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第八章采煤机电气系统

本电气系统是为700电牵引采煤机配套而专门研制的，分为电气控制系统和整机监测系统。

控制系统采用了可编程控制器及DTC变频器；监测系统采用了工控计算机。

电气系统实现了采煤机操作简单，维修方便，无级调速，牵引力强等特点。

电气系统的部件分布如下图8.1所示。

图8.1

本电气系统应在下列条件下正常工作:

A.环境温度-20℃-+40℃

B.相对湿度不大于95%（+25℃）

C.海拔高度2000m以下,-500m以上

D.有瓦斯和爆炸性危险,但无腐蚀性气体的场合

本电气系统具有下列操作、控制、保护及显示功能。

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.在采煤机上完成对牵引变压器的温度监测和热保护。

5.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。

6.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。

7.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。

8.变频装置具有外置式各种参数的显示。

9.遥控发射机实现远程控制。

1.采煤机电气部件功能及参数

MG300/700-WD（MG250/600-WD）交流电牵引采煤机，装机总功率为700（600）kW，截割电机功率为2×300（250）kW。

牵引功率为2×40kW，油泵电机功率为20kW，整机供电电压为1140V。

除牵引电机外，其余电机均为1140V供电。

1.1.截割电机主要技术参数：

型号YBC-300（YBC3-250）

额定功率300kW（250kW）

额定电压1140V

额定电流155.5A

额定转速1480r/min

工作制连续SI

绝缘等级H级

冷却水冷

冷却水压力2MP

防爆型式隔爆型

1.2.油泵电机主要技术参数

型号YBCB-20G

额定功率20kW

额定电压1140V

额定电流13.3A

额定转速1465r/min

工作制连续SI

绝缘等级H级

冷却水冷

冷却水压力2MP

防爆型式隔爆型

1.3.牵引电机主要技术参数：

型号YBQYS-40（B）（380）

额定功率40kW

额定电压380V

额定电流76A

额定转速1470r/min

工作制连续SI

绝缘等级H级

冷却水冷

冷却水压力2MP

防爆型式隔爆型变频调速专用电机

1.4.泵站电磁阀主要电气技术参数

本采煤机控制摇臂升降电磁阀，采用DTBF-27/24Z型电磁铁，作为摇背升降和制动用的控制器件。

额定电压DC24V

额定吸力25N

额定行程3mm

1.5.高压控制箱主要电气技术参数

MG2x300-WD交流电牵引采煤机高压控制箱，用在有瓦斯和煤灰爆炸危险的井下配套采煤机。

作为电源输入和电源分配之用。

型号特制专用

供电电压1140V50HZ

额定电流450A

冷却方式底板和后侧板水冷

冷却水压力2MP

防爆型式隔爆型

1.6．牵引电机调速装置主要电气技术参数

MG2x300-WD交流电牵引采煤机牵引电机调速装置，用在有瓦斯和煤灰爆炸危险的井下配套采煤机。

作为控制，保护和牵引调速之用。

型号特制专用

供电电压400V50HZ

额定电流152A

冷却方式底板水冷

冷却水压力2MP

防爆型式隔爆兼本质安全型

1.7．防爆分线盒主要电气技术参数

电牵引采煤机上的防爆分线盒，主要是将从控制箱内由一根电缆引出来的控制信号，通过分线盒转换成多路单独的控制信号，再分别到泵站去执行控制。

型号JHBZ-1/24C

额定电压220V

每节端子额定电流10A

信道数量8路

内置接线端子排两排14节

1.8.端头控制站主要技术参数

端头控制站是采煤机左右两端专门为操作方便而设立的分站，本端头控制站是本安型设备，内部以单片机为控制核心，与监控中心以并行通讯方式进行数据交换。

额定电压12V，24V本安电源

额定电流20mA

传输速率9600b/s

1.9.连接电缆主要技术参数

（1）进线电缆1W，2W（用户自备）

电压等级1140V

