煤电钻eixn.docx
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1、xxx大学毕业设计(论文)说明书1 概概述1.1 煤电钻钻的作用用及存在在的问题题煤电钻是是井下采采掘工作作的小型型生产工工具之一一,在炮炮采工作作面,要要先用它它打眼装装药,然然后才能能放炮采采煤.在在机采工工作面,要先用用它挖掘掘”机窝”,放置置采煤机机,然后后进行回回采,在在挖进头头,也同同样离不不开煤电电钻.即即使在综综采工作作面,也也要在上上.下顺槽槽中各设设置一台台煤电钻钻,进行行辅助的的钻爆工工作.可以说煤煤电钻是是煤矿中中不可缺缺少的生生产工具具.虽然然在采煤煤中大量量使用煤煤,岩电电钻的电电源电压压不高,功率不不大,但但因煤电电钻及其其供电系系统的工工作环境境十分恶恶劣,空空
2、间狭小小,碰,砸得机机会非常常多,电电缆较细细又多磨磨损,工工作时与与人接触触频繁,通通用的漏漏电继电电器有一一定的使使用条件件,且需需要一定定的使用用知识,所以一一直以来来,因煤煤电钻的的漏电,短路造造成工作作人员触触电和引引起瓦斯斯爆炸的的事故时时有发生生,对煤煤矿在安安全生产产造成较较大的危危害.1.2 煤电钻钻综合保保护装置置的发展展过程煤电钻综综合保护护装置是是将磁力力起落器器、电源源变压器器及漏电电和短路路保护等等和为一一体的保保护装置置。早期期的煤电电钻综合合保护只只是将磁磁力起落落器和在在电钻正正常工作作状况时时的漏电电保护部部分,其其电气线线路根据据工作面面用煤电电钻的具具体
3、条件件,对电电网的电电容不进进行补偿偿,漏电电保护部部分是采采用电阻阻和三极极管等组组成附加加直流电电源的漏漏电保护护线路。由由于这种种装置在在使用时时对电网网的绝缘缘不能进进行监视视,因此此这种煤煤电钻是是不完善善的。后后来进一一步研究究改进,增增加了起起动控制制部分,也也叫先导导电路,在在控制1127vv的主电电源接触触器还没没闭合向向煤电钻钻供电时时,先对对包括煤煤电钻在在内的电电网进行行检查,只只有这个个电网对对地绝缘缘电阻正正常且无无短路时时,才能能接通包包括磁力力起动器器在内的的主要电电路向煤煤电钻供供电。否否则磁力力起动器器不接通通,主电电路没电电,显然然这种保保护比较较完全也也
4、比较安安全了。此此外对电电路保护护也由采采用单一一的最经经典的熔熔断器改改进为再再增加载载频保护护部分,使使保护更更加可靠靠。但多多年的运运行经验验和事故故调查表表明:煤煤电钻综综合保护护装置在在技术性性能、可可靠性、电电器元件件及结构构等多方方面存在在不少的的问题和和不足,对对煤矿的的安全生生产造成成隐患。本设计本本着研究究和解决决老式煤煤电钻综综合保护护装置存存在的问问题的基基础上,进进行优化化设计,使使煤电钻钻在恶劣劣的环境境中工作作的更安安全,动动作更可可靠。2 老式式煤电钻钻综合保保护装置置的基本本原理及及存在的的问题2.1老老式煤电电钻综合合保护线线路方框框图在井下工工作面使使用的
5、电电钻,一一般所用用设备有有干式变压压器、一一根四芯芯电缆和和变压器初次次级的熔熔断器,如如图21所示示。图2-11 一一般电钻钻所用的的设备加了电子子综合保保护后,在前前面已有有的基础础上,于次级增增加一个个交流接接触器及及一套电电子保护护与控制制装置。该该装置由由三个部部分组成成:远距离离停送电电,短路路保护和和漏电保保护。这这三个部部分各带带一个继继电器,并且各有一个触点分别串接在交流接触器线圈回路当中。控制这些触点就能控制交流接触器的吸合和释放。对电缆来说,也就是可以使电缆有电和无电。如图2-2所示,电缆无短路漏电时,和都处在常闭状态。远距离停送电的触点要是处于闭合状态,交流接触器吸合
