西安煤矿机械厂采煤机培训讲义教学导案.docx

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西安煤矿机械厂采煤机培训讲义教学导案

西安煤矿机械厂

MG300/700—WD交流电牵引采煤机

培训教材

培训教案

MG—300/700—WD电牵引采煤机

（电器部分）

一、概述：

MG300/700—WD交流电牵引采煤机是西安煤矿机械厂生产的一种多电机驱动，电机横向布置，交流变频调速，无链双驱动电牵引采煤机。

总装机功率687.5KW，截割电机功率2×300KW，牵引电机功率2×40KW，调高泵功率7.5KW，适用于采高1.80m—3.50m，煤层倾角≤40度的中厚煤层综采工作面。

采煤机的电器部分由三个独立的电控箱共同组成，系统采用了可编程控制器（PLC）、中文液晶显示、系统的工作状态和监测到的故障情况，直接转矩（DTC）变频调速技术和信号传输技术，来共同控制两台300KW的截割电机，两台40KW牵引电机，一台7.5KW的油泵电机的运行状态。

采煤机电气系统采用了“一拖一”的控制方法。

提高了系统的控制精度，并具有一定的故障自行诊断能力。

采煤机的控制和保护性能完善、操作方便、维护简单。

系统具有再生制动功能、可实现四象限运行。

二、使用工作条件

1．海拔高度小于2000m

2．周围介质温度-5℃-+40℃

3.相对湿度：

不大于95%（+25℃）

4.电网交流电压：

1140V（+10%---20%）50HZ

5.周围介质无破坏性金属和绝缘材料的气体、蒸气和尘埃

6.周围空气中的甲烷，煤层，硫化氢，二氧化碳不超过≤煤矿安全规程≥所规定的安全含量。

三、采煤机具有下列操作控制,保护及显示功能（电气系统）

1.在采煤机上完成对顺槽开关箱的启动，停止控制。

2.在采煤机上完成对运输机的闭锁控制。

3.在采煤机上完成对截割电机的温度监测和热保护。

4.调高油泵电机的温度监测和热保护。

5.在采煤机上完成对牵引变压器的温度监测和热保护。

6.在采煤机上完成对截割电机和牵引电机恒功率控制和过载保护。

7.在采煤机上完成对截割电机和牵引电机电流检测和负荷控制。

8.由端头站和操作面板，通过控制箱对采煤机实现牵引和摇臂操作。

9.变频装置具有外置式各种参数的显示

四、MG300/700-WD采煤机的主要特征技术：

采高：

1.8－3.5M

煤层倾角:

≤45度

机面高度:

1422mm

装机总功率:

700KW

截割功率:

2×300KW

牵引功率:

2×40KW

泵站功率:

7.5KW

供电电压:

1140V（+10%---20%）50HZ

五、MG300/700-WD采煤机的主要技术参数：

1.截割电机主要技术参数：

型号：

YBC-300D

额定功率:

300KW

额定电压:

1140V

额定电流:

188A

额定转速:

1470rpm/min

绝缘等级:

H级

冷却方式:

定子水冷

冷却水压力:

≤3MPa

防爆型式:

隔爆型专用电机

2.牵引电机主要技术参数：

型号:

XBQYS-40（B）

额定功率:

40KW

额定电压:

交流380V±10%

额定电流:

76A

额定转速:

1470rpm

绝缘等级:

F级

冷却方式:

定子水冷

冷却水压力:

≤3MPa

防爆型式:

