刘宏鹏

（大同煤矿集团有限责任公司同家梁矿，山西大同 037003）

0 前言

目前煤炭企业正处于蓬勃发展的阶段，对现代化煤矿的标准要求在不断提高，但很多电动机及其拖缆系统等机电设备在煤矿作业过程中没有达到经济运行标准，这种状况不仅浪费电能，而且降低机电设备的使用寿命，使煤矿的生产效率大大降低。通过给煤矿各设备电机装设软启动装置，不仅能使机电设备实现高效作业，而且其在启动过程中也大大降低电动机对电网的冲击作用。对此，研究软启动装置在大功率机电设备电机启动中的应用显得越来越重要[1]。

1 软启动装置的应用研究

1.1 软启动装置的工作机理及性能分析

1.1.1 工作机理

通常情况下，电压由可控硅的导通角决定控制，转矩和启动电流由电压决定控制。由数据公式可知，电动机的转矩和电流都与定子端的电压有关系，其电流与定子端的电压成正比，转矩与定子端电压的平方成正比例关系[2]。

软启动装置主回路示意图如图1所示，图中表明，通过全数字的控制技术有效控制电机端电压与电流，从而使电动机的软启动及保护功能得以实现。

图1 软启动装置主回路示意图

在正常工作情况下，电动机按照设定模式平滑启动，是在提前设定好的参数条件下，软启动装置接收到相应信号后，通过控制可控硅的导通角实现。启动工作结束后，为减少设备损耗，旁路真空接触器闭合需要接收控制器发出的信号才能实现。其中，为实现对各类故障的全程保护，装置内的微处理器需要监视运行参数情况[3]。

软停车操作是通过真空接触器接收停车信号被后自动断开实现的。

1.1.2 主要性能特点

为延长设备的使用寿命，消除电子冲击，交流电机的软启动与停止的实现，软启动装置融合了自身的十六位单片机微处理技术与电力控制技术。电机综合保护装置集合良好的过载、过流及断相等保护功能于一身，通过相应的单元被电机保护部分的主体采用特殊的抗干扰措施来进行保护，从而实现这些保护功能[4]。

1.2 软启动装置的组成特点

快开门式外壳设计和手车式防爆机芯在现代煤矿中本安型电动机的软启动装置中采用频率最高。此种结构不仅能提高煤矿机电设备的工作效率，而且有利于软启动器的维护及维修。

1.2.1 防爆外壳的设计特点

上部为接线腔，主腔与快开门结构组成下部分，用隔板隔离上腔与下腔，上下两部分共同组成机电设备防爆外壳。接线腔内包括2个控制线接线端子和3个主回路进线电源线柱。主回路电缆通过引入装置连接外壳，引入外径为φ12.9 mm的电缆，并且两侧各有一个控制线的进线装置[5]。

将外壳右侧的联锁杆转入，随后向左旋转门手柄，门向右发生平移从而与卡板分离后即门打开。隔离开关只有位于分断位置时门才会开，确保了安全，可靠的机械连锁进行开关与门的隔离。门打开后，隔离开关无法直接闭合。隔离开关手柄装在隔爆外壳右侧，可以进行正向、反向和停止3种位置操作。通过隔离开关的辅助触点实现隔离开关与主开关之间的连接。

在此装置及启动方式下，个别情况下隔离开关可以带负荷切断电源，正常情况下不会带负荷分断。

1.2.2 软启动装置的构成

软启动装置上装有主电路与软启动器的构成部件，机芯小车是其设计的关键部件。不仅真空接触器，电源、同步以及控制变压器，主电路的插板，中间的继电器，软启动控制装置，晶体管这些部件，以及各种开关和按钮，如隔离换相开关、启动的转化开关，过流、漏电、停止以及复位按钮等都是机芯小车上安装的主要构件。为使检修和维护过程更方便，可以将整个机芯从箱体拉出，具体操作流程为：先打开软启动装置隔爆外壳的门，然后旋松固定螺钉，最后将接线板上接插件与进出电源线拆下[6]。

1.3 软启动装置的优点

（1）启动电机使用双向可控硅完成启动后，选用接触器短接可控硅的工作方式，可避免接触器直接控制电动机导致的触点易粘连及烧坏等故障，大大节约能源。

（2）无冲击电流，机电设备的电机进行软启动装置启动时，晶闸管导通角逐渐增大，从而使得电机的启动电流上升至设定值的过程是缓慢的。无冲击式的启动使供电的可靠性提高，降低对负载机械的冲击力，延长负载机械的使用寿命。

（3）实现软停车功能，以下功能均能使发电设备及传动系统的使用寿命延长，如平滑减速、逐渐停机、降低机械应力等。

（4）可调功能，在现场工作中，软启动装置中设置的相关参数会依据不同的载重情况进行调节，直到将启动电流调整到最佳位置。

2 软启动装置在煤矿的适用型分析

本文作者以某矿使用的本安型机电设备作为研究对象，由以上分析可得，影响煤矿电机设备高效安全生产的因素主要有两个：

（1）煤矿使用的机电设备的电机并没有实现全部安装软启动设备，没有安装软启动设备在直接启动时，产生较大的电流，导致电网电压降低，从而直接影响此电路下的其他机电设备的正常运转，欠压保护的现象也可能会发生，最终导致机电设备为了自保而跳闸。同时其运行寿命也会缩短，这是由于直接启动时产生过大的电流使电机发热产生大量热量导致的，同时也会产生较大的冲击转矩，会严重磨损定子端部的绝缘并引起电动机的端环断裂，最终导致电机烧坏，对机电设备的正常运行造成巨大影响。

（2）机电设备需安装降压启动装置，现在普遍使用的降压启动方式为传统的自耦减压启动和电抗启动等方式。由于传统的降压启动方式有明显的缺点，其为有级减压启动模式，在其减压启动过程会有二次冲击电流产生[7]。

由于矿用机电设备的井下作业环境十分恶劣，为了确保安全，特别是关乎人生命安全的设备，如瓦斯抽放等，为保证整个工作面各设备的正常运行，配备的大容量电气设备必须安装软启动装置。综合考虑煤矿井下各运输路线受运输距离远、巷道有角度等诸多因素制约，为缓慢启动运输设备，为其安装软启动装置。电子式的软启动装置除具有软启动的功能外，还拥有许多保护功能，不仅能节省投入，而且能使操作维护更方便快捷。通常在各个事故过程中，如过流、短路以及三相电流不平衡等，电子式软启动装置的启动起到保护作用。生产实践证明，现代煤矿使用软启动器装置的型号为600VCMC型，这是由于此型号较适应井下环境，综合具有电压斜坡、限流和突跳转矩启动等功能[8]。

3 结论

在煤矿现场作业过程中，现代煤矿发展迅速，本安型软启动装置的隔爆功能还有待完善。该装置的显著优势是其可靠性高、维护量小，但依然有不足之处，因此要不断完善其对电动机的保护功能。综上所述，在现代化煤矿企业生产过程中软启动装置将会得到广泛的应用。