1、主回路保护单元的设计(精)

1、11主回路保护单元的设计双电源起动器控制的负载主要是电动机，而电动机发生短路、过载、断相时，流经的电流 都将不同。对双电源起动器来说：在不同的故障状态下，电流的大小不同，保护动作的方式、 时间也不同。我们将新设计的保护器作为双电源起动器的保护核心，保护器应符合以下要求：1.1、当电动机发生短路、堵转故障时，双电源起动器应能立即保护，切断电动机的工作电源，动作时间满足下式要求：tdV200ms（td：为短路动作保护时间）；1.2、当电动机发生过载、断相时，双电源起动器采用反时限（见图一）动作原理，保护、 切断电动机的工作电源的动作时间满足下式要求：tg=1600ln-1/萨-1.2丨 其中：tg

2、：为允许过载时间，B：为过载倍数；Ie:为额定电流双电源起动器保护器的原理框图见图2鑑肋画电气原理眶图凰二：电气舷框国由图二可见：双电源起动器主、辅回路的过载、断相、短路、漏地闭锁、风电闭锁等保护功能，全部由保护器来完成。而保护器是由保护插件和电流取样互感器所组成。同时，确保煤矿安全生产是我们研究、开发、生产的前提。所以说：我们在研制、试制过程中，保护器的可靠性、互换性则是我们研究的重点1 11k1丄轿相比皱廷 ETT-ISKXE1n H主画电气原逼框国|丄討迂载:廷比660V阴CV社到亘誉 _-卜魯堆土取I丐純自秋養31.3、保护器核心器件的选择为了完成对所控制局部扇风机、对旋局部扇风机的短

3、路、断相、过载、漏电闭锁、风电闭 锁等多种保护、显示功能，并可将被控局部扇风机、对旋局部扇风机的工作状态、故障类型、 主回路从优性及相关信号，上传到控制中心，既便于煤矿井下的生产管理，又可以提高判断故 障和排除故障的效率。我们将单片机做为保护器的核心器件，经过试验与比较，在8位单片机 中，AT89C5技术比较成熟、功能较强、价格低廉，具有功耗低、电压范围宽及抗干扰能力强 等优点。因此我们在设计时，选用了性价比较高的AT89C5单片机，做为保护器的核心器件， 并配以相应的外围接口及信号处理电路，在模块化软件的支持下，有效的解决了上述问题。考虑到煤矿井下，主局扇的容量应等于或大于备用局扇的容量，在

4、设计时， 我们增加设计 了主回路的从优性。2、 双电源起动器主回路分断元件的选型 考虑到双电源起动器，一般情况下，主、辅回路所带负载均是一个恒定的负载，兼顾到所选器件对整机性能、价格比的影响，确定主回路采用真空分断技术。由于双电源起动器主、辅回路应满足在电网电压为380V/660V条件下，控制的额定功率应 不小于30/40KW分断元件又是起动器的关键部件，它对整机的性能、体积、重量、成本等都 起着至关重要的影响。而ZJJ-80真空交流接触器：2.1、电压等级可用于电压至660V回路中；在660V的条件下，它可控制的额定功率为40KV；2.2、在电网电压为380V的条件下，它可控制的额定功率30

5、KW2.3、在分断容量相同的条件下，ZJJ-80真空交流接触器比其它系列接触器的分断能力可 到1200A而体积、重量比其它系列接触器要小的多。经反复试验比较，最后选定ZJJ-80真空交流接触器作为双电源起动器主回路的分断元件。3、 控制变压器的设计 考虑到电源的抗干扰能力，我们对控制变压器的一、二侧加装了屏蔽。4由于ZJJ-80真空交流接触器同时吸合的最大消耗功率， 经理论计算和试验测量， 起动时 为120VA吸合后的维持功率不足30VA而保护器、指示灯的消耗功率不到3VA考虑到外接 点铃、信号时的消耗功率，其总的最大消耗功率130VA取n=0.750.90，该变压器的设计容 量应不小于200

6、VA由S =200VA可求出铁心截面积A=KQXS2(查表取K0=1.5);我们设计时，选用D310冷轧硅钢片为变压器铁心，并取磁感应强度B=12000高斯，因而 可求出变压器的每伏匝数：N=4.5X105/BmXA一次绕组660V的匝数为：NI=660XN);380V的匝数为：2=380XN)考虑到变压器的漏感及线圈的电阻，二次绕组的匝数增加5%勺余量，N=36X1.05XN。一次电流为：Ii=280/660Xn,取电流密度j=2.5安/毫米2,由此可求出660V绕组的导线 、 .2直径；同理:12=280/380X n，取电流密度j=2.5安/毫米，由此可求出380V绕组的导线直径；13=

