矿用软启动器隔爆机构和本安电路设计.pdf

重庆大学 硕士学位论文 矿用软起动器隔爆结构和本安电路设计 姓名孙海燕 申请学位级别硕士 专业控制工程 指导教师孙跃;梁修群 20060401 重庆大学硕士学位论文 中文摘要 I 摘 要 在爆炸危险区域的自控系统设计中,人们在实践中积累了各种防爆方法，如本 质安全型、正压通风型、隔爆型、增安型、充沙型、充油型、浇封型等各种防爆方 法。 本文以济源世纪电器公司的新产品新技术开发为背景， 针对目前国内软起动器 在特殊工作场所中的防爆要求， 在公司原有产品技术和设备的基础上， 提出了一种 较为理想的隔爆兼本质安全型交流电动机软起动的设计方案， 将隔爆兼本质安全防 爆技术与交流电机软起动技术有机结合开发完成了QJR－400∕1140（660矿用 隔爆兼本质安全型交流电动机软起动装置 。 并且顺利地通过了国家级检测中心检 验，其成果通过检测鉴定被确立为河南省科学技术成果和河南省高新技术产品。 本文第一章首先介绍了煤矿井下防爆技术的发展概况以及电动机防爆软起动 技术的现状与发展趋势。进一步提出矿用软起动装置的防爆技术要求，点明本课 题主要解决的问题。 本文第二章对矿用软起动器整体设计进行了概述，说明了矿用软起动器的工 作原理、主电路设计，以及基于 ADC841 单片机为中央控制单元，将双闭环比 例积分微分（PID调节器、晶闸管相位控制触发器、三相同步信号采集器、电动 机综合保护等各种功能集于一体的综合控制器软硬件设计。 本文第三章重点分析了矿用防爆软起动器的防爆壳体的设计思路，以标准化 隔爆级别和安装维护的方便为前提， 从软起动器设备中所使用的各个电气元件 （真 空接触器，大功率晶闸管，控制变压器等，到防爆外壳的选材，结构型号，再到 接线方式，结合面的配合程度，甚至外壳上配用的螺栓螺母，均按相应的国家技 术标准要求设计完成了一套完整的产品装配图与零件图。并通过了有关图纸审核 部门的审定。 本文第四章针对本质安全电路的原理、特点及国家标准的要求，阐述了本质 安全电路设计的基本原则及方法。分析了目前矿井电动机控制系统先导电路的工 作原理,按照本安电路设计规范要求对煤矿井下防爆软起动器的本安电路结构及 元件的额定值选型进行了设计计算。 本文第五章介绍了针对本装置进行的国标规定的十一种检验检测方法及相关 检验检测数据和结论。 关键词防爆技术，交流电动机，软起动，隔爆结构，本安电路 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 II ABSTRACT In the systematic design of automatic control exploding in the dangerous area, people have accumulated various anti-blast s in practice, essence safe type , press person who ventilate , separate person who produce , person who fit again , fill sand type , fill oil type , water copies of type ,etc. various anti-blast s. This text regards new technological development of new products of electric apparatus Company of Jiyuan century as the background, require to the explosion- proof of the domestic soft starter in the special workplace at present, at company original products technology and foundation of apparatus, put forward one a comparatively ideal one through produce and concurrently safe type of essence exchange the soft design plan that starts of the motor, separate , produce