连续载流量215A

芯线标称3x70+1x25+4x6

电缆外径φ65mm

（2）截割电机电缆W1，W2（采煤机自带）

电压等级1140V

连续载流量173A

芯线标称3×50+1×10+3×6

电缆外径φ58mm

（3）油泵电机电缆W3（采煤机自带）

电压等级1140V

连续载流量64A

芯线标称3×10+1×10+3×6

电缆外径φ38mm

（4）牵引电机电缆W4，W5（采煤机自带）

型号（带屏蔽）

电压等级600V

连续载流量138A

芯线标称3×35+1×16+3×4

电缆外径φ45.26mm

（5）控制箱供电电缆W6（采煤机自带）

电压等级1140V

连续载流量173A

芯线标称3×50+1×10+3×6

电缆外径φ58mm

（6）高压箱,分线盒控制电缆W7，W10（采煤机自带）

型号（屏蔽耐油护套）

电压等级500V

连续载流量2A

芯线标称24×0.75

（7）端头站控制电缆W8,W9（采煤机自带）

型号（屏蔽耐油护套）

电压等级500V

连续载流量2A

芯线标称7×0.75

（8）电缆阀控制电缆W11,W12,W13,W14,W15,W16（采煤机自带）

型号（屏蔽耐油护套）

电压等级500V

连续载流量5A

芯线标称3×2

2.采煤机电气系统原理介绍

MG2x300-WD交流电牵引采煤机电气系统原理如图8.2所示，下面对各部

分进行说明。

2.1电源系统原理

MG2x300-WD交流电牵引采煤机供电电压为1140V。

牵引系统由牵引变压器供电（1T）。

控制电源由控制变压器供电（2T）。

2.1.1.牵引系统电源

牵引系统是1140V经1T变压器，把1140V变成400V。

从高压箱送到控制箱作为变频器的电源。

2.1.2.控制电源

控制电源是由1140V经2T变压器1140V变成220V。

由高压箱送

到控制箱的控制电源单元，由控制电源单元变换成各种控制电压。

+24V直流开关电源，供给摇臂升降电磁阀；

本安电源装置获得220V输入电压，变换成+12V，+24V本安电源，供给端头站用。

2.2.采煤机先导控制及运输机闭锁回路

先导控制回路和运输机闭锁回路如图8.3所示。

1W，2W分别是顺槽开关箱送来的供电电缆，其中控制芯线，P,E是采煤机先导控制回路。

B1，B2是运输机在采煤机的闭锁回路。

图8.3

SB1是主回路的启动按钮。

SB3是主回路的主停按钮。

SB4是采煤机先导试验按钮。

2.3.采煤机监测系统和控制系统原理及保护功能

2.3.1采煤机监测系统原理

采煤机监测中心，利用微电脑技术及专家系统，把实时数据库理论和相关的现代控制方法融合在一起。

通过接口电路板把采煤机送来的信

图8.2

号、状态、资料进行处理和分析。

完成采煤机恒功率控制和故障诊断等功能。

2.3.2采煤机控制系统原理如图8.4所示

控制中心采用工业可编程控制器。

控制箱体和端头站上的操作按钮，把各种操作信号给控制中心，控制中心根据各种逻辑关系，输出控制信号，送给执行部件，参加各种控制。

图8.4

2.3.3.系统保护原理

监测中心和控制中心相互配合满足采煤机实现恒功率采煤的要求，即：

牵引速度能够实现自动跟踪截割电机的负载。

当截割电机的负载较轻时，牵引电机加速运行到设定速度；当截割电机负载为满载（或人为满载）时，牵引速度保持为这一设定速度。

当截割电机电流超过105%Ie时,并在一定的允许时间内（设定60秒）负载电流仍不下降，即可牵引减速。

如负载超过115%Ie时，立即停止牵引。

电机，变压器，变频器等各种保护和监视信号，通过信号转换

板送给监测中心,监测中心把信号和数据处理分类后，一方面送给显示屏，进行状态指示；另一方面传送给控制中心参与过程控制。

2.3.4端头控制站工作原理

端头控制站采用单片机工作原理，使用并行数据通讯技术，与监控中心交换资料，实现对采煤机的主停，牵停，左行，右行，摇臂升降的控制。

2.3.5变频器工作原理

变频器由400V/50HZ电源供电，经三相半控整流桥整流成直流电压，然后由微机控制的IGBT逆变桥输出频率可变和电压可变的交流电压,作为牵引电机的驱动电源。

（图8.5是变频器原理框图）

2.4.采煤机电气控制系统

2.4.1采煤机高压控制箱

高压控制箱位于主机架中央，它可以在采空侧，方便的推入和抽出。