7、280/36X n，取电流密度j=2.5安/毫米2,由此可求出36V绕组的导线直径。4、电流取样单元的设计电流取样单元采用国内、外使用最为广泛的方式，既电流互感器取样。由于保护插件的电流工作范围是580A考虑到短路电流为最大工作电流的10倍，这就 要求电流互感器输出的信号应在580A范围内， 铁芯不应出现磁饱和现象。 电流互感器的变 换特性为U=f(l),它的理想变换特性如图五中的曲线a。由于电流互感器在本质上是一个铁芯互感器，它的励磁阻抗Zm般情况下都不是常数， 铁磁材料的磁化曲线一般为非线性。因此电流互感器的实际变换特性为曲线b。为了获得理想 的变换特性，在设计、研制过程中，我们采取了一定

8、的技术方案。第一步：首先确定其工作范围：由于电流整定范围为：580A即Imin=5A、lmax=80A5考虑到电机的最大短路电流为额定电流的10所以ldmax=10X 80=800A这就要求电流互感器在5A800A的范围内，其变换特性为接近线性。在设计时，我们通过改变倍率电阻，将电流整定范围进行分段。共分成四段为：第一段为:3.3A6A第二段为：8.25A15A第三段为：16.5A30A第四段为：33A60A在每段里, 再分成0-9共10个档，见表二：西倍012345678gXIas44.55as6i7.58X2.5a 75ID11, S1Z5H751517,51R752DX517.5X225

9、25ZL 53D3253537.5354045500065707580由表二可见：在3.5A8A段内，它们的Imin=3.5A、Imax=8A Idmax=10X 8=80AP=lmax/lmi n=80/3.5=22.85;在8.75A20A段内，它们的Imin=8.75A、lmax=20A,Idmax=10X20=200A,P=lmax/lmi n=200/8.75=22.85。在17.5A40A段内，它们的Imin=17.5A、Imax=40A，Idmax=10X40=400A,P=lmax/lmi n=400/17.5=22.85。在35A80A段内，它们的lmin=35A、Imax=

10、80A，Idmax=10X80=800A，P=lmax/lmi n=800/36=22.85。第二步：考虑到双电源起动器的结构，确定采用穿心式电流互感器，穿芯匝数为一匝。来 获取较为理想的变换特性。5、结构设计6防爆外壳设计为长方体形，它分为主回路主腔、主回路接线腔、辅助回路主腔、辅助回路 接线腔四大部分。在双电源起动器接线腔的两侧和前、后方，设有十个不同的大、小喇叭嘴。其中：两侧各 有三个85的大喇叭嘴用于穿接井下供电系统电源的进、出线和主、辅回路负载的电源线。前、 后方各有一个43的带压线小喇叭嘴用于穿接穿接36V电源或点铃信号线，还各有一个43的小喇叭嘴备用。在双电源起动器的主、辅助回路

11、面盖上，各有一个观察窗口，通过窗口，可观察到双电源 起动器主、辅助回路的工作、运行、故障状态。6、 控制功能设计6.1、双电源起动器在用于控制局部扇风机或控制对旋局部扇风机时，将无须任何改造，即可满足实现：(1) 局部扇风机、对旋局部扇风机的联锁要求；(2) 和馈电开关间的风、电闭锁保护功能。(3) 双电源起动器主、辅回路间的主回路从优功能。6.2、双电源起动器在控制和保护水泵时，即可实现有水自动开泵、无水自动停泵，还可 以实现集中、联锁控制、保护功能，运行时应具有声、光信号显示功能。7、 产品代号Q B Z-2X80/660(380)F -风机用! !： ； 宀- 额定工作电压I41Ii；

12、:-主、辅助回路额定分断电流(A)：- 双电源III-_真空IIII- - 隔爆- 矿用起动器78电气性能当电源电压不低于额定值的85%寸，起动器应能可靠的工作；当工作电压超过额定值的10 %，起动器应允许短时工作。其技术指标见表三：基号朝00在电还下逸品机的最大克皇SO?匝8CF8C8030409、保护插件9.1主、辅回路漏地闭锁保护性能应满足表四的规定。表四:主审SIR宦工曲至 g单相酥电叵強tfcQ 1话住允许謎CkQJ3S0722*5助融融ismt注：漏地检测电流小于1mA9.2主、辅回路过载保护性能应满足表五的规定。富位方弍L01 2OCtain自沏1 5i3dn自董ann& 0盘零电滾