[发明专利]一种用于盾构机的电机启动控制电路及其采用的控制方法

说明书

本发明涉及一种用于盾构机的电机启动控制电路，包括软启动器、分别对应各台电机的n个运行断路器、对应软启动器的启动断路器、n个分别对应各台电机的启动接触器、n个分别对应各台电机的运行接触器以及控制器；每台电机分别经对应的运行接触器、运行断路器连接至电源线，软启动器经启动断路器连接至电源线，且各台电机经对应的启动接触器连接至软启动器；控制器分别与软启动器、各运行断路器、启动断路器、各启动接触器、各运行接触器信号连接。本发明还提供一种上述用于盾构机的电机启动控制电路采用的控制方法。本发明能够实现一拖多的控制方式，经济优势明显，且节约电机控制柜的安装空间，能够实现螺旋机电机的稳定、可靠启动。

技术领域

本发明属于盾构机控制技术领域，具体涉及一种盾构机上用于对螺旋机的电机进行启动控制的电路及其采用的控制方法。

背景技术

盾构机是集机械、液压、电气于一体，专用于隧道地下开挖的技术密集型重大工程装备，现广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。随着我国基建大规模进行和城市地下空间的开发，越来越多的工程建设单位选用盾构机来施工。

盾构机的工作原理是：通过盾构外壳和管片支承周围岩防止发生隧道内的坍塌，利用盾构推进千斤顶作用在管片上的力，使盾构机前进，通过刀盘的旋转，进行土体开挖，将切削的土渣通过螺旋输送机运输到电动小车上，再由小车运输到洞外。对于土压平衡盾构机而言，影响其掘进速度的主要因素为盾构机的排土速度，盾构机的排土速度取决于螺旋机的排土速度和皮带输送机、渣土车的输送能力。

盾构机中螺旋机的工作原理为：如图1所示，螺旋机电机启动，带动螺旋机泵工作，加载电磁阀得电加载，高压液压油驱动螺旋机工作，通过控制换向阀和比例阀，控制螺旋机的正反转和转速。液压系统上配备压力传感器、螺旋机舱内配备土压传感器，盾构机控制系统采集些数据，实时监测系统运行的状态。在不同的工况下，螺旋机启动时需要螺旋机电机的工作数量也不同，最少需要1台，最多需要3台。

关于如何启动螺旋机电机上，国内主流盾构企业有如下几种方式：直接启动、星三角降压启动、软启动器启动、变频启动。

直接启动：直接启动也叫全压启动，在电网容量和负载两方面都允许全压直接启动的情况下，可以考虑采用全压直接启动。其优点是操控方便，维护简单，而且比较经济。主要用于小功率电机的启动，从节约电能的角度考虑，大于11KW的电机不宜用此方法（螺旋机电机不适用）。

星三角降压启动：三相异步电动机在启动时将绕组接成星型，待启动转矩达到一定值时切换成三角型连接。这种启动方式可以降低启动电流，减轻它对电网的冲击。电机如果三角型直接启动，启动电流是额定电流的6~7倍，星型启动的启动电流是额定电流的2~3倍，但是星型启动的启动转矩是三角型直接启动的1/3。星三角启动适用于无载或轻载启动的场合，结构简单，维护方便。星三角启动虽然有经济优势，但是星三角降压启动在切换到三角形运行是会出现二次冲击电流及转矩，一般超过55KW电机启动采用星三角闭环控制。

变频器控制：变频器是控制效果最好，功能最全的控制装置，它是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为电压、频率可调电源的装置，能实现对交流异步电机的无冲击启动和软停车、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载/保护等功能，可极大的延长机械设备的使用寿命。但是变频器价格高，还存在电磁兼容问题，通常需要配合滤波器共同使用。

软启动控制：软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电机定子之间。在启动电机时晶闸管的输出电压逐渐增加，电机逐渐加速，直到晶闸管全部导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免了大功率电机启动对电网的冲击。当电机达到额定转速时，启动过程结束。软启动自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。