隔爆型变频调速专用电机

3.调高泵电机主要技术参数

型号：

YBRB-7.5

额定功率：

7.5KW

额定电压：

1140V

额定电流：

2.95A

额定转速：

1460rpm/min

绝缘等级：

H级

冷却方式：

定子水冷

冷却水压力：

≤3MPa

防爆型式：

隔爆型

六、MG300/700-WD采煤机电气控制单元结构特征及工作原理

电气控制单元由三个独立的电控箱N23（开关箱）、N24D（变频器箱）、N26（变频器箱）共同组成。

其中，开关箱，变频器箱共同安装在一个整体的联接框架内，变频器箱安装在右牵引部的一段框架内。

三个独立的电控箱部都可以从老瑭侧装入、抽出，方便安装和检修。

每个电控箱均由两个独立的腔体：

隔爆腔和接线腔组成。

隔爆腔供安装电器部件用，接线腔供电缆引入线用。

电控箱顶部设有开盖板。

1．开关箱

型号：

KXJ—700/1140C

开关箱位于采煤机联接框架的左端，检修和安装时，可方便的从老塘侧推入和抽出。

开关箱由两个接线腔和一个隔爆腔组成，开关箱的作用是将1140V交流电源引入采煤机，并进行电源分配。

开关箱隔爆腔内装有：

（1）隔离开关

型号：

CM2—400（带超前断电）

用于左右截割电机主回路，紧急情况下可通过它来断开主回路。

开关转轴机械联锁装置带动行程开关控制磁力启动器的控制回路，以保证隔离开关不带电操作（先导通合闸后送电，先断电后分闸）。

（2）1T1变压器。

（1140V/220V，42V）

220V为可编程控制器（PLC）和非本安电源1G2供电。

42V为本安电源1G1供电。

每组次级边有两个空气断路器作为次级电路的短路和过流保护。

（3）本安电源：

1G1，

输入42V，输出DC12V，为左右端头站，电流变送器TA1

TA2的电源。

（4）电流变送器：

TA1、TA2

型号：

JCA300—P14-20MA

用于左右截割电机电流的采样工作，两个霍尔电流传感器对左右截割电机进行检测，采样信号经PLC模拟输入模块CH1、CH2通道输入PLC。

通过PLC软件控制来完成采煤机截割电动机的恒功率控制和电动机的过载保护。

（5）接线腔分为两个：

a）主接线腔：

有6个1140V/22OA高压接线柱和一个12芯过线组和2只接地线压板，用于引入1140V电源。

b）付接线腔：

用于向左右截割电机、油泵电机的和牵引变压器的提供电源。

2．变压器箱

型号：

KXJT—110/1140C

变压器由隔爆腔和接线腔组成。

a）接线腔有若干接线端子和两个接地板及三个进出喇叭嘴，用于1140V的电源输入和380V变频器电源输出。

b）隔爆腔装有牵引电源变压器把1140V交流电压转换为变频器用400V交流电压，变压器的容量为110KVA。

3.变频器箱

型号：

KXJT—110/380C

变频器箱位于联接框架的右端，由隔爆腔和接线腔组成。

隔爆腔在前，接线腔在后部，底部有冷却水槽。

箱体正面有2个盖板，左边盖板按有15个操作按钮。

右面盖板上安装有中文显示窗（显示采煤机的工作参数，工作状态，信息），两台变频器的显示窗（显示变频器的工作状态及故障信息）。

1）接线腔内有：

a）GXB1过线组：

9×25mm²为主变频器1V1的输出，输入和制动单元的输出。

b）GXB2过线组：

9×25mm²为从变频器的输出和输入。

²

c）GXB3,GXB4过线组：

为非本安控制的过线组（21芯）。

d）GXB5过线组：

本安控制电路的过线组（21芯）。

e）接线腔内还有接线端子若干和用于进出的喇叭口21个。

2）隔爆箱内装有：

a）水冷式ABB变频器（1bA1,、1bA2）:

2台

b）可编程控制器（PLC）：

1台

c）开关电源：

1台

d）热电阻温度变送器模块（MK1--3）：

3个

e）继电器模块（1bR1—1bR8）:

8个

f）分线盘

（1）．变频器：

变频器工作原理：

来自牵引变压器的400V/50HZ三相交流电源，经快速熔断器送入变频器输入端U1、V1、W1，然后经三相电抗器，由变频器桥式整流，向中间回路电容充电，充电到一定程度建立起稳定的直流电压。

