QJGR-350/3.3高压软起动器在刮板输送机上的应用

刘乙霖 孟彦君

（大同煤矿集团同大研究院山西大同大学山西大同037003）

1 引言

矿井综合机械化采煤设备的刮板输送机是综采生产的关键设备,其运行的安全性和可靠性对综采生产起着至关重要的作用，由于刮板运输机是直接用来运输采煤机割下的原煤，所以负载功率很大，如果采用直接起动，需要电源容量大许多倍电动机容量，起动电流也很大(约为正常工作电流的6～7倍)，同时会引起电网电压的波动、电机寿命的降低、对机械设备产生大的冲击等。采用软起动的方式起动，可以降低起动电流，但还存在其它一些具体问题。目前市场软起动器有斜坡恒流起动、脉冲冲击起动、阶跃（突跳）起动和变频起动四种。斜坡恒流起动方式是在电动机起动的初始阶段起动电流由小逐渐增加,当电流达到预先所设定的预设值后保持恒定（t1至t2阶段）,直至起动完毕。起动过程中,电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调整设定，电流上升速率大,则起动转矩大,起动时间短，这种起动器起动转矩小，无法起动重载负载；脉冲冲击起动是起动开始阶段，让晶闸管在极短时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升，进入恒流起动，该起动方法在一般负载中较少应用，适用于重载并需克服较大静摩擦的起动场合，但在大电流冲击瞬间晶闸管发热容易损毁；阶跃（突跳）起动是以最短时间，使起动电流迅速达到设定值，通过调节起动电流设定值，可以达到快速起动的效果，该种方法提高了起动转矩，同样对机械设备和电器元件造成很大的冲击而易损毁；变频调速起动具有良好的静、动态性能，即使是在低速情况下也能随意调节电动机转矩，能以恒转矩起动电动机，起动电流可以限制在额定电流以下，只是由于价格较贵而不能得到广泛应用。针对以上存在的问题，本文介绍一种起动性能好、价格较低、智能判别故障和快速处理故障的QJGR-350/3.3型高压软起动器，本起动器是一款适应煤矿特殊环境下，对大功率设备进行平稳起动、安全可靠运行、性价比高的产品，完全满足市场所需。

2 QJGR-350/3.3高压软起动器组成结构及主要技术参数

（1）QJGR-350/3.3高压软起动器结构组成

QJGR-350/3.3高压软起动器主要由隔爆外壳、隔离开关、真空接触器、晶闸管模块组件单元、智能控制模块单元、检测模块单元等组成；起动器隔爆外壳由接线腔（上部后侧）、主隔爆腔组成；主隔爆腔由相通的左右两个腔体组成，左边部分为软起动腔，右边部分为接触器腔。其电气控制示意如图1所示。

图1 QJGR-350/3.3高压软起动器电气控制示意图

（a）交流真空接触器单元

本软起动器的接触器进行了模块化结构设计，主要包括主体回路单元设计、线圈控制电路模块式设计和传动结构设计。这种模块式设计使接触器结构紧凑、组合方便，通用性强、便于维护操作和故障排查，提高了生产效率。传动结构通过杠杆传动原理实现了衔铁和动触头之间力矩的传递，包括转轴力臂、绝缘传动块、中心轴和衔铁，传动结构中衔铁与转轴力臂扣锁，转轴力臂固定在中心轴上，中心轴与绝缘传动块中部按齿形进行咬合。接触器外形结构如图2所示。

图2 接触器主体结构图

（b）晶闸管组件变频调压单元模块化设计

标准3.3 kV高压软起动装置每相由2组4 200 V晶闸管组件串联组件并联构成，晶闸管的反向峰值电压可以高达8 400 V，电压裕量足够大，提高了起动器具有较宽的电压范围。通过元件的合理优化组合，构建了晶闸管组件模块化电路如图3所示。