6、,电缆有电,反之,交流接触器释放,电缆无电。如果电缆发生短路或漏电,短路保护控制的触点,或漏地保护控制的触点打开,交流接触器释放,电继无电,起到保护作用。图2-22 综合合保护装装置电路路原理图图一般说,一一个控制制线路,应应具有控控制信号号,信号号鉴别推动动,输出出能量。围围绕着上上面的要要求,控控制线路路应具有有检测环环节或者者叫传感感器或者者叫探头头;为把控制制信号取取出来,还还应具鉴鉴别级,以以便对控控制信号号进行放放大和鉴鉴别;最后应具有执执行机构构将鉴别别放大的的信号能能量去推推动某一一个机械械,如推推动一个个继电器器吸合,触触点动作作等。如如图23a所示示:这套电电子保护护装置,
7、其其控制线线路,也也有检测测、鉴别别、执行行三个环环节。鉴别环节输出环节检测环节 测量变换执行机构鉴别放大图2-33 短短路保护护线路示示意图短路保护护部分:如图22-3所示示,由高高频源和和测量网络络组成信号号检测环环节;由电子子开关电电路组成成电压鉴别环环节;由三极极管和继继电器组组成输出出环节。远距离停停送电部部分:如如图24所示示,直流源、手手把开关关和回路路电阻等组成成检测环环节;小小继电器器组成鉴别、输输出两个环节节。也有有的在鉴鉴别环节节增加一一级放大大。手把把捏合,沟沟通直流流电源回回路,继继电器得得电而吸吸合,手手把不捏捏合,直直流电源源构不成成回路,继继电器失失电释放放。图
8、2-44 远远距离停停送电线线路示意意图漏电保护护都分:检测源利用用1277伏网路路电源,通通过二极极管整流流,变成成检测直流信信号,继继电器担担任鉴别别输出出口口。当电电缆对地地严重漏电电时,检检测直流信号号的回路路电流增增加,流流过继电电器的电电流增加加,当达达到继电电器吸合合值时,继继电器吸吸合,漏漏电保护动动作。当当三相电电缆对地地漏电不不严重时时,直流流回路电流很小小,不足足以吸合合继电器器,继电电保护不不动作,如如图255所示,为为漏电保保护电路路。图2-55 漏漏电保护护简图2.2 远距离离控制停停送电的的工作原原理2.2.1工作作原理利用原四四芯电钻钻电缆和和电钻手手把开关关,
9、拴制制直流检检测信号号,通过过鉴别、输输出环节节而达到到控制停停送电。其其中的1127伏伏交流电电,通过过二极管管箝位整流流,使其其不影响响直流检测测信号。1.送电电过程 由图图266知,直流电电流通过过开关KK实现对继电器器回路的的通电控控制。KK接通时时,直流检测测信号通通路:()BDK电钻绕组CR。继电器器吸合其其触点吸吸合,交交流接触触器C吸吸合,电电缆有1127伏伏电,同同时常闭闭触点C断开开,切断断直流信信号回路路,继电电器维持持吸合的的电流,由由电流互互感器供供给。有有的自动动停送电电线路,在在继电器器回路中中串接一一开关三三极管,直直流信号号电通过过三极管管放大后后,带动动继电
10、器器。图2-66 自自动停送送电原理理图2.停电电过程 电电钻手把把松开,电电缆无电电,电流流互感器器不感生生电压,继继电器JJ断电释释放,切切断电源源。所以以手把一一松,不不但电钻钻不转,电电缆也无无电。3.隔离离1277伏电源源直流检测测信号与与1277伏交流流电同走走一个电电缆,因因此要防防止1227伏交交流电干干扰直流流继电器器系统。这这可通过过设置交交、直流流两个电电流通道道予以完完成。图图2-66中的直直流电流流通路是是从直流流的正极极回到直直流的负负极,而而交流电电是从1127伏伏A相经经R、,回回到B相相。只要要电缆有有交流电电,C是打打开的,交交流电不不会流入入直流继继电系统
11、统;即便便触点是是闭合的的,交流流电流很很少流入入直流继继电回路路(即RRB发射结结直流源源负极),因因为电阻阻R、阻阻值很大大,通过过的交流流电流很很小,不不影响工工作,可可以忽略略不计;而支路路,只有有0.77伏门槛槛电压,回回路电阻阻很小,是是交流的的主要回回路。2.2.2 远远距离停停送电的的几种电电路第一种:如图22-7所所示。图2-77 自动动停送电电原理之之一 采用用先导控控制,电电钻起动动时,闭闭合手把把开关KK,接通通下述先先导回路路:B(+20VV)K(bb相)电钻绕绕组(c相相)C(常闭闭触点)(线圈)0V。有电压吸合,CJ交流接触器主触点闭合接通回路。与此同时,CJ交流