and concurrently essence safe anti-blast technology with soft to start technology organic to combine, develop , finish to exchange electrical machinery. Examine through national- level monitoring center smoothly, through measure , determine , establish for Henan Province scientific technological achievement and new high-tech product of Henan Province achievement its. This text chapter one recommend colliery anti-blast development overview and motor explosion-proof soft current situations and development trends to start technology of technology in the pit at first. Put forward ore spend soft anti-blast technical requirement of starter , point out problem that subject solves mainly this further. This text chapter two carried on the summary to the ore by the global design of soft starter, prove ore design with soft operation principle , main circuit of starter, and one-chip computer the central control module on the basis of ADC841, pair will close differential of total mark of ring proportion PID regulator , brilliant floodgate in charge of phase place control trigger , three-phase synchronous signal collector , motor protect various function collect on integrative comprehensive controller software and hardware designing synthetically. Mentality of designing of the anti-blast shell of the soft starter of mining explosion-proof of key analysis of chapter three of this text, in order to standardize through produce rank and install convenience that maintain as prerequisite , vacuum contactor from soft starter each electric component used in the apparatus, high-power 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 III brilliant floodgate in charge of, control voltage transer wait, reach selecting suitable materials of anti-blast outer cover, structural type , and then reach wiring way, combine the cooperation intensity of Taxi, even the bolt nut