电，如图2-9所示。xxx大学毕业设计（论文）说明书-7-图2-9自动停送电原理图之三次种电路，电钻电源不经手把开关，直接送入电钻绕组。该.电路的控制信号源，由高频振荡器提供，选频回路和串联谐振槽路组成测量网络，将检测到的控制信号送入开关放大电路，经输出级去控制电源。送电过程：捏合手把开关K（这时开关接在高频回路，只起控制高频信号开关的作用），5L、5C接入高频回路，处于串联谐振状态，阻抗很小，在选频回路次级，高频信号电压幅值显著下降，B2G趋近截止，B3G导通，继电器1J吸合，12J闭合，交流接触器吸合，电钻转动。停电过程：松开手把，开关K断开，5L、5C槽路与外线路断开，选频回路次级高频电压较高，B2G导通，B3G截止，交流接触器释放，切断电源。该电路还能起到监护地线断线的作用。此种自动停送电电路利用高频源，较为安全，但是其成本很高，而且高频源应是恒流源，否则电钻可能制造拍动，影响生产。2.3短路保护工作原理及其电路图2.3.1短路保护电路各个部分的工作原理1.高频源高频源就是高频信号发生器，有的是单管振荡器，有的是经过放大的两管振荡器。振荡器电路有根多种，经常使用的有以下几种：第一种：如图2-10所示，是一个电感三点式振荡器。第二种：是变压器互感式振荡器。第三种：是陶瓷滤波器式的高频振荡器。我们一般常用的是电感三点式振荡器，所以就只对第一种详细介绍，后两种就不在介绍。图2-10电感三点式振荡器xxx大学毕业设计（论文）说明书-8-电感三点式振荡器的工作原理：线路如图2-10，由B8G、12C、1L等元件组成。在了解这部分工作原理时，请注意以下要领：注意能量转换。直流电源给LC槽路以能量，即振荡槽路的能量是从直流电源吸取的；LC之间的磁能与电场能的转换就是振荡。怎样给LC槽必补充能量，以维持连续的等幅振荡．三极管的截止和导通好比电回开关S，一会儿打开，一会儿闭合，闭合时就给槽路补充能量；三极管的导通与戳止，靠反馈线圈中的自感电动势来控制，自感电势加到三校管的基射间，发射极电位高于基极电位，三极管就导通，反之则截止。反馈线圈是L、C振荡槽路的一部分，就象自耦线圈一样。下面分别介绍：（1）起振开始在输出信号还没有的情况下，输入信号从那里来呢？这就必须想办法给1L或者12C一个能量，使1L和12C振荡起来。振荡器的起振电路是由线圈1L的2n部分→B3G发射极→B8G的基极→22R所组成，如图2－11a所示。xxx大学毕业设计（论文）说明书-9-图2-11振荡工作过程a—起振示意图b—起振时自感电势方向c—充电过程d—放电过程e—反向充电f--13C放电回路g—第二次放电过程当直流电源刚接通的时候，就有一个基极电流（亦称起振电流），按下列途径流通：电源（＋）→1L线圈的2n部分→B8G的发射极→基极→22R→电源（一）极，如图中虚线所示。由于基极有电流则B8G管开始导通，三极管有放大作用，而在集电极和发射极电路内流过一个较大的电流。其电流按下列途径流通：电源（＋）极→1L线圈的2n部分→B8G的发射极→B8G的集电极→电源（一）极，如图中点划线所示。通过1L线圈的2n部分的电流为发射极电流，它等于基极电流bI和集电极电流cI之和。由于1L线圈的2n部分在电源接通瞬间，突然通过发射极电流eI，因此1L线圈便产生一个自感电势，这个自感电势，就是起振的能量，也就是在1L中形成的磁场能。其方向是企图阻碍1L线圈电流增加，这时直流电源的电流方向是从下向上，自感电势的方向由上向下，电源外部回路的电流方向是从（＋）到（－），箭头的尾巴为（＋），箭头为（－）．而电源内部回路电流方向是从（一）到（＋），箭头的尾巴为（一入箭头为（＋），1L的线圈对自感电势来说是电源内部，因此它的极性b力（一入c为（＋）如图2－l1b。对e、c而言，c为（＋）e为（一）；对b、e而言，b为（--），e为（＋）。自感电势Lbce向12C充电，下端为（＋）上端为（--），如图2-19c中实线箭头所示；1L的磁场能转换为电容器的电场能，形成振荡。这时三极管处在什么状态呢？处在导通状态。因为这时1L的b、e部分自感电势由e端通过B8G发射极→基极→13C→b端形成回路，所以三极管是导通的。这时13C被充电、极性为右（＋）左（--），这时基极好像有一个正电压．按道理三极管就应截止，但是b、xxx大学毕业设计（论文）说明书-10-e是与13C串联的，b、e的自感电势高，大于13C的电压，自感电势的方向与13C相反，两个电源相减后，基极仍是