12、接触器的辅助触点C打开,切断先导回路,此时的供电电源由电流互感器LH二次感应信号经整流提供。停电时,K断开,主回路电流中断,LH无输出,失电释放,CJ随之断开,切切断电源源,电缆缆不带电电 二二极管、用于实实现1227伏网网络与先先导回路路电源之之间的相相互隔离离。 第第二种电电路:如如图2-8所示示。图2-88 自动动停送电电原理图图之二该电路的的直流检检测和交交流旁路路部分,与与前一种相同同,所不不同的地地方增增加了放放大管和和将先导导口路中中的常闭触点点改成电电容器,BB为检测直流流信号的的放大级级,B为为电流互互感器感感应信号号放大级级,在起起动电钻钻时充电电,供给给B末放放级基流流,
13、使输输出电路路得电工工作,在在电钻运运转时利利用它隔隔绝先导导回路电电流。 此电路路的电流流互感器器的体积积虽然比比第一种种小了点点,但其其所用的的电容存存在漏洞洞或者被被击穿的的可能,浪浪费直流流电流。第三种电电路:利利用高频频源遥控控停送电电,如图图2-99所示。图2-99 自动动停送电电原理图图之三 次种电电路,电电钻电源源不经手手把开关关,直接接送入电电钻绕组组。该.电路的的控制信信号源,由由高频振振荡器提提供,选选频回路路和串联联谐振槽槽路组成成测量网网络,将将检测到到的控制制信号送送入开关关放大电电路,经经输出级级去控制制电源。送电过程程:捏合合手把开开关K(这这时开关关接在高高频
14、回路路,只起起控制高高频信号号开关的的作用),、接入高频回路,处于串联谐振状态,阻抗很小,在选频回路次级,高频信号电压幅值显著下降,B趋近截止, B导通,继电器吸合,闭合,交流接触器吸合,电钻转动。停电过程程:松开开手把,开开关K断断开,、槽路与与外线路路断开,选选频回路路次级高高频电压压较高,BB导通,BB截止,交交流接触触器释放放,切断断电源。该该电路还还能起到到监护地地线断线线的作用用。此种种自动停停送电电电路利用用高频源源,较为为安全,但但是其成成本很高高,而且且高频源源应是恒恒流源,否否则电钻钻可能制制造拍动动,影响响生产。2.3 短路保保护工作作原理及及其电路路图2.3.1短路路保
15、护电电路各个个部分的的工作原原理1.高频频源高频源就就是高频频信号发发生器,有有的是单单管振荡荡器,有有的是经经过放大大的两管管振荡器器。振荡荡器电路路有根多多种,经经常使用用的有以以下几种种: 第第一种:如图22-100所示,是是一个电电感三点点式振荡器。 第第二种:是变压压器互感感式振荡器。 第第三种:是陶瓷瓷滤波器器式的高高频振荡器。 我们们一般常常用的是是电感三三点式振振荡器,所所以就只只对第一一种详细细介绍,后后两种就就不在介介绍。图2-110 电电感三点点式振荡器电感三点点式振荡器的的工作原原理:线路如图图2-110,由由B、等元件件组成。在了解这这部分工工作原理理时,请请注意以以
16、下要领领:l 注意能量量转换。直流电源给LC槽路以能量,即振荡槽路的能量是从直流电源吸取的;LC之间的磁能与电场能的转换就是振荡。l 怎样给LLC槽必必补充能能量,以以维持连连续的等等幅振荡荡三极极管的截截止和导导通好比比电回开开关S,一一会儿打打开,一一会儿闭合,闭闭合时就就给槽路路补充能能量;三极管管的导通通与戳止止,靠反反馈线圈圈中的自自感电动动势来控控制,自自感电势势加到三三校管的的基射间间,发射射极电位位高于基基极电位位,三极极管就导导通,反反之则截截止。l 反馈线圈圈是L、CC振荡槽槽路的一一部分,就就象自耦耦线圈一一样。下面分别别介绍:(1) 起振开始在输输出信号号还没有的的情况
17、下下,输入入信号从从那里来来呢?这这就必须须想办法法给或者者一个能能量,使使和振荡起来来。振荡荡器的起起振电路路是由线线圈的部分B发射极极B的基极极所组成成,如图图2111a所示。 图2-11 振荡荡工作过过程a 起振示意意图 b起振时时自感电电势方向向 cc充电过过程 d放电过过程e反向向充电 f-放电电回路 g第二次次放电过过程当直流电电源刚接接通的时时候,就就有一个个基极电电流(亦亦称起振振电流),按下下列途径径流通:电源()线圈的部分B的发射射极基极电源(一一)极,如如图中虚虚线所示示。由于于基极有有电流则则B管开始始导通,三三极管有放大作用,而而在集电电极和发发射极电电路内流流过一个
