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200x2+40x2+7.5kW

调速和牵引方式：

交流变频调速,交流电机驱动,齿轮销轨式无链牵引

变

频

器

型号

ACS801

适配电机容量

45kW（重载应用）55kW（一般应用）

输出额定电流

89A（重载应用）112A（一般应用）

输入电压

交流380V

输入频率

50Hz

短时过载电流

1.5Ie

运行频率

0～50Hz～83Hz

截

割

电

机

型号

YBC-300D

YBC-250D

YBC-200D

额定功率

300kW

250kW

200kW

额定电压

1140V

额定电流

188A

162A

123．5A

额定转速

1470r/min

工作制

连续

绝缘等级

H

冷却方式

定子水冷

冷却水压力

≤3MPa

牵

引

YBQYS-40（B）

40kW

交流380V±

10％

76A

F级

定子水冷

防爆型式

隔爆型变频调速专用电机

⑶结构特征与工作原理

该部件由三个独立的电控箱N23（开关箱）、N24D（变频器箱）、N26（变压器箱）共同组成,其中N23、N24D共同安装在一个整体的联接框架内,N26安装在右牵引部的一段框架内。

三个独立的电控箱均可从老塘侧装入、抽出，而且三个电控箱本身不受力。

每个电控箱均由两个独立的腔体：

隔爆腔和接线腔组成,隔爆腔供安装电气元部件用,接线腔供电缆引入接线用，电控箱顶部不开盖板。

以下就每个箱体作以详细说明:

2.3.1开关箱KXJ-700/1140C（参见附图1）

开关箱位于联接框架的左端,可以在老塘侧方便地推入和抽出。

高压开关箱由2个接线腔和一个隔爆腔组成，接线腔供电缆引入接线用，隔爆腔供安装电气元部件用。

高压开关箱的作用是将～1140V电源引入采煤机并将电源进行分配。

其正面盖板上装有2个隔离开关手把，隔离开关具有超前断电功能。

盖板上有开关箱铭牌和开盖警告牌。

隔爆腔内安装有1台CKJ5-250型交流真空接触器KM1和1台GM2-400隔离开关Q1（带超前断电）分别用于左、右截割电机主回路。

在隔离开关转轴边上有一机械连锁装置,带动一个行程开关（Q1S1）来控制磁力启动器的控制回路,以保证隔离开关不带负荷操作（先合闸，后送电；

先断电，后分闸）。

注意：

隔离开关不应该频繁操作，只有在需要较长时间停机，或检修机器时，才需要断开。

隔爆腔内有一台控制变压器1T1（～1140V/220V，42V）。

控制变压器初级边有2个高压保险2A/1.2KV；

每组次级边有2个空气断路器，～220V为PLC（可编程序控制器）、非本安开关电源（1G2）供电；

～42V为本安电源（1G1）供电。

隔爆腔内还安装有1个本安电源模块（1G1）。

输入为～42V,输出为DC12V,为左右端头站及电流变送器TA1、TA2等的供电。

2个JCA300-P/4～20mA电流变送器（TA1、TA2）也安装在该腔，用于采样左、右截割电机电流,采样信号输入PLC模拟两输入输出模块的CH1、CH2通道,通过PLC软件控制完成采煤机截割电机的恒功率保护和截割电机的过载保护。

接线腔分为2个，1个为位于老塘侧的主进线接线腔，该接线腔与隔爆腔通过6个1140V/200A高压接线柱和一个12芯过线组来联系，另外还有2个接地线压板。

该腔的作用是引入1140V电源。

煤壁侧还有一个接线腔，用于向左、右截割电机、调高泵电机和牵引变压器提供电源。

2.4.5变频器箱KXJT-110/380C（参见附图2）

变频器箱位于联接框架的右端，由一个隔爆腔和一个接线腔组成，隔爆腔在前，接线腔在后，隔爆腔底面有冷却水槽。

接线腔通过2个9x25mm2的过线组（GXB1、GXB2）和3个21芯过线组（GXB3、GXB4、GXB5）与隔爆腔相连,2个9x25mm2的过线组的主要作用是引入变频器的进线和引出变频器的出线。

其中GXB1的有6根线为主变频器1bA1的输入、输出；

GXB2中有6根为从变频器1bA2的输入和输出。

21芯过线组GXB3和GXB4是非本安控制的过线组，GXB5是本安控制的过线组；

接线腔内还有接线端子若干,以及用于进出线的喇叭口,共21个。

隔爆腔内安装有2台拆装后水冷式ABB变频器（1bA1和1bA2,包括电容、电抗及变频器等），可编程序控制器（PLC）1台，开关电源1台，热电阻温度变送器模块MK1-3,8个继电器模块（1bR1～1bR8）及分线盘等。

该箱体正面有2个盖板，左面盖板上安装有15个操作按钮，用于控制采煤机的动作，右面盖板上安装有中文显示窗，可实时显示采煤机的工作参数，工作状态及信息；

2台变频器的参数显示窗也安装在该盖板上，显示变频器的工作状态及故障信息。

变频器箱完成采煤机电气系统的主要控制功能,电气控制系统为"