that is worthy of using on the outer cover, has designed and finished a set of intact products installation diagrams and part pictures according to the corresponding national technical standard requirement. And verify the authorization of the department through relevant drawings. Chapter four of this text directs against the principle of the essence safe circuit, the requirements of the characteristic and national standard, have explained basic principle and that the safe circuit of essence is designed. Have analyzed the operation principle of the motor control system guide circuit of the mine at present, according to fit circuit design specification requirement explosion-proof soft starter fit circuit structure and specified value person who select of component go on , design , calculate originally in the pit to colliery originally. This text chapter five introduce, measure data and conclusion to national standard 11 test detection and relevant test that stipulate that device carry on this. Keywords Anti-Blast Technology, Exchange The Motor, Start Softly, Through The Structure of Producing, Originally The Circuit Is Fitted 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 1 1 绪 论 1.1 工业防爆技术概况 工业用电气设备的选择主要瞄准在恶劣工业环境中的长期可靠运行和良好的 工作性能。 当电气设备用于爆炸性气体环境中时,要特别注意防止电气设备因火花 或热表面而引起的爆炸。 因此,选择的目的在于把电气设备可能引起爆炸的概率减 小到容许的最低限度。 引起爆炸的条件是,必须同时存在爆炸性气体和引燃两个条 件。 在某一场所,爆炸性气体存在的可能性很高,电气设备的结构应使产生点燃源的 可能性尽可能小,相反,对于那些爆炸性气体存在的可能性很小的场所,则可允许点 燃源存在的概率稍高些。 因此,电气设备与实际危险条件必须谨慎匹配,以便一方面 保证满足电气设备的安全等级要求,另一方面避免电气设备不必要的造价和系统 设计等方面的复杂化。 如果工业上不可能使用无火花电器,一些专用方法可保证电气设备不发生爆 炸，这些特殊方法称为“防爆型式”。防爆型式是为防止电气设备引起周围爆炸性 气体环境引燃而采取的特定措施。 各种防爆型式通常用字符表示,这些符号的介绍及特殊防爆形式意义简要解 释如下,见图 1.1。 d隔爆外壳 一种防爆型式。在这种防爆型式中,能够引起爆炸的电气设备 元件均封闭在一个外壳内,该外壳能承受内部爆炸性混合物的爆炸压力而不受损 坏,或阻止内部火焰通过壳内任何接合面及各结构开口向外部爆炸性环境传播。 e增安型 防止产生过高温度和产生电弧和火花的可能性,从而达到增加安 全所提供的一种防爆形式。 h气密型 气密壳体中含有防止机械损坏的潜在点燃措施用装置。 