主

图8.5

要功能是完成采煤机的电源引入和电源分配。

高压箱内设有高压隔离开关、真空接触器、牵引变压器、控制变压器、电流互感器及一些辅助器件。

高压箱电气控制系统如图8.6所示。

2.4.1.1高压控制箱结构

高压控制箱分为两个腔体，从采空侧看，箱体左边联机的是接线腔，右边是隔爆腔。

它们之间通过1140V单芯过墙端线及十三芯过线组来联系。

在接线腔中用于进出线的喇叭口共有十个,进线的两个大喇叭在采空侧。

出线的四个大喇叭口和四个小喇叭口在煤臂侧。

接线腔上部开盖，腔内设有一个接线端子排用于控制和监测电缆的接线；腔内底部有一接地螺栓，用于进出线电缆的接地连接。

隔爆腔共有两个盖板，上盖板主要是安装牵引变压器时打开，便于接线和安装。

前盖板主要是安装和调整隔离开关及一些电气附件方便所用。

高压箱在采煤机上，只能打开前盖板，上盖板由机身框架所盖不能打开。

2.4.1.2高压控制箱内部元器件功能及参数。

2.4.1.2.1隔离开关（1QF）

高压控制箱内设有一台隔离开关，给左截割电机供电。

隔离开关的触头装有消弧装置，在特殊情况下，可带负荷切断电源。

一般情况下需检查故障或检修采煤机，应打开隔离开关，以防误动作。

设备在井下闲置几天不用时，应拉下隔离开关。

型号GM2-400

额定电压1140V

额定电流400A

分断能力2000A

电气寿命300次

机械寿命2500次

2.4.1.2.2.牵引变压器（1T）

高压箱内设有一台牵引变压器，是给控制箱中变频器提供电源。

其参数如下。

图8.6

型号特制专用

额定容量110kVA

额定输入AC1140V/50HZ

额定输出AC400V/50HZ

绝缘等级F级

相数三相

连接方式Y/Y0

结构特征干式真空环氧树脂浇铸

冷却方式采用高压箱底板水套冷却

2.4.1.2.3.控制变压器（2T）

高压箱内设的一台控制变压器，是给采煤机监控系统提供交流控制电压，其参数如下。

型号特制专用

额定容量500VA

额定输入AC1140V/50HZ

额定输出AC220V/50HZ

绝缘等级F级

结构特征干式真空环氧树脂浇铸

2.4.1.2.4.电流互感器（T1，T2）

高压箱内设有电流互感器两个，是为检测左右截割机电而设置的。

其参数如下。

型号特制专用

额定电流300A

测量范围0-300A

输出电压0-5V

2.4.1.2.5.双极自动开关

高压箱内设有一个双极自动开关，是控制变压器输出的电压经自动开关送到控制箱起过流和短路保护作用。

型号

额定电压500V

额定电流5A

脱扣电流40A

绝缘电压2.5KV

电气寿命2000次

2.5.采煤机牵引电机调速装置

牵引电机调速装置位于主机架中央,它可在采空侧，方便的推入和抽出，主要功能是完成采煤机的控制和监测；控制箱内设有监控装置，变频装置及一些辅助设备。

从高压箱送来的400V电源（W6），通过控制箱送给变频器，实现采煤机的牵引；同时把400V经辅控变压器（3T）供给控制箱内的辅助用电设备。

从高压箱送来的220V控制电源经自动开关送给直流电源装置和本安电源装置，产生24V开关电源和5V本安电源。

监测信号由有关设备进入到控制箱，实现整机控制。

2.5.1箱体结构

牵引电机调速装置箱体分为两个腔体，从采空侧看箱体左边联机的是接线腔，右边是安装各种控制设备的隔爆控制腔。

它们之间通过六个高压单芯过墙接线柱和五个过线组来联系,其中一个过线组用于本安回路。

在接线腔中用于进线的喇叭口共有九个，三个大喇叭口，六个小喇叭口。

一个大喇叭口引W6电缆，作为控制箱的电源电缆，剩余的两个大喇叭口，分别引出W4，W5电缆，作为左，右牵引电机电缆。

六个小喇叭口中，其一是引入W7作为高压箱送过来的各种信号电缆；其二是两个小喇叭口引出W8，W9电缆，到左右端头站；其三是一个喇叭口引出W10电缆到防爆分线盒。

接线腔上部开盖，腔内设有两个接线端子排用于控制和监测电缆的接线；腔内底部有一接地螺栓，用于进出线电缆的接地连接。

隔爆腔共有三个盖板，上盖板主要是为变频器接线和检修方便之用。

左前盖板和右前盖板，如图8.7所示。

左前装板上有十六个操作按钮机构，其中一个是自锁机构，作为运输机闭锁之用。

其余都为自复位方式，这些按钮的功能见图8.7所示中的说明。