图3 晶闸管组件变频调压单元原理图

（c）智能控制驱动单元模块化设计

智能控制驱动单元主要由单片机驱动单元、PLC控制单元（包括故障自动甄别硬件单元）、网络通信单元构成。其模块化结构如图4所示。

图4 智能控制单元器件布置图

（d）电缆连接动静触头快速连接装置的应用

电缆连接器动静触头快速接线装置，包括电缆接线鼻子、电缆连接器动、静触头；其中电缆线鼻子使用液压电缆压线器与电缆固定在一起，电缆固定好的线鼻子与动、静触头采用快速拔插机构连接。采用动静触头快速接线装置的电缆连接器，具有结构简单、加工方便、成本低、电缆与动静触头连接方便可靠的优点，其内部连接构造如图5所示。

图5 动静触头快速连接装置分离示意图

（2）主要技术参数

型号：QJGR-350/3.3；

防爆型式：矿用隔爆兼本质安全型；

额定电压：三相，3.3 kV；

额定电流：350 A；

额定频率：50 Hz；

机械寿命：（万次）100；

操作频率：10次/小时；

起动时间：0～30 s（可调）；

起动电流倍数：50%～600%电机额定电流（可调）；

最大起动力矩：起动力矩达到被控制电动机额定力矩的1.4倍；

软起动方式：单回路/双回路软起动、限流起动、变频起动、直接起动；

保护：过载、欠载、过压、欠压、堵转和失速、不平衡、过热、线路故障、SCR门极开路、过多起动次数、零序电流型接地保护、绝缘监视等。

3 QJGR-350/3.3高压软起动器工作原理

QJGR-350/3.3高压软起动器在起动时采用离散变频技术，即在保持常规晶闸管相控调压软起动器主电路不变的基础上，在起动过程中，通过改变晶闸管触发角控制，对电动机定子相电压频率进行变换，使其随着相电压逐渐增大，从较小的7分频初值开始起动，然后变为4分频、3分频、直至达到工频，晶闸管退出工作，接触器吸合完成起动过程，由此实现变频软起动。

本起动器在运行过程中应用自动甄别系统，其原始参数是由电流互感器采集的电流信号经电流变送器转换；由控制变压器输出实时电压信号经电压变送器转换后给PLC输入端提供参数，通过与数据库内相关参数比较，自动识别故障，自动保护并实时显示故障。

本起动器具有(就地/远方)两种控制方式和(单台/联台)两种工作方式，电动机起动时采用了变频起动模式如图6所示，该起动提供一个大提升转矩以克服负载的惯性。

图6 变频起动

4 产品实际应用效果

QJGR-350/3.3高压软起动器于2017年10月12日在麻家梁矿14402综采工作面刮板输送机上进行了为期2个半月的带载运行，该套设备运行性能稳定可靠，解决了刮板输送机起动时减速器、刮板等设备的机械冲击以及电网冲击这些起动问题。

表1 具体工业性试验现场工况

表2 软起动器各种运行状况测试

从运行情况看来，达到了满意效果，该起动器可满足3.3 kV供电的刮板输送机起动及控制要求，具有以下优点：

（1）使用软起动器后，电动机起动平稳，起动电流降低，减小了对电网的冲击。

（2）使用软起动器后，选用刮板输送机控制专用起动方式，提供了平滑的无级电动机加速，并且通过减少转矩波动，来减轻对电机、设备的损伤。

（3）使用软起动器后，刮板输送机系统的维护和维修量明显减少，节约了劳动力，节省了配件开支，提高了开机率。

（4）断电检修刮板输送机电机或软起动器时，分断软起动器的隔离开关即可为其断电，使用方便；双出线真空接触器可保证始终有一回路处在备用状态。

5 结语

QJGR-350/3.3高压软起动器集高电压、大功率变频起动技术于一体，解决了3.3 kV供电的刮板输送机起动时对电网引起的波动，降低电动机的起动电流，增加起动转矩，减少了刮板输送机起动的机械冲击，供电系统得到了良好的保护，同时降低了设备维护量与人员投入，大幅度提高开机率，完全满足井下实际使用要求，促进矿井安全生产，该产品值得大力推广应用。