低压电器及三相异步电动机的控制-盾构电气系统综合介绍

电气器件的介绍1.1断路器

断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。

断路器可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护。当发生严重的过载、短路或欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。1.1断路器微型断路（0.5A~63A）马达保护开（0.1A~80A）塑壳断路器（40A~630A）框架断路器（630A~4000A）当短路时，大电流（一般10至14倍）产生的磁场克服反力弹簧，脱扣器拉动操作机构动作，开关瞬时跳闸。当过载时，电流变大，发热量加剧，双金属片变形到一定程度推动机构动作（电流越大，动作时间越短）。现在有电子型的，使用互感器采集各相电流大小，与设定值比较，当电流异常时微处理器发出信号，使电子脱扣器带动操作机构动作。1.1断路器1.2软启动器软起动器是一种集软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为SoftStarter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用串接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动。1.2软启动器1.2软启动器传统的减压起动方式星-三角起动自耦减压起动电抗器起动起动过程中出现二次冲击电流无冲击电流。软起动器在起动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线性上升至设定值。软启恒流起动。软起动器可以引入电流闭环控制，使电机在起动过程中保持恒流，确保电机平稳起动。根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流。1.3变频器变频器是交流电气传动系统的一种,是将交流工频电源转换成电压、频率均可变的适合交流电机调速的电力电子变换装置，英文简称VVVF(VariableVoltageVariableFrequency）。随着对自动化需求的增加，变频器控制的三相交流电机慢慢成为自动加工设备的标准配置。交流调速正慢慢取代直流调速。简介变频器调速优势平稳平滑软启动，降低启动冲击电流，确保电机安全节能风机、水泵能耗按速度的立方递减精确高精度宽范围的无级调速，变传统电机为智能电机高效提高工艺要求、提升产品质量、减轻人工劳动强度自动化非常方便接入通讯网络控制，实现生产自动化控制1.3变频器额定工作电压额定电流输出频率范围输出功率范围可选用的控制方式可选用的通讯方式加减速时间过载能力频率精度频率分辨率防护等级1.3变频器的工作原理

按照电机学的基本原理，已知交流异步电动机的转速表达式为：n=(1-s)60f/p式中：s:转差率P:电机极对数f:电机运行频率；如果平滑地改变加到异步电动机定子绕组的交流电的频率f，就可以平滑地调节异步电动机的转子转速n。1.4继电器继电器是一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成。只要在线圈两端加一定的电压，线圈会流过一定的电流，从而产生磁场，衔铁就会在电磁力吸引的作用下吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点释放。1.4继电器1.5接触器1.6电缆1.6电缆常见代号含义V－聚氯乙烯