右前盖板上有四个显示窗口，分别是监控系统显示、功能指示和变频装置运进状态指示。

图8.7

2.5.2控制箱元器件功能与参数

MG2x300-WD交流电牵引采煤机，控制箱内元器件布置如图8.8所示。

2.5.2.1.监控设备是电牵引采煤机的核心部分，它包括监测中心和控制中心以及各种电源辅助设备，它面板上的电缆连接如图8.8所示。

监测系统的组成监测系统要对采煤机进行工况监视，在线故障诊断，对实时数据进行记录，回放等功能。

确保设备在恶劣环境下以最佳状态运行，提供可靠的依据。

本监测系统是由PC104工业控制机和各种信号处理板及所需电源板组成。

（1）工控机硬件配置。

●高速嵌入式586DXCPU主频133MHZ

●内置浮点运算协处理器。

●主板内存32M。

图8.8

●一个双向数据并行口。

●两个16C550等同速串行口。

●主板固态盘插座支持（SSD）144M字节可读写盘。

●64路A/D接口

●电源配置+5V，1.8—4.8W

●终端显示器配置,TFT6.1英寸真彩液晶屏。

（2）信号处理板

信号处理板分为数字信号处理板和模拟信号处理板。

数字信号处理就是把采煤设备送来的各种数字信号和开关量信号,进行光电隔离、电压整型处理后,从串行口送给计算图8.9

机。

模拟信号处理就是把采煤设备采集回来的各种模拟信号,进行不失真光电处理后，模/数转换进暂存，再通过单片机的串行口送到工控机进行数据处理。

数字信号处理板硬件组成.

●光电隔离器.

●并行输入串行输出集成块

●三端稳压器.

模拟信号处理板硬件组成.

●带负反馈的光电隔离器.

●运算放大器

●16位A/D转换器.

●EEPROM缓存器

●单片机

●三端稳压器

（3）电源板

本电源板主要是给工控机提供+5V,2A的电源;给信号处理板提供+5V,12V的电源。

同时还给外部设备提供需12V检测电源取自控制系统的24V开关电源。

（4）连接插座及引线说明

监测系统的外连引线全部采用航空插座，作为信号的输入和输出信道。

如图8.9所示的PB03,PB09,PB010,PA11四个插座.下面分别对四个插座加以说明。

（5）PB03插座引线及参数。

PB03插座，是GP4过线组进来的检测信号，通过PB03到监控中心。

如

图8.10是PB03引线图。

额定电流3A

额定电压500V

接触对直径1mm

接触对温升小于50℃

绝缘电阻大于5000MΩ

寿命500次

（6）PB09插座

PB09座，是监测系统给功能显示装置发送各种显示信号的通道。

如图图8.10

8.11是PB09引线图。

型号（针型）

额定电流3A

额定电压500V

接触对直径1mm

接触对温升小于50℃

绝缘电阻大于5000MΩ

寿命500次

接触对温升小于50℃

绝缘电阻大于5000MΩ

寿命500次图8.11

（7）PB10插座引线及参数

PB10插座，是监测系统给液晶屏发送各种显示信号。

型号（针型）

额定电流3A

额定电压500V

接触对直径1mm

接触对温升小于50℃

绝缘电阻大于5000MΩ

寿命500次

（8）PA11插座引线及参数。

PA11插座，是监测系统和控制系统之间的通讯电缆。

PA11插座引线如图8-12所示。

型号（针型）图8.12

额定电流3A

额定电压500V

接触对直径1mm

接触对温升小于50℃

绝缘电阻大于5000MΩ

寿命500次

2.5.3控制系统的组成

控制系统要对采机的各种动作进行控制,确保采煤机的各种执行动作准确无误,提供保障。

控制系统是由控制中心（工业可编程控制器）。

开关电源和本安电源以及按键信号处理装置组成。

图8.9是控制系统面板插座布置图。

下面分别对控制系统的硬件配置及参数加以说明.

2.5.3.1控制中心

型号特制专用

电源AC220V50VA

继电器输出触点2A

工作环境温度0—55℃

抗震动2g

2.5.3.2开关电源

型号特制专用

电源容量350VA

输入电压AC160—240V

输出额定电压DC24V

输出额定电流10A图8.13

输出具有过流,短路等保护.

2.5.3.3本安电源

型号特制专用

电源容量50VA

输入电压AC220V

输出额定电压DC5V

输出额定电流250mA

输出开路电压DC5.6V

输出具有过流,短路等保护.