然后再经过输出端IGBT组成的逆变电路，将直流电逆变为频率、电压可变的交流电源（即VVVF电源）此电源接到牵引电机，即可调速。

交流电动机的转速公式：

n=（1—S）60fI/p

（1）

f1：

定子供电频率

p：

定子磁极对数

S：

转差率

n：

电动机转速

根据公式

（1）可知，异步电动机的转速由电源频率和磁极对数来决定,改变电源频率，就可调节电动机的转速。

当磁极对数，转差率保持不变的条件下，电动机的转速n与供电电源频率成正比。

即电动机的转速随电源的频率变化而变化。

但当电动机的供电频率发生时，必然会引起电动机其它参数的变化，电动机电压平衡方程式为：

U1=-E1+I1Z1

（2）

E1=4.44f1N1φmKW1（3）

U1定子电源电压

E1定子绕组感应电动势

I1Z1定子阻抗压降

φm电动机每级气隙磁通

N1定子绕组匝数

KW1电动机绕组常数

如忽略定子绕组压降不计，则

U1=-E1=4.44f1N1φm.KW1（4）

简化常数

U1∝f1φm（5）

由公式

（1）和（5）可知，供电电源频率f1的变化不仅会影响

电动机的转速n，而且还会影响到电动机内部气隙磁通的大小。

从而影响电动机的运行特性，特别是在供电电源频率在50HZ以下调速时，由于频率下降，定子旋转磁场同步转速也下降。

磁场切割定子绕组的速度降低，定子绕组内的感应电动势E1的数值也下降。

如果电源电压大小保持不变，则促使电动机励磁电流增大，而一般电动机在额定频率下工作时的磁通φm已接近饱和状态.因而在50HZ以下调速时，电动机必定工作在过励磁状态，其后果是降低了电动机的功率因数，还会影响电动机负载能力。

因此为保证电动机在50HZ以下运行时特性，必须在改变频率的同时改变供电电源的电压，此时才能保证恒扭矩调速。

相反，当供电频率f1升高到50HZ以上时，气隙磁通将下降，使磁通φm小于额定值，电动机在额定电流下工作时，电动机随频率升高，转速也升高。

输出扭矩减少，输出功率不变。

因此电动机在50HZ以上调速为恒功率调速。

本机变频器选用ABB公司的ACS800系列直接转矩控制（DTC）变频器，变频器可在零速时产生150%me转矩，且无速度传感器，其转矩环是内环，速度环为外环。

系统通过自动识别建立电动机的模型，通过测量电机的电流和电压作为自适应电动机模型的输入。

这个模型每隔25微妙产生一组精确的转矩和磁通的实际值。

电机的转矩比较器将转矩实际值与转矩给调节器的给定值作比较；磁通比较器将磁通实际值与磁通调节器的给定值作比较。

依靠来自这两个比较器的输出优化脉冲选择器、决定逆变器的最佳开关位置。

DTC的完美性能是基于准确的电机模型，电机模型是在电机辨识运行中确定。

可以得到准确的转子速度信号作为速度环的反信号，所以不需要速度编码器仍可对电机进行精确的速度控制。

转矩控制的优越性在于：

转矩控制是控制定子磁链，在本质上并不需要转速信息，所引入的定子磁链观测器能很容易估算出同步速度信息。

因而能方便地实现无速度传感化。

这种控制称为无速度传感器直接转矩控制。

这种控制依赖于精确的电机数字模型和对电机参数的自动识别（ID），通过ID运行自动确立电机实际的定子阻抗互感、饱和因素，电机惯量等重要参数，然后根据精确的电动机模型估算出电动机的实际转矩，定子磁链和转子速度，并由磁链和转矩的Band—Band控制产生PWM信号，对逆变器的开关状态进行控制。

这种系统可以实现很快的转矩响应速度和很高的速度、转矩控制精度。

变频器的核心电路主要由主回路、主控板、驱动板、I/0板，控制盘、显示器组成：

a主控板：

主控板即微机板，是变频器的心脏，各种信息的处理。

控制以及指令的发出，都是它完成的。

IGBT的驱动信号也是由主控板产生。

b）驱动板：

驱动板是将主控板产生的信号进行放大。

c）I/0板:

标准的I/O板提供的模拟口包括两个差动电流和一个电压输入，两个电流输出口，均为可编程接口，I/O板上还有一个为外部速度给定电位器供电的恒定电源。

数字口包括6个可编程数字输入口和一个为数字口提供控制电压输出口（DC24V）。

直流24V可由外部电