YJ—交联聚乙烯绝缘R－软电缆（电线）

B－平型（扁形）

S－双绞型A－镀锡或镀银

F－耐高温

P－编织屏蔽ZR—阻燃型

NH—耐火型BVR—铜芯聚氯乙烯软电缆VD—低烟低卤阻燃聚氯乙烯WDZ—无卤低烟阻燃型WDN—无卤低烟耐火型1.7比例阀放大器

比例电磁铁为了输出克服弹簧力和液动力，必须有足够的电流，工业控制标准信号通常是0-5v/0-10v/-5-+5v/-10-+10v的电压信号或0-20mA/4-20mA电流信号，控制信号带负载能力很弱，不足以推动比例电磁铁。比例阀放大器起到一个信号匹配的作用，接收微弱的控制信号，输出比例电磁铁所需的电流，同时比例阀放大器加入了各种必要环节，如死区调整、增益调整、斜坡时间、颤振调整等。比例阀放大器就是一个信号匹配器。盾构机电气系统的介绍液驱盾构供配电系统液驱盾构供配电系统布置图TC1高压开关柜变压器TC3螺机泵推进泵安装机泵辅助泵控制泵……泡沫泵主驱动泵注浆控制箱照明PLC管片吊机控制箱……DT超挖刀泵齿轮油加热人仓本地控制盒EP2油脂泵齿轮油泵……TC5水管卷筒风筒吊机皮带机……污水泵内循环水膨润土泵空压机过滤循环泵电驱盾构供配电系统电驱盾构供配电系统布置图TC1箱式变压器TC2螺机泵推进泵安装机泵辅助泵控制泵……主驱动泵注浆搅拌照明PLC管片吊机……DT超挖刀泵齿轮油加热人仓加热EP2油脂泵齿轮油泵……TC4TC5二次注浆泵水管卷筒风筒吊机皮带机……主驱动变频柜TC3内循环水照明插座箱……膨润土泵污水泵1#空压机2#空压机2.1高压供电系统由于盾构机整机负荷较大(1000KVA以上)，如果直接采用低压供电，电缆将承受巨大的供电电流且压降过大造成设备无法正常工作，故盾构机通常采用高压10KV供电。液驱高压供电系统的组成：高压电缆高压电缆箱高压开关柜变压器高压电缆卷筒

2.1高压供电系统2.1.1高压电缆卷筒：

通常将250米柔性高压电缆缠绕在卷筒上，可通过现场控制面板实现电缆的收放功能；掘进过程中不断放缆，实现设备的持续供电。电缆规格3×70+3×35/3。使用时应注意电缆的收放长度要恰当。另如长时间断电，应通过隧道220V照明电对电缆卷筒进行加热。

2.1.2高压电缆箱：将约500米高压电缆以“8”字型排列在电缆箱内，掘进时由人力进行放电缆。2.1.3高压开关柜：高压开关柜将10KV高压供给给变压器，同时变压器的保护触点与高压开关相连。当变压器故障（高温、密封失效）时，高压开关将断开，保护变压器。2.1高压供电系统2.1.4变压器：

盾构机常用的变压器有波纹密封油浸式（油变）和干式变压器（箱变）两种。油浸式变压器具有体积小、单台容量大等优点，但其维护不便，需定期对变压器油进行检测；而干式变压器维护方便，运行噪音小，但体积大、造价昂贵，由于安装空间限制单台容量有限。因此目前一般常见的是液驱盾构机采用的是全密封油浸式变压器，它使变压器内部与大气隔离，防止油的劣化和绝缘受潮，增强了运行的可靠性，而电驱盾构采用箱式变电站。2.1高压供电系统1.4.2箱式变压器低压配电盘介绍箱式变压器低压侧设计多个开关，主要分为四个部分：箱变内部供电开关、线前开关、变频驱动总开关、低压总开关，同时有低压补偿系统。箱变内部总开关主要负责箱变内部的照明、通风等功能的供电。线前总开关主要负责设备的照明、急停及插座系统。如果线前总开关未闭合，整个低压系统都将断电。

变频驱动总开关主要负责给TC3变频驱动系统供电

低压总开关负责整个设备的低压供电，在此开关的下一级又分出几个开关，负责给每个拖车供电。

由于低压侧主要负载是电机，电机是感性负载，因此需要进行无功补偿，箱变内配置了无功自动补偿系统，根据负载进行无功补偿，保证设备的功率因数≮0.9。2.2低压供电系统低压系统主要由以下系统组成：

（1）DT配电系统主要负责主驱动系统、齿轮油系统、HBW系统及推进油缸、盾尾密封等系统的控制。

（2）TC1配电系统主要负责PLC系统、注浆系统、泡沫发生器系统、螺机系统、管片小车及管片安装机系统的控制和检测。

（3）TC2（电驱）TC3（液驱）配电系统主要负责液压泵站系统、膨润土、泡沫系统及水系统等的控制和检测。（4）TC5配电系统主要负责皮带机系统、排污系统及卷筒的控制和检测。

2.2低压供电系统

2.2.2低压配电柜液压泵站驱动系统布置在拖车2右侧，紧靠液压泵站系统，为液压系统提供动力及控制（螺旋输送机、推进、管片安装、过滤循环、控制、辅助、注浆等)。

2.2低压供电系统2.2.1主控室