2.5.3.4按键信号转换板

按键信号转换板。

其一，是把控制箱上的各种操作信号,进行处理转换送到本板上的单片机，通过单片机的串行口，再送到监测中心。

其二是把从端头控制站送来的信号，进行处理，把本安信号转换成非本安信号。

一方面送给控制中心，实现各种控制；另一方面送到本板上的单片机进行串行处理后，再送到监测中心，进行监视处理。

按键信号转换板和主要硬件组成

●单片机

●光电隔离器

●并行输入，串行输出集成块

2.5.3.5连接插座及引线说明

控制系统的外引线全部采用航空插座，作为信号的输入和输出通道。

如图8.9所示的PB01，PB02，PB06，PB07，PB08，PB11六个插座。

下面分别对六个插座加以说明。

（1）PB01插座引线及参当数。

PB01插座，是GP1过线组进行来的端头站信号，通过PB01到控制中心。

图8.14

如图8.13是PB01引线图。

型号（孔型）

额定电流3A

额定电压500V

接触对直径1mm

接触对温升小于50℃

绝缘电阻大于5000MΩ

寿命500次

（2）PB02插座，是控制系统通过GP2给

电磁阀发送的各种控制信号的信道。

图8.14是PB02引线图。

型号（针型）

额定电流10A

额定电压500V

接触对直径2mm

接触对温升小于50℃

绝缘电阻大于5000MΩ

寿命500次

（3）PB06插座引线及参数。

PB06插座，是控制系统到按钮板装置的信电缆插座。

PB06对外引线图如图8.15所示。

图8.15图8.16

（4）PB07插座,是控制中心到辅控装置的控制信号电缆。

图8.16是插座引线图。

型号（孔型）

额定电流10A

额定电压500V

接触对直径2mm

接触对温升小于50℃

绝缘电阻大于大于5000MΩ

寿命500次

（5）PB08插座引线及参数。

PB08插座，是控制中心到变频

装置的控制信号电缆。

图8.17是插

座引线图。

型号（针型）

额定电流3A

额定电压500V

接触对直径1mm

接触对温升小于50℃

绝缘电阻大于5000MΩ

寿命500次图8.17

（4）PB11插座引线及参数。

PB11插座，是控制中心到监测中心的连接信号电缆。

型号（针型）

额定电流3A

额定电压500V

接触对直径1mm

接触对温升小于50℃

绝缘电阻大于5000MΩ

寿命500次

2.6牵电装置的功能及参数

牵电装置是把牵引变压器送来的400V电源,通过牵电装置再送给变频

器。

主要完成给变频器的送电和断电。

当变频器发出故障信号时，牵电装置就自动切断电源，牵电装置断电后，需延时2分钟方能再次送电。

牵电装置由交流接触器，快速熔断器，控制接线端子等组成。

2.6.1交流接触器参数（KM1）

型号3TB-300

线圈电压220V

额定电流300A

分断能力1800A

电气寿命3000次

2.6.2熔断器（1FU,2FU,3FU）

从牵引变压器来的400V电源通过三个快速熔断器后,再送给变频装置。

快熔主要是对牵引变压器起短路保护作用，对变频器的整流桥起瞬间过电流保护。

额定电压500V

额定电流250A

2.6.3接线端子排（H4）

H4接线端子主要是把从控制中心来的控制信号,从控制电缆PA07上转接下来,一部分供给牵电装置用;一部分供给辅助装置用.

型号JF6-1.5G/5A

额定电压500V

额定电流5A

抗电强度300V

绝缘电阻500MΩ

2.6.4变频装置功能与参数

本变频器是ABB公司专为采煤机机载提供的改制变频器，它的低频特性，起动扭矩等能适合于采煤机的运行特性。

设计的运行频率是3Hz-80Hz。

启动为零速满转矩起动，3Hz到50Hz是恒转矩调速对应采煤机的牵引速度为0.3-7m/min，50-80HZ是恒功率调速,对应采煤机的牵引速度为7-12m/min，采煤机采用液压制动。

变频器的详细说明见附录A。

变频装置参数：

型号特制专用

额定容量120kVA

输入电压AC400/50HZ

输出频率3-80HZ

总功率因数0.95

输出额定电流178A

短时过载电流1.5Ie

适配电机功率80kW

最高运行温度85℃

过流跳闸3.75Ie

过压跳闸1.3Ue

欠压跳闸0.65Ue

冷却方式IGBT底板水套冷却

2.6.5.控制箱按钮板装置功能及参数

控制箱上的各种操作按钮。

主要是完成采煤机的各种功能操作。

按钮板装置主要包括操作按钮，航空插头，端子排。

按钮板装置集成的按钮在采煤机上实现以下的操作功能。

SB1按钮1启采煤机1#截割电机、油泵电机送电。

SB2按钮2启采煤机2#截割电机送电/真空接触器吸合。

SB3按钮主停，顺槽开关断电。

SB4按钮先导回路试验。

SB13按钮左行采煤机左行增速（右行减速），双功能按钮。

SB14按钮右行采煤机左行增速（左行减速），双功能按钮。

SB11按钮