i本质安全型 在这种防护形式中,所有电路的设计均作到符合设计规范而 电气地和机械地、或在规定的故障条件下所产生的任何火花或热效应均不能引起 规定的爆炸混合物引燃。本质安全防护分两类ia 类 具有规定电流和/或电压安 全系数的电气设备不会在正常运行中,或由所施加的单个故障,或两个故障并合产 生引燃。ib 类 具有规定电流和/或电压安全系数的电气设备不会在正常运行中, 或由所施加的单个故障产生引燃。 m浇封型 在这种防爆形式中,潜在的点燃源被灌封在阻燃的固体绝缘材料 中。这种材料应能在内部故障条件下防止断裂。 n无火花电器 正常运行中既不能产生以引燃的电弧或火花,也不能产生能 引燃热表面的电气设备认为是无火花电器。 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 2 o充油型 电气设备或电气设备部件浸入油中的一种防爆形式,这种浸渍方 法使油上面或壳外的爆炸性气体均不会引燃。 p正压型 这种防爆形式分三类。 如果通过保持外壳内的空气压力大于外部 环境压力来防止爆炸性气体进入电气设备中,则应用空气正压。 如果通过保持外壳 内惰性气体的压力大于外部环境压力来防止外部气体进入电气设备中,则应用惰 性气体正压。连续稀释人工通风是用足量的保护气体通常为空气通入外壳,以 驱散和稀释因易燃物质从内部释 放而可能产生的可燃性气体或蒸汽,从而防止爆 炸。 在爆炸危险场所,为了防止外部环境气体进入外壳内,应在外壳内保持适量的过 压力。 如果不能保持外壳内保护气体的供给,为了防止危险情况的发生,应设置视觉 装置或音响装置报警。 一经发生警报,应立即采取正确的措施恢复保护气体的供给, 必要时,手动切断电气设备的电源。如果不能手动切断电源,必须能够自动切断电 源。 q充沙型 一种用细粒状材料充填外壳的防爆形式,使预期使用状态下电气 设备外壳内产生的电弧不能引燃外部环境气体,典型的充填材料是石英砂。 r限制呼吸型 一种防爆形式。 引燃源封闭在密封的外壳内,在有限时间内足 以防止外部环境气体大量渗入而在内部产生爆炸性混合物,且外部元件不能产生 爆炸。 s特殊防爆形式 这种防爆形式不能整个地归入到上述防爆形式中任何一 种形式中,一个电气设备内可综合有几种防爆形式。 对于具有这种防爆形式的电气 设备,相关文件应指出该专用的防爆形式对哪一种危险能适用。 图 1.1 识别防爆形式 Fig.1.1 Discern the anti-blast 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 3 表 1.1、表 1.2 指出了特殊危险条件下提供合适安全级别的防爆形式。在这些 合适的防爆形式中,大部分实际上没有必要,或对某特殊危险过于良好,因此,对所有 使用细节需要作进一步分析,以便对特殊危险场所所要求的防爆形式达到最佳选 择。 表 1.1 现在的防爆形式 Table 1.1 present explosion-proof shape 表 1.2 防爆形式”P”适合的范围 Table 1.2 explosion-proofs s “P“ suitable scope 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 4 根据危险条件中的通用考虑和上述防爆形式,有关选择步骤总结如下 第一步研究场所分类图,并尽可能地将电气设备安装在非爆炸危险场所,如开 关间或控制室。 第二步大多数剩余电气设备应尽可能安装在 2 区危险场所。在这种情况下, 只要正常工作条件下不能引燃,应首先考虑使用一般工业电气设备。 第三步在第二步不适用的地方,应从表 1.1 和表 1.2 中选择适当的防爆形式。 表 1.1 和表 1.2 中给出的各种可能性中,对特定危险的情况应优先选择,但不能满足 危险场所。 第四步当已选择“隔爆外壳”和“本安型”时,要确定电气设备的适当温度等级 和适合的气体组别。 第五步由所选择的防爆型式、适当的温度等级和必要时适当的气体组别, 确定电气设备的工业有效性。如果失败的话,选择适宜于更危险的电气设备。 第六步存在几种可能性时,应比较设备成本和运行成本,作出最后选择。 本课题研究开发的 QJR/Z-400/1140660型煤矿用交流起动器采用的防爆型 式为隔爆兼本质安全型。 1.2 电动机防爆软起动技术的现状与发展趋势 1.2.1 电动机防爆软起动技术的现状 交流电动机软起动器以其起动平稳、电机起动时冲击电流小、无触点、节能 等优势，在矿山、冶金、石化、造纸、水利等场所中得到了广泛的应用。