一拖一"

方式。

即用一个变压器给2台交流变频器供电，由两台变频器分别驱动2台交流牵引电机,由两台牵引电机共同驱动完成采煤机的行走。

从变压器次边出来的～400V/50Hz供电电源经六个快速熔断器分两路分别进入两台变频器,通过变频器整流、逆变输出频率和电压可变的交流电源作为牵引电机的供电电源。

2.4.6变压器箱KXBY-90/1140C（图3）

变压器箱由前面的一个隔爆腔和后面的一个接线腔组成。

隔爆腔正面有一个大盖板,底面有冷却水槽,变压器安装在隔爆腔内。

隔爆腔和接线腔隔墙上有2个穿墙过线组。

接线腔内有接线端子若干和两个接地压板和三个进出喇叭口。

变压器将～1140V电源引入,并变成～400V经6个快速熔断器（1F6～1F11）向两个变频器提供电源

3采煤机控制和保护

3.1采煤机的控制（线路图如图4）

3.1.1采煤机的启动和停机

采煤机启动和停机,借用动力电缆一根控制芯线,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,采煤机主电缆是一根UCPQ3x95+1x25+4x10的矿用电缆。

采煤机启动只有一处1S1（总起按钮在变频器箱盖板上），采煤机送电后左截割电机运行，泵电机运行，牵引变压器也带电；

延时几秒后，右截割电机开始运行。

停机有三处：

分别为左右端头站的总停、1S2（总停按钮在变频器箱盖板上）。

在启动回路里串进了两台截割电机的温度接点（4MB1和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）接进启动回路里。

无论哪台电机的温度超限或瓦斯浓度超限,均可通过这些接点断开启动回路，从而切断采煤机的电源。

3.1.2运输机控制

按下1S13（停运按钮在变频器箱盖板上）,即可在采煤机上控制运输机的停机（只控制停机,不控制启动）。

采煤机检修时运输机应闭锁。

3.1.3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,还有一个二位四通的电磁阀控制牵引电机制动闸的松闸和抱闸。

通过左右端头站和左右遥控器上的上行、下行或手动可实现左右摇臂的升降。

通过PLC中的程序控制制动闸松闸或抱闸。

电磁阀控制电压为DC24V。

3.1.4电源

采煤机控制电源由一台控制变压器1T1提供。

1T1将～1140V电源变为～220V、42V分别提供给相应的控制回路。

12V本安电源由本安电源模块1G1提供；

开关电源1G2将～220V变为24V提供给电磁阀。

3.1.5采煤机的操作方式

可以在左、右端头站及电控箱上对采煤机进行操作。

也可以手动操作左右摇臂的升降。

左右端头站上各自有8个按钮，分别为总停、牵停、左行、右行、上升、下降及两个备用按钮。

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。

补充说明：

1、左右端头站的操作信号通过12V继电器模块转换隔离之后进入PLC。

2、端头站有左右之分：

1为左端头站,2为右端头站,与之对应的遥控器也分左右,1号遥控器对1号端头站,2号遥控器对2号端头站。

否则遥控器不起作用。

3.1.6牵引控制

2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。

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，不要用手触摸光纤的末端，不要硬折光纤，否则易损坏光纤。

变频器箱内装水冷装置的专用变频器2台,PLC一套，中文显示示一台以及其它一些辅助元件,当按下“左牵（或右牵）”按钮后,变频器得电，整流部分工作，整个变频器将开始运行,采煤机则按所选择的方向以一定的速度牵引。

按按钮的时间越长,则采煤机的牵引速度越大。

如果采煤机已在左牵引，如果需要减速,则按下右牵引按钮,采煤机牵引速度将会逐渐降低直至到零（反之亦然）。

此时抱闸亦会动作。

当需要停止牵引时,则按下电控箱上或左、右端头站的牵停按钮,则采煤机停止牵引。

危险电压警告：

当变频器工作时，不允许打开电控箱盖板，因为变频器的储能元件有高压电，触其后会发生人身伤害﹗

注意：

采煤机断电五分钟后方可打开电控箱盖板﹗

3.2采煤机的保护

MG300/700-WD采煤机具有下列保护:

3.2.1截割电机恒功率自动控制

用2个电流互感器分别检测左、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，直到退出超载区域。

3.2.2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“右牵”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，反之亦然。

3.2.3截割电机温度保护

在左、右截割电机绕组内埋有温度接点，将其串在启动回路中，当任意一台电机的温度超过155℃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热电阻，Pt100经热电阻温度变送模块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155℃极限时,PLC输出停牵引信号，采煤机停止牵引并显示相应故障画面。

3.2.4瓦斯保护

当采煤机工作环境中瓦斯浓度超限时,瓦斯断电仪将报警并动作,将瓦斯断电仪接点接于PLC中,控制启动回路自保接点,浓度超限时整机断电。

3.2.5截割电机电流保护

当左、右截割电机电流小于Ie时，牵引可以加速;

