矿用电动液压挖掘机高压电动系统研究与运用

魏学平++秦家升++廖明军++刘凯++高见厂

摘 要：通过对6 kV高压大功率电动机安全启动，漏电保护，过压过流、欠压、缺相、过载保护，相序控制，潮湿冷凝防护，绝缘防护，润滑系统保护，安全停止和紧急停车保护等控制的技术研究，保证电动机在高温、高湿、高寒、低温、高海拔等恶劣工况环境中能够正常运转，设计一种6 kV高压大功率电动机安全保护控制系统，使得6 kV高压大功率电动机应用在矿用液压挖掘机上，替代大功率柴油发动机，作为矿用液压挖掘机的一种动力源，保证矿用液压挖掘机安全工作。体现矿用电动液压挖掘机节能环保、经济性、成本低廉、维修便捷、操作安全等优势。

关键词：电动液压挖掘机 6 kV高压 高压电动机 安全保护 控制系统

中图分类号：TU621 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（a）-0026-02

矿用液压挖掘机有着动作灵活、响应快、效率高、结构简单、制造成本低的优点，深受大型矿山欢迎。矿用挖掘机所需动力功率大，大功率柴油发动机特有效率低，油耗高，噪音大，污染高，生产厂家少，采购成本高，现国内燃油价格高。电动机效率高，噪音低，生产厂家较多；电网单价低，使用费用低，部件采购和维护成本低；无污染，绿色环保等特点。

1 电动机的选择

在100 t以上的矿用超大型液压挖掘机，所需功率至少在500 kW以上，使用380 V低压电，额定电流约在800 A，启动电流为6～8倍额定电流，约5000 A，所需电缆粗，电气元件体积大，价格高。选用6 kV/50 Hz作为电源，比380 V电源电流低15倍多，额定电流较低，所需元器件体积小，电缆细，有利于操作。

挖掘机总体体积较小，使用环境恶劣，现国内外高压变频技术主要运用于工业控制领域，占用空间大，使用环境和温度较好，抗震能力差，成本较高等特点，不利于挖掘机上使用。

2 高压电动机安全保护控制系统设计

矿用电动液压挖掘机由6 kV高压电动机转动带着液压泵工作。矿用电动液压挖掘机高压电动机安全保护控制系统由高压电机主回路系统、6 kV高压系统安全保护系统、高压电动机保护控制系统三大系统。

高压电机主回路控制系统采用电网6 kV电源，主控制单元采用交流380 V和交流220 V，控制系统电压全部采用DC24 V，保证操作安全性。通过主控制器对微机保护控制系统、电机温度系统、电源检测系统、绝缘检测装置等信号采集，控制主回路接触器接通与断开，保证电动液压挖掘的高压电动机安全运行，并在专用监控器显示提示操作者。如图1电动液压挖掘机高压大功率电动机安全运行保护控制系统原理图所示。

2.1 高压电机主回路系统

高压电机主回路系统采用电网6 kV电源，由图1可示，由高压电源检测单元9、自动真空断路器10、高压真空主接触器5.和高压电动机1形成高压电动机工作主回路控制系统。当需要工作时，按下自动真空断路器10，高压电接入系统，当高压真空主接触器5接通时，高压电动机1工作；否则，高压电动机1停止。高压电机主回路工作状态由高压电机保护控制系统的控制器18控制，在安全状态下允许工作，不安全状态禁止工作。

2.2 6 kV高压系统安全保护系统

6 kV高压系统安全保护系统主要包含电网冲击保护系统和系统防触电保护系统。

2.2.1 电网冲击保护系统

矿用液压挖掘机电动机采用降压启动方式，来降低启动电流对电网冲击。

2.2.2 防触电保护系统

绝缘检测装置15对挖掘机上6 kV、380 V、220 V系统漏电检测，如果发现漏电，立即断开高压真空主接触器5、高压真空辅助接触器6和自动真空断路器10，即断开6 kV电源，防止车辆供电，防止电动机启动。

2.3 高压电动机保护控制系统

高压电机保护控制系统电压采用DC24V，由6 kV控制变压器12供给，保证操作安全性。通过控制器采集和控制，通过CAN总线进行数据交互，在主监控19和操作面板显示提示工作状态。

2.3.1 电机过压过流保护

通过微机保护器8对主回路电压和电流进行采集，通过CAN总线与主控制器18进行信息交换，当主回路电压超高、过电流、欠压、缺相时，控制把高压真空主接触器5和高压真空辅助接触器6触点断开，防止电机继续工作，烧坏电机。

2.3.2 电机防潮保护

高压电动机1内部设计电机加热器2、温度传感器3，当长时间未工作和环境温度-10℃以下低温，由主控制器18控制电机加热器控制装置16工作，电机加热器2工作，高压电动机1不能启动，电机加热器2停止工作后，才能接通高压真空主接触器5和高压真空辅助接触器6启动高压电动机1。

3 结语

通过对电动液压挖掘机的高压电动机控制系统的研究和设计，对6 kV高压电动机启动电流、漏电保护、过压过流、欠压、缺相、过载、相序反接、潮湿、绝缘损坏、润滑缺失、安全停止和紧急停车等现象有效时时监控和保护，使得高压电动机能够安全运行，保证保证矿用电动液压挖掘机能够正常工作，来达到矿用电动液压挖掘机操作简单，维修便捷，安全可靠，节能环保、成本低廉的优势。

参考文献

[1] 张强，童安民，陈建玉.交流高压电动机的保护配置方案与整定计算方法探讨[J].自动化与仪表，2003（2）：51-54.

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