就目前 国内同类产品而言，一是无防爆设计，而是仅适用于 380V 电压等级的交流电动 机。这类起动器既不能应用于有防爆要求的场合，也不能应用于 660V 以上电压 等级的高压交流电动机。 二是即使有防爆设计， 而在防爆型式上仅以隔爆型出现， 不能把本质安全型电路设计和隔爆型有机结合起来，用以提高防爆技术。 随着防爆技术的发展，防爆工艺的不断完善，以及大功率高压晶体闸管器件 制造水平的不断提高， 开发研制防爆型的高压交流电动机软起动器已经成为可能。 将先进的控制技术应用到防爆型高压交流电动机的软起动控制之中，不但可以提 高有防爆要求场合﹝如矿山、采油、轻油泵房、纺织等﹞中高压设备的运行可靠 性，而且能提高防爆型高压设备的控制技术水平。这既能填补我国在这一领域技 术和产品的空白，同时也是全球市场的需求。 随着微机控制技术的迅速发展和现代控制理论的广泛应用，数字化控制技术 以其控制精度高、 算法灵活多样等优势， 在工业控制的各个领域得到了普遍应用。 目前， 发达国家的大的电气公司， 像美国 AB 公司、 英国 CT 公司、 德国 SIEMENS 公司、日本横山公司等，在防爆高压型电机控制方面普遍采用数字化控制技术， 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 5 其产品在起动性能、运行性能、故障诊断、元件可靠性等方面均处于较高水平。 但由于其价格昂贵， 且无防爆、 高压型的综合性控制设备作为供用户选择的产品， 因而限制了软起动技术在高电压等级下有防爆要求的工业控制领域中的应用。 在国内， 随着微电子工业的发展， 数字化控制技术在电机控制领域的应用正 在不断发展和完善。特别是近几年来已开始向防爆软起动领域深入，在这方面像 煤炭科学研究总院上海分院、煤炭科学研究总院抚顺分院、国家南阳防爆电气研 究所等科研单位取得了一定的成果，但是到目前为止，采用数字化控制的防爆兼 本质安全型交流电动机软起动器技术在国内仍属起步阶段。在软起动器控制技术 方面， 较为先进的国内产品， 多采用模拟控制方法 而基于 MCU﹝Microcontroller Unit，微控制器单元﹞设计的数字式产品，虽然技术指标有所提高，但在抗干扰、 保护性能、故障诊断等方面还存在不尽完善的地方，很难与国内技术抗衡。采用 MCU 微机控制系统实现高压电动机软起动是电机控制领域从有触点继电控制， 到晶体闸管无触点控制的必然趋势。随着防爆技术的不断提高和防爆工艺的不断 完善， 特别是国家发展和改革委员会 2005 年 6 月 1 日发布实施的国家煤炭行业标 准矿用交流软起动器 （MT/T943－2005，数字化控制技术在我国电机防爆软 起动控制领域必将获得飞速的发展。 1.2.2 电动机防爆软起动技术的发展趋势 近年来，随着国际间科学技术交流的日益频繁，我国的电动机防爆软起动技 术获得了较快发展。此外，随着国外先进的电器制造技术的引进，一大批新的低 压电器元件相继投入了生产并形成系列化，这为新型起动器的研发奠定了基础。 但是，由于国内电器制造行业对起动器的重视不够，使用于新型起动器的电器元 件发展缓慢，也极少有专用的起动器元件面世，因而影响了起动器的发展。从目 前国内外起动器的发展来看，电动机防爆软起动技术正呈现以下趋势 ① 全面贯彻新的标准，并参照国外先进标准，以期参与国际市场的竞争。 ②人工智能控制，模拟人的思维，在信号处理、模式识别、系统识别、故障 诊断与预报、系统控制等方面实现自动化，成为具有自适应功能的“傻瓜式”软起 动器。 ③在防爆技术方面，除设备壳体隔爆外，把整个产品设计成本质安全型防爆 电气产品，成为能在线测量和带电维修的系统防爆产品。 ④具备完善的动、静态保护功能，除完成软起动的任务外，还要完成电源故 障保护、温度保护、欠／过压保护、断相保护、短路保护等。 ⑤在微控制器的选用上， 虽目前采用的算法用 16 位机已足以胜任， 可以相信， 随着人工智能、模糊控制、神经网络控制技术引入软起动器，16 位机将难以完成 这些复杂运算，DSP 将逐步进入软起动领域。 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 6 ⑥重视起动器的节能效果，着手改善在目前起动器中普遍存在的效率低、负 荷率低以及功率因数低的“三低”状况。 ⑦应用模块化设计技术，能合理有效的利用空间，便于元件配合、功能扩展、 降低成本、缩短生产周期、以及提高产品的市场应变能力。 控制系统硬件由模拟技术转向数字技术，微处理器在性能、速度、价格、体 积等方面的不断发展为交流电动机的软起动控制技术由理论上升为实践提供了最 关键的保证。 1.3 软起动装置的防爆技术要求 软起动器按防爆型式分为矿用隔爆型“ExdI”和矿用隔爆兼本质安全型“Exd ［ib］I”。本课题研究的软起动器为隔爆兼本质安全型。型号按 MT/T 154.2-1996 的规定，基本参数额定电压660V 、1140V；额定电流符合 GB/T 762-2002 的规定（除非产品标准另有规定；额定频率50HZ ；电流过载倍数≥4。 1.3.1 QJR 起动器外壳应具备耐爆性和隔爆型结构 隔爆外壳属电气设备的一种防爆型式，其外壳能够承受通过外壳任何结合面 或结构间隙渗透到外壳内部的可燃性混合物在内部爆炸而不损坏，而且不会引起 外部由一种、多种气体或蒸汽形成的爆炸性环境的点燃。隔爆外壳的防爆型式通 常称为隔爆型，用字母“d”表示。隔爆型电气设备的要求之一是设备外壳必须具有 耐爆性,实际就是外壳的强度问题。 当隔爆外壳内部发生爆炸时,应使其不发生变 形和损坏,不致使爆炸火焰直接点燃矿井中的瓦斯混合物,从而达到耐爆要求,它是 由外壳的材质和机械结构强度来保证。 因此,外壳应有足够的坚固性,以及外壳在热 源的作用下,经烧灼及过热不会受到损伤。外壳的隔爆性,又称不传爆性,它是隔爆 型电气设备的一个重要因素。所谓隔爆性就是要求外壳各个部件的连接要符合一 定的隔爆构造参数,而使其在下列情况下不能点燃周围爆炸性介质当电气过载或 短路,引起壳内的油或有机绝缘物分解生成的可燃性气体爆炸,其火焰传出外壳时, 由于隔爆构造参数对弧光短路目前还无法达到隔爆要求,因此只能在电气方面加 强绝缘,保证质量,或采用迷宫式结构。 如电缆用电子管式的保护方法来达到防爆目 的或者严格控制瓦斯的浓度。 这些都是外壳内可能出现的最危险情况,如果把它限 制在外壳内部,不让它波及到壳外,或者虽然冲出了火焰和灼热的金属颗粒,但已被 冷却,就能有效地防止周围可燃性瓦斯的爆炸。 所谓不传爆性,就是甲烷空气混合物 在外壳内部爆炸时,向外喷出的火焰,不会引起壳外可燃性气体的爆炸。 它是由外壳 的结构,即通过外壳装配接合面的宽度、间隙和表面加工光洁度来实现的。这种接 合面可以是法兰盘对口式,也可以是圆筒或活动式的装配。 QJR 起动器防爆外壳采用快开门结构，其隔离开关与隔爆外壳之间装设可靠 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 7 的机械连锁，保证只有当隔离开关处于断开位置时，主腔才能打开；当主腔打开 后，以正常的操作方法不能使隔离开关闭和。隔爆接合面指隔爆外壳不同部位相 对应的表面配合在一起 （或外壳连接处且火焰或燃烧生成物可能会由此从外壳内 部传到外壳外部的部位。外壳接合面宽度又称火焰通路长度指从隔爆外壳内部通 过接合面到隔爆外壳外部的最短通路长度。隔爆间隙指隔爆接合面相对应表面之 间的距离。软起动器隔爆接合面间隙，接合面宽度和表面粗糙度应符合 GB3836.2-2000 第五章的要求,接合面表面平均粗糙度 Ra 不超过 6.3um,无论是长 期关闭或是经常打开的外壳其所有接合面均应符合标准中规定要求,接合面表面 应进行防腐处理,但通常不允许使用漆或类似材料涂覆,除非已证明该材料和涂覆 工艺不会影响隔爆性能。对于 I 类电气设备，应能直接或间接检查经常打开的门。 隔爆外壳应能承受标准中规定的内部试验压力而不发生损坏或引起外壳结构 强度降低或接合面处间隙产生永久性增大使其超过表中规定间隙值的变形。根据 规定，I 类设备的外壳材质应符合附录 C 中的补充规定，即采掘工作面用电气设 备的外壳须采用钢板或铸钢制成。要求软起动器外壳能承受外壳耐压试验和内部 点燃的不传爆试验。外壳耐压试验的目的是证明外壳能否有效的承受内部爆炸， 外壳应在带有全套内部装置或在该位置上装有等效作用的物体状态下进行试验， 但是外壳若设计成在拆去内部部分装置后仍能使用时，则应在检验单位认为最严 酷的条件下进行试验，试验时，若外壳未发生损坏，也未发生永久变形，则认为 试验合格，在接合面的任何部位都不应有永久性的增大。此外，隔爆外壳应经得 起过压试验，包括静压和动压试验。静压试验试验压力应为参考压力的 1.5 倍， 但至少为 0.35MPa。 加压时间应为 10s。 