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2X300KW,牵引电机功率2X40KW，调高泵功率7.5KW，适用于采高1.80m—3.50m,煤层倾角W40度的中厚煤层综采工作面。
采煤机的
操作方便、维护简单。
系统具有再生制动功能、
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。
控制和保护性能完善、可实现四象限运行。
二、使用工作条件
2000m
-5C-+40C
1．海拔高度小于2．周围介质温度
3.相对湿度：
不大于95%（+25C）
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W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采煤机的主要特征技术：
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
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
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
绝缘等级:
冷却方式:
冷却水压力:
防爆型式:
3.调高泵电机主要技术参数
级
定子水冷
<3MPa
隔爆型变频调速专用电机
MG300/700-WD
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，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：
输入42V，TA2的电源。
（4）电流变送器：
型号：
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：
9X25mm2为主变频器1V1的输出，输入和制动单元的输出。
GXB2过线组：
9X25mm2为从变频器的输出和输入。
2
GXB3,GXB4过线组：
为非本安控制的过线组（21芯）。
GXB5过线组：
本安控制电路的过线组（21芯）。
接线腔内还有接线端子若干和用于进出的喇叭口21个。
b）
c）
d）
e）
2）隔爆箱内装有：
a）
b）
c）
d）
e）
f）
水冷式ABB变频器（1bA1,、1bA2）:
2台
可编程控制器（PLC）：
1台
开关电源：
1台
热电阻温度变送器模块（MK1--3）：
3个继电器模块（1bR1—1bR8）:
8个分线盘
（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：
S：
定子磁极对数
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
必然会引起电动机其它参数的变
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，化，电动机电压平衡方程式为：
U1=
-E1+I1Z1（
E1=
4・44f1N1©mKW1
U1
定子电源电压
E1
定子绕组感应电动势
I1Z1
定子阻抗压降
©m
电动机每级气隙磁通
N1
定子绕组匝数
KW1
电动机绕组常数
2）
（3）
如忽略定子绕组压降不计，则
Ui=-Ei=4・44fiNi©m.KWi（4）
简化常数
UlXfi©m（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©m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©m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可由外部电源提供。
d）控制盘有四种不同的键盘模式：
实际信号显示模式、参数模式、功能模
式和传动选择模式。
e）液晶显示屏：
可以显示4行，每行20个字符，可以通过参数选择语言。
2．可编程控制器（PLC）：
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。
它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制采煤机的生产过程。
可编程控制器及其有关外围设备、都按易于和采煤机控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
，
PLC是采煤机电气系统的控制中心，本机选用日本三菱FX系列系列产品，具有高可靠性，抗干扰能力强的特点，采用导轨式安装。
平均无故障时间超过了IEC规定的10万小时，有些PLC的可靠性已达到300000—500000MTBF。
采用的是模块式硬件结构组合和扩展都很方便。
在实际使用过程中，增加或减少功能比传统继电器控制方案更简单易行。