18、个较大的电电流。其其电流按按下列途途径流通通:电源源()极线圈的部分B的发射极B的集电极电源(一)极,如图中点划线所示。通过线圈的部分的电流为发射极电流,它等于基极电流和集电极电流之和。由于线圈的部分在电源接通瞬间,突然通过发射极电流,因此线圈便产生一个自感电势,这个自感电势,就是起振的能量,也就是在中形成的磁场能。其方向是企图阻碍线圈电流增加,这时直流电源的的电流方方向是从从下向上上,自感感电势的的方向由由上向下下,电源外部回回路的电电流方向向是从()到(),箭箭头的尾尾巴为(),箭箭头为()而而电源内内部回路电流流方向是是从(一一)到(),箭箭头的尾尾巴为(一一入箭头头为(),的的线圈对自
19、感电势势来说是是电源内内部,因因此它的极性性b力(一一入c为()如图2ll1b。对对e、c而而言,cc为()e为(一一);对对b、e而言,bb为(-),ee为()。自感电势势向充电,下下端为()上端端为(-),如图2-19c中实线箭头所示;的磁场能转换为电容器的电场能,形成振荡。这时三极管处在什么状态呢?处在导通状态。因为这时的b、e部分自感电势由e端通过B发射极基极b端形成回路,所以三极管是导通的。这时被充电、极性为右()左(-),这时基极好像有一个正电压按道理三极管就应截止,但是b、e是与串联的,b、e的自感电势高,大于的电压,自感电势的方向与相反,两个电源相减后,基极仍是显负因此三极管处
20、于导通状态。电感线圈圈电动势势的大小小和有无无,与通通过线因因电流变变化率有关,变变化率大大自感电电势大,变变化率小小自感电电势小,电电流恒定不不变,磁磁场就没没有变化化。当B完全全导通后后,发射射极电流流就从零值值进入某某一个稳稳定值,所所以通过过线圈部分分的电流流,也是是从零值值上升到到某一个个稳定值值,电流流变化率率减到零零。因此此线圈上上的自感感电势,也也就从最最大值变变到零,而而这时电电容器上上的充电电电压已已达到最最大值,线线圈上的的磁场能能转换成成电场能能。电容容器向线圈圈放电。这这就引起起、振荡槽槽路发生生振荡。(2) 从起振到到建立稳稳定的连连续的振振荡当振荡器器开始振振荡以
21、后后,必须须补充能能量,才才能维持持等幅振振荡,上上面讲了了,补充充能量必必须“合拍”,振荡器器是怎么么“合拍”地补充能量量呢?充满电的的开始向向放电,原原来贮藏藏在电容容器的电电能逐渐渐变成线线圈中的磁场能,如如图211d。在在放电过过程中,电压逐逐渐减小小到零,中的电流由零增至最大。但是由于自感电势的反抗,电流变化率是由大到小,此时自感电势的方向与流过电流方向相反,自感电势的极性,b为(一)、c为(十)。可知,在放电过程中,线圈中部分的感应电势和上已充电压相串接,两个下同极性的电压相减,结果是B的基极仍比发射极电位低,故B仍处导通状态。因此,在第一次充放电大部分过程中,B是导通的,对振荡槽
22、路补充能量。上面的能量转换,是在一个周期的前半周上进行的。当电容器器上的电电荷放完完时,两两端电压压降至零零,由于于通过线线圈的电电流不能能突变,在在自感电电势的作作用下,线线圈中的的电流维维持原方方向继续续流动,向向电客器器反向充电电, 两两端又重重新出现现电压,极极性为上上()下下()oo在向反向充电电的过程程中,中中的电流流逐惭减减小,两端端的电压压逐渐反反向增加加,线圈圈中的滋滋场能量量又逐渐渐变成电电容器的的电场能能量。在在反向充电电的同时时,自感感电势反反对回路路中电流流减小,自自感电势势的方向向与通过过线圈的的电流方方向一致致,极性为bb(),c(一)如图211e。此时线圈部分(
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