对于容积大于 10cm3而不经受出厂试验的 外壳，试验压力应为参考压力的 4 倍。如果已知参考压力，则进行动压试验时可 使外壳承受的最大压力为参考压力的 1.5 倍。压力上升速度不应与测定参考压力 时的上升速度差别太大。特殊情况下可以通过预压用于测定参考压力的爆炸性混 合物进行试验。 内部点燃的不传爆试验是将外壳放置在一个试验罐内，外壳内和试验罐内应 充以相同的爆炸性混合物进行试验。外壳内的混合物应采用一个高压火花塞或其 他低能点燃源来点燃。另外，若外壳内装有能点燃爆炸混合物的开关装置时，可 用该装置来点燃。如果点燃没有传到试验罐内，则认为试验结果是合格的。I 类 使用的爆炸性混合物及其与空气的体积比应符合表中规定即甲烷 58氢 24。试 验次数至少 5 次。 本装置防爆性能试验属型式试验项目，外壳静压试验属出厂检验项目。软起 动器外壳在精加工后应进行压力为 1 MPa 的静压试验，历时 1020s，试验以无结 构损坏或可能影响隔爆性能的永久变形为合格。 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 8 1.3.2 软起动器先导电路应具备本质安全特性 本质安全电路指规定条件包括正常工作和规定的故障条件下产生的任何电 火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路。软起动器的本质安 全电路设计与制造应符合GB3836.4-2000规定,并通过GB3836.4-2000中10.4规定 的火花点燃试验。该装置中本质安全电路导线用兰色绝缘导线或加兰色导管，接 线腔内本安电路端子应在附近加本质安全标志“i”；接线腔内本安电路与非本安电 路电气间隙应大于 50mm。 本质安全电路是防爆电气设备中最安全的，因为即使在故障状态下，它也不 会引起爆炸，也就是从“本质”上是安全的，故称为本质安全型简称本安型。全 部电路均为本质安全电路的电气设备称为本质安全型电气设备，标志符号为“i”。 本质安全型电气设备按型式可分为单一式和复合式。单一式本安型电气设备是指 电气设备的全部电路都是由本质安全电路组成的，复合式本质安全电气设备是指 电气设备的部分电路是本质安全电路，另一部分为非本质安全电路，矿用隔爆兼 本质安全型软启动器输入电路与动力电网关联， 不能设计成单一式本质安全电路， 只能是复合式本质安全型， 对非本质安全部分须采用隔爆外壳、 浇封等防爆措施。 软起动器先导电路必须按照设计本安电路的基本原则与方法，更大范围地把防爆 电气产品设计成本安型防爆电气产品。 火花试验装置是研究电路本质安全性能的基本设备，根据在该装置上得到的 试验结果绘制的各种点燃曲线是设计本安电路的依据。国际电工委员会 IEC 推荐 的前西德的火花试验装置己作为国际标准，得到各国公认。我国有关部门对于火 花试验装置也制定了统一的标准，2000 年公布的国标 GB3836. 4-2000爆炸性环 境用防爆电气设备，本质安全电路和电气设备中规定火花试验装置采用工 EC79-3 火花试验装置。 本装置对本安变压器的使用环境条件为环境温度-25℃～70℃；相对湿 度 温度为 40℃时不大于 90； 大气压力 860～1060mbar （约为 650～800mmHg； 绝缘耐热等级要求为B 级（130℃；安全特性要求为绝缘电阻常态时大于 1000MΩ； 抗电强度 可承受工频 3750V/1 分钟； 抗电冲击 可承受脉冲 6KV/50S 连续 20 次冲击；阻燃性符合 UL94-Vo 级；满足变压器输入输出绕组之间耐压 2500V、全部绕组与铁芯或屏蔽之间耐压 1000V、本安供电绕组之间耐压 1500V 试验要求； 额定功率3VA； 技术参数初级P2110V15 50Hz/60HzP1， P2次级S 26V-27.5V-29V212V-215V-218V-221VS1,S2。 另外本质安全型电路中电气间隙和爬电距离应符合 GB3836.42000 中 6.3、 6.4 的规定。 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 9 1.4 本课题来源和主要解决的问题 按照重庆大学的培养宗旨，鼓励工程硕士毕业论文与地方企业技术开发相结 合，响应这一号召，我们课题组成员积极参与济源世纪电器公司的新产品新技术 研究开发，与公司技术科的同志经过一年的努力，在公司原有产品技术和设备的 基础上，对隔爆兼本质安全型矿用软起动器进行了研究、设计、申报及试生产。 