在PLC正常时，变频器的速度给定、牵引方向、加减速度、水流量保护，两台截割电机的温度监测、电流采样、截割电机恒功率保护、采煤机零位抱闸、启动预警、两台截割电机的分别启动和停止、瓦斯断电、牵引变压器温度监测及采煤机的运作执行等，都通过PLC进行控制。
PLC由CPU,电源模块模拟量，特殊模块模拟量，输入模块组成。
3．控制盒：
用于采样信号的隔离,本安与隔爆线路的转换。
有线指令和无线遥控信号的转换,及时对输出信号进行功率放大。
4、显示器（2处）
a）中文显示器通过与PLC通信，实时显示系统的各种工作参数，工作状态和各种信息。
b）二个变频器显示窗定时变频器的工作参数，状态及信息。
1）中文显示主运行画面的内容有：
加减速状态：
米/分:
左、右截割电机的温度：
#
c
左、右截割电机的电流：
###
A
牵引变压器的温度：
#
c
左、右牵引电机的电流:
##＃
A
牵引速度
#米/分:
牵引方向
左牵或右牵
液压制动闸的状态：
抱闸或松闸
米/分:
2）中文显示主监测画面的内容有：
瓦斯接点：
左、右截割电机的温度预警：
左、右截割电机的电流预警：
牵引变压器的温度预警：
左、右牵引电机的电流预警:
牵引速度：
采煤机送电左、右截割电机绝缘：
牵引送电左、右变频器的故障故障状态时，可显示故障信息和相应的解决方法等。
3）变频器自身显示内容：
变频器输出频率或转速:
变频器输出的电流:
变频器输出转矩:
变频器温度:
变频器状态显示：
显示报警和故障信息：
运转、故障
5．变频器在实际使用中应特别注意：
（1）变频器在运行和维护时，必须遵守安全规范，否则将造成意外的人身伤害或损坏变频器。
a）变频器断电后，必须等待5分钟后（显示屏不能显示）。
才能进行检修，以防止中间直接回路放电造成电击。
b）检修时先用万用表测量每个输入端子和地之间的电压，以保证变频器放电完毕。
（2）变频器在运行的过程中，不允许在1分钟内连续3次切断电源。
以避免变频器内的充电电阻因过流而烧毁，造成变频器不能工作。
（3）测量牵引电机的绝缘时，必须把牵引电机和变频器的连接电缆从电机端子拆下，否则有可能造成变频器内的IGBT模块损坏。
（4）变频器的输出是由高压高频窄脉冲组成，其峰值约为电源电压的1.35—1.4倍。
这个电压有可能因电缆性能不好而加倍，因而牵引电机的电缆选择非常重要，更换电缆时需运用低容抗电缆。
（5）变频器的绝缘需用万用表MQ档测量。
6、操作：
可以在左右端头站，遥控器及电控箱上对采煤机进行操作。
也可以手动操作左右的摇臂升降。
遥控器有左右之分，左右端头站和遥控器上各自有8个按钮，分别为总停，牵停，左行，右行，上升，下降和两个备用按钮。
左端头站及其遥控器可以操作采煤机的左行，右行，总停，牵停及左摇臂的上升、下降。
右端头站及其遥控器可以操作采煤机的左行，右行，总停，牵停及右摇臂的上升、下降。
变频器箱前面左盖板上共有14个操作按钮，它们的功能如下：
1S1—总启按钮（采煤机的启动按钮）
152-总停按钮（采煤机的停电按钮）
153-左牵按钮（采煤机在零位时按左牵按钮选定左牵方向且不松手时采煤机向左行走、按的时间越长采煤机牵引速度越高。
采煤机左行时需要减速按右牵按钮，需要加速时按左牵按钮。
154-右牵按钮（采煤机在零位时按右牵按钮选定左牵方向且不松手时采煤机向右行走、按的时间越长采煤机牵引速度越高。
采煤机右行时需要减速按左牵按钮，需要加速时按右牵按钮。
155—牵停按钮
156—左摇臂上升按钮
157—左摇臂下降按钮
158—右摇臂上升按钮
1S9—右摇臂下降按钮
1510—复位按钮
1511—备用按钮
1512—备用按钮
1513—闭运（采煤机停运输机，闭锁运输机按钮）
1S14—紧停按钮
七、MG300/700-WD采煤机的控制：
1.MG300/700-WD采煤机的启动和停机：
采煤机的启动和停机借用动力电缆的一根控制芯线，使采煤机的
控制回路与磁力启动器先导回路相接，组成远地控制。
回路如下：
X1.17GX1.1tQ1S17Q2S17GXA1宀4MB1宀5MB1宀1S2宀
1S17397197GXA147GX1.47二极管7地
严1自保-
按下1S1按钮，启动器吸合，K1吸合自保，左截割电机运行，
调高泵电机运行，牵引变压器有电，延时几秒后，右截割电机运行。
停机有五处：
1S2,左右端头站总停和左右遥控器总停。
在启动回路里串进了两台截割电机的温度接点（4MB1,5MB1）。
瓦斯接点（WS）接进PLC中与其它故障一起通过自保继电器接点
K1串在启动回路中，无论哪台电机的温度超限或瓦斯浓度超限，都可以切断启动回路，从而切断采煤机电源。
2.运输机控制：
采煤机控制运输机利用面板上1S13对运输机的控制回路进行闭锁。
回路如下：
运输机先导回路7X1.27GX1.17GXB3.271S13757GX1.3
7运输机先导回路。
3．电磁阀控制：
采煤机上有两个三位四通电磁阀控制采煤机左右摇臂的升降，有一个二位四通阀控制牵引电机制动闸的松闸和抱闸，可使用左右端头站和左右遥控的上升、下降按钮或手动制阀，实现左右摇臂的升降。
