矿用电机保护装置

摘 要：本文介绍了一种在煤矿爆炸性气体环境下使用的矿用电机保护装置的系统原理与应用原理，该装置可以在隔爆电控箱外使用，对单台或多台电机进行保护。

关键词：爆炸性环境；矿用电机；保护装置

中图分类号：TM73 文献标识码：A

1.背景技术

现有矿用电机保护技术是依靠可编程控制器、电流传感器、温度传感器、漏电流传感器以及模拟量变送器等装置构成的硬件电路，通过电流传感器、温度传感器输出模拟量信号，将模拟量信号送至模拟量变送器，再由变送器变为可被可编程控制器识别的标准信号，然后传给可编程控制器进行控制输出触点，从而控制电机停止。

现有的技术有几个不利的因素：

①增加了可编程控制器的控制点数造成经济成本的增加。

②由于煤矿掘进机的电控箱体积受整机的限制，只能做得很小，所以增加的可编程控制器的模块（因体积是固定的）会造成电控箱内空间的压缩不利于其他电器元件的安装。

③由于模拟量变送器和传感器之间的距离有要求，距离大了会造成信号的干扰产生失真现象，从而对可编程控制器的安装位置也会造成限制。

2.结构

该电机保护装置外壳采用整体注塑形式，在满足《GB 3836.4-2010爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备》标准的冲击要求的情况下，整体质量相比钢板焊接形式大大降低。提供4个同规格的电缆引入装置，电缆引入装置采用航空插头形式，可以快速完成电缆插拔工作。有一个报警故障显示窗，采用钢化玻璃防护。外壳整体的防护等级可达到IP65。内部为一块电路板集成，固定在底板并采用浇封形式，抗震和散热性能良好。可以固定到矿用电机上且不需要加装减震装置。

3.系统原理

该电机保护装置集成了电流传感器、信号变送器、漏电流检测等元器件的功能，可以独立完成电流、电压、线圈的对地电阻、线圈的绕组温度信号的采集。由PIC16系列单片机、放大和滤波电路、光电耦合电路、MAX7219系列数码管显示电路等电子电路组成，系统原理框图如图1所示。

该电机保护装置通过接线将电机的电流信号、温度信号、电压信号、对地阻值采集到电机保护装置中，滤波、放大、数模转换电路将采集到的信号处理成PIC单片机可以接受的标准二进制信号，而当采集到的信号出现如下情况时，PIC单片机会输出一个数字量的信号，通过光电耦合电路隔离后控制中间继电器的线圈，进而切断电机的供电电源：当电机的实际电流达到电机额定电流的1.5倍、3倍、6倍、8倍时，分别执行延时20min、4min、5s、0.4s后；当电机的温度开关动作或者预埋PT100电阻值达到158Ω（即：电机温度150°）时；当电机的实际电压超出85%～115%额定电压时；当电机启动线圈绕组对地电阻值小于22kΩ时。电机因上述故障被切断电源后，在电机保护装置数码显示窗可以看到显示的故障代码，通过故障代码可以得知电机发生的故障，并且该故障可具有锁定功能，必须通过控制按钮复位后才能进行下次电机启动操作。

4.应用原理

该电机保护装置的应用原理如图2所示。将该电机保护装置固定在电机上或电机附近具有固定空间的位置，将用于采集电流、电压、温度和对地电阻的电缆分别接到电机的相应位置上，保护装置的输出端接到中间继电器线圈上，电源端接到本安电源上。

在每次启动电机之前，保护装置都会先检测电机绕组的对地电阻值，对地电阻值大于22kΩ时，保护装置将运行电机启动，否则将禁止电机启动并锁定故障。在电机启动后，保护装置将断开对地电阻检测电缆，并对电机运行过程中的电流、电压和温度信号进行检测，如无故障则每隔2小时保存一次所检测到的数据，如出现故障则切断电机电源并锁定故障。

该电机保护装置必须放在电机上或电机附近，是因为采集信号的电缆离采集源越远采集到的信号越容易失真，这在控制过程中是不允许的。

结语

与已有技术相比，该装置的优点在于结构简单，效果显著，成本低廉，工作稳定、可靠。应用在保护矿用电机上可有效的节约成本、提高系统的稳定性、使电气安装更具有灵活性。

参考文献

[1]江和. PIC16系列单片机C程序设计与PROTEUS仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[2]谢峰然. PIC单片机原理及程序设计[M].北京：清华大学出版社，2013.

[3]丁镇生.电子电路设计与应用手册[M].北京：电子工业出版社，2013.

[4] GB 3836.1-2010，爆炸性环境第1部分：设备通用要求[S].

[5] GB 3836.4-2010，爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备[S].