本文是在这一背景下，结合作者所学专业机械设计的特长，在机与电结合的产 品技术研制方面进行了一些尝试。 在本文的正文部分，将主要探讨以下几个方面的内容 ①首先提出易燃易爆危险场所对电机控制设备的特殊要求；介绍了煤矿井下 防爆技术的发展现状。 ②对矿用软起动器整体装置设计进行了概述，简单介绍了矿用软起动器的工 作原理、控制器硬件设计与软件设计思路、抗干扰措施等。 ③重点研究隔爆兼本质安全智能型交流电动机软起动器的整体防爆结构设 计。 ④着重进行本安防爆系统研究，阐述了本安电路设计的基本原则与方法，本 安电路技术参数的计算与确定，本安电路与非本安电路的隔离措施以及抗干扰问 题的处理。 ⑤解决和完成矿用隔爆兼本安型电机软起动器研制项目的申报、图纸审核、 样机试制、调试检验、型式试验和取证工作和成果鉴定工作。 重庆大学硕士学位论文 2 软起动器整体设计 10 2 软起动器整体设计 2.1 软起动器的特点及主要性能 QJR-400/1140660型矿用隔爆兼本质安全型软起动器（以下简称起动器，它 同时具有矿用真空磁力起动器和交流电压软启动的功能，是一种集光、机、电一 体化的高科技产品，更主要的是具有模块化结构，特别适应使用和维修。该产品 适用于交流 660V、1140V 电压的异步电动机重负荷软起动，以及各种情况下的磁 力启动。软启动时具有起动电流小、起动速度平稳可靠、胶带无振动、对电网冲 击小等优点， 且起动曲线可根据现场实际工况调整， 从而减少起动时的胶带张力， 降低对胶带带强的要求，进而可以降低胶带机的初期投资，延长了胶带的使用寿 命。直接起动时，它具有磁力起动器的各种功能，即真空接触器能起动和分断各 种情况下的电机负荷， 该接触器还具有分断 20 倍的短路电流能力， 隔离开关亦具 有分断电机的负荷，电机综合保护器具有短路、过载、电压断相、电流断相保护 等功能。用户可根据实际对象不同，选择起动方式和保护方式。 ①本装置的特点有 1直接斜坡起动控制方式，满足多种场合的需要。 2高可靠性及抗干扰性能，仪器的输入、输出与微处理器之间采用了光电隔 离技术。 3为满足电压波动的要求，本产品使用开关稳压电源供电，具有极大的电压 适应性和电源抗干扰能力。 4内置 EEPROM，可以存储各种现场的参数，掉电不丢失信息。 5参数数码显示并具有很宽的参数调整范围。 6采用ＲS485 串口通讯，可以实现多机联动控制。 7采用３个按键完成全部操作，便于维护。 8采用国际通用卡入式结构设计，安装、维修、更换简单方便。 ②本装置的性能 1运行方式直接斜坡。 2输入信号电流两路 00.1A（交流、数字输入两路。 3通讯方式485 通讯。 4电源电压85260Vac，5060Hz。 5输出继电器输出（常开。 6绝缘强度≥20M。 7功耗≤20W。 重庆大学硕士学位论文 2 软起动器整体设计 11 8使用环境温度 050℃、相对湿度≤85％，无腐蚀无导电尘埃。 2.2 软起动器起动原理分析 电动机的转矩与加在定子端的电压平方成正比，电动机电流与定子端的电压 成正比。因此可以通过控制电压对起动转矩和起动电流进行控制，电压的控制是 通过控制可控硅的导通角实现的。软起动器主回路采用三对反并联可控硅，利用 全数字控制技术，完成电动机端电压与电流的控制，从而实现电动机的软起动及 运行保护等。 工作时，软起动器接收到控制信号后，根据已设定的参数，控制三相可控硅 的导通角，使电动机按设定模式平滑起动。起动结束后，由控制器发出信号，使 旁路真空接触器闭合，可控制器暂停工作。微处理器对运行参数继续监视，对各 类故障进行全程保护。 QJR400/1140（660型起动器，其中交流软起动部分是以反并联的三大功率 可控硅作为可控硅模块，其中核心部件是采用特种双回路调节器。可按用户要求 预设的曲线对电动机进行自动控制，并保证起动加速度在 0.1m/s2≤a≤0.3m/s2范围 内，使其平滑可靠地完成起动过程。当电机起动过程完成后，由调节器控制交流 接触器吸合，短接所有的可控硅，使电机直接投入电网全压运行。 QJR400/1140（660型起动器，其磁力起动器是有隔离换相开关、真空接触 器、电机综合保护器组成。当软起动有故障时，将芯架上的旋纽置于直接起动位 置，她就具有完备磁力起动器功能。 QJR400/1140（660型起动器，正常工作为交流软起动器完成起动功能，磁 力起动