通过PLC中的程序控制、控制制动闸松闸或合闸。
电磁阀的控制电压为DC24V4．电源
采煤机控制电源有1T1提供。
1T1将AC1140V电源变换为AC220V和AC42V分别供给相应的控制回路。
1G1本安电源模块220V电源变换为DC12V电源提供给电磁阀。
1G2开关电源将AC220V电源变换为DC24V电源提供给电磁阀。
5．MG300/700-WD采煤机的操作方式可以在左右端头站、电控箱或遥控器上对采煤机进行操作，也可以用手动操作，左右端头站上各有8个按钮，分别为总停，牵停，左行，右行，上升，下降和两个备用按钮。
端头站有左、右之分，1＃为左端头，2＃为右端头。
遥控器也有左右之分，1号对1号端头（左），2号对2号端头（右），否则遥控器不起作用。
左端头站可以操作采煤机左行，右行，总停，牵停，及左摇臂的上升，下降。
右端头站可以操作采煤机左行，右行，总停，牵停，及右摇臂的上升，下降。
遥控器上的操作信号通过控制盒转换隔离后进入PLC。
6．牵引控制：
两台变频器分为主、从变频器。
主变频器设置为速度给定，从变频器设置为转矩给定。
主变频器由PLC给出速度给定，从变频器以主变频器的转矩输出作为其转矩给定，即主变频器由速度和转矩环控制，从变频器仅由转矩环控制。
从变频器跟随主变频器动作。
注意：
外部控制信号只与主变频器连接，主变频器由光纤通信控制从变频器。
注意小心处理光纤。
由于光纤对尘土极端敏感，不要用手触模光纤的末端，不要硬折光纤，否则易损坏光纤。
当按下左牵或右牵按钮后，变频器得电，整流部分工作，变频器开始运行。
采煤机按给定方向以一定速度牵引，按下的时间越长，采
煤机牵引速度越快。
如：
采煤机需要减速，按下反向按钮，采煤机牵
引速度会降下来，不松按钮时，速度直降至零，此时抱闸会动作。
当
采煤机需要改变方向时，先按牵停，使采煤机停止牵引，然后按与原
方向相反的方向按钮即可。
当需要停止牵引时，可按左右端头站、电控箱或遥控器上牵停按钮，采煤机会停止牵引。
采煤机每个牵引部都设有齿式离合器，当变频器或所驱动的牵引部出现故障时左右变频器均可进行单牵引。
八、MG300/700-WD采煤机电气系统常见故障分析与处理：
1）先导回路不能启动：
故障原因:
a、控制芯线断。
b、顺槽磁力启动器故障。
C、隔离开关未合闸。
d、终端二极管损坏。
解决方法：
a、更换电缆或修复控制芯线。
b、更换或修复磁力启动器。
c将隔离开关合闸。
d、更换终端二极管。
2）启动回路不自保：
故障原因:
a、控制变压器的1140V熔断器烧断。
b、控制线断。
C、自保继电器K2故障。
解决方法：
a更换熔断器。
b、检查控制线自保回路。
C、检查或更换自保继电器。
3）指令发送器控制不灵：
故障原因:
a、按钮不灵。
b、控制讯号发不出。
解决方法：
a、检查并修复按钮。
b、检查指令器上插坐接触是否良好
C、检查本安电源是否正常。
4）摇臂操作不灵活：
故障原因：
a、按钮不灵。
b、电闸不能换向。
C、油路不畅
处理方法：
a检查指令器上按钮
b、更换电磁阀
C、检查油路
5）变频器送不上电：
故障原因：
a牵引变压器输出电压不正常。
b、快速熔断器熔断。
C、变频器未复位。
d、变频器故障。
处理方法：
检查牵引变压器输出电压是否正常。
检查快速熔断器是否熔断。
变频器复位。
检查变频器。
a、
b、
c、
d、
6）牵引方向无法改变
故障原因：
a、系统内部控制电路损坏。
b、PLC故障。
C、变频器故障。
处理方法：
a检查系统内部控制电路。
b、检查PLC。
C、检查变频器。
八、MG300/700-WD采煤机的保护：
1．截割电机恒功率自动控制：
用2个互感器分别检测左、右截割电机的单相电流，将截割电流信号转变为4—20mA的信号送入PLC进行比较，得到欠载、超载信号。
当两台电机都欠载（P<90%Pe）时，发出加速信号，牵引速度增加（最大至给定速度）；当任一台电机超载（p>110%pe时，发出减速信号，牵引速度自动减小，直至退出超载区域。
2．采煤机过零保护：
当采煤机已在左牵引时，按下“右牵”按钮，此时采煤机将会减速；如果一直按下“右牵”按钮，则采煤机速度将会减小到零速。
但是采煤机到零速后不会继续向右牵引，只有松开“牵引按钮”重新选择“左牵”或“右牵”，则采煤机将沿着所选的方向行走，反之亦燃。
3、截割电机温度保护：
在左、右截割电机绕组内埋有温度接点，将其串接在启动回路中。
当任意一台电机的温度超过155C时接点断开，从而断开启动回路，使采煤机整机断电。
同时左右截割电机绕组内埋有PT100热敏电阻，
PT100经热电阻温度转换模块MK1（MK2）将电阻值转换成4—20mA的电流信号接入PLC的模拟量输入特殊功能模块，当任意一台电机温度达到155C极限时，PLC输出信号，采煤机控制回路切断，使整机断电。
4．瓦斯保护：
当采煤机工作环境中瓦斯浓度超限时，瓦斯断电仪将报
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