当I≥120％Ie时，牵引不能加速延时5分钟，停牵引并显示故障画面；

当I≥150%Ie时，延时1分钟，停牵引并显示故障画面。

右截电机过载保护动作，停牵引同时停右截割电机。

3.2.6牵引变压器温度保护

牵引变压器三相绕组内各埋一个160℃的温度接点,三相串联，当变压器温度超过160℃时，不允许牵引或者停止牵引；

牵引变压器中间一相内埋有两个Pt100热电阻，其中一个Pt100经热电阻温度变送器模块MK3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，另一个Pt100备用,当电机温度达到155℃极限时，PLC输出停牵引信号并显示相应故障画面。

3.2.7变频故障保护

变频器的保护有：

接地保护、过压保护、欠载保护、供电电源缺相保护、变频器输出短路保护、及变频器对牵引电机的缺相保护、堵转保护、过流保护。

当启动采煤机后，变频器带电，此时若两个变频器中任意一个有故障，则不允许牵引，同样在牵引的过程中，两个变频器中无论哪个有故障，则停止牵引。

3.3采煤机的显示

显示器有两处：

一处中文显示器，另一处为两个变频器的显示窗。

中文显示器采用三菱的5.7寸彩色液晶显示器，通过与PLC通讯，实时显示系统的各种工作参数、工作状态和各种信息。

3.3.1中文显示主运行画面的内容有:

①加减速状态②左、右截割电机温度:

###℃

③左、右截割电机电流:

###A④牵引变压器温度:

⑤左、右牵引电机电流:

###A⑥牵引速度:

###米／分

⑦牵引方向:

左牵或右牵⑧制动闸的状态:

抱闸或松闸

3.3.2中文显示故障画面的内容有:

①瓦斯断电保护②左、右截割电机温度极限

③左、右截割电机过流④牵引变压器温度极限

6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。

3.3.3变频器自身显示的内容

输出频率或转速:

Hz（r/min）变频器的输出电流:

A

输出转矩:

%变频器的温度%

运行状态:

0/1

显示报警和故障信息：

运转故障

4采煤机常用的变频器及其使用指南

4.1采煤机常用的变频器

国内采煤机使用的变频器主要有ABB、日本三菱、日本安川等。

我厂采煤机使用的是ABB公司的ACS800系列直接转矩控制的变频器，一拖一控制方式。

4.2常用变频器的工作原理

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，由变频器桥式整流电路整流，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。

然后再经过输出侧IGBT组成的逆变电路，将直流电逆变成频率电压变化的交流电（即VVVF电源），此电源供电给牵引电机，牵引电机在不同的频率下输出不同的转速,即可调速。

变频器核心电路主要由主回路、驱动板、主控板、I/O板、显示及控制盘组成。

主控板即微机板，是变频器的心脏。

各种信息的处理、控制以及指令的发送都是由它来完成的。

IGBT的驱动信号也是由主控板产生。

驱动板是将主控板产生的信号放大。

I/O板：

标准I/O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，它们均为可编程接口。

标准I/O板上还有一个为外部速度给定电位器供电的恒定电压源。

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（+24V），直流24V可以由外部电源提供。

变频器采用了直接转矩控制（DTC）技术，DTC控制是交流传动的一种特殊的电机控制方式，与PWM磁通矢量控制方式有本质的区别，DTC控制方式直接控制电机的关键变量：

磁通和转矩，其工作原理图如图5.1。

测量的电机电流和电压作为自适应电机模型的输入，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，这个模型是在电机辩识运行中确定。

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；

所引入的定子磁键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器化。

这种控制方法被应用于通用变频器的设计之中，是很自然的事，这种控制被称为无速度传感器直接转矩控制。

然而，这种控制依赖于精确的电机数学模型和对电机参数的自动识别（Identification简称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、电动机惯量等重要参数，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。

而MG300/700WD采煤机变频器采用了ABB公司推出的直接转矩控制（DTC）变频器ACS800系列,变频器可在零速时产生200％Me转矩,且无速度传感器,其转矩环是内环,速度环是外环,系统通过自动识别建立电机模型,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以对电机进行精确的速度控制。

变频器改装为水冷装置,其整流模块与逆变模块均安装在专用的散热铝板做成的底板上,底板与腔体底面水冷壁紧密接触（中间由导热脂传递热量）。

正常使用时,变频器产生的热量由水冷壁带走。

4.3变频器在实际使用中应特别注意以下几点：

①变频器在运行和维护时必须遵守安全规范，否则将造成意外人身伤害，或损坏变频器。

（1）、变频器断电后，必须等待5分钟以上，以防止中间直流回路放电造成电击。

（2）、用万用表测量每个输入端子和地之间的电压，以保证变频器装置放电完毕。

②变频器在运行过程中，不允许在1分钟内连续三次切断电源，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模块永久性损坏。

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。

因此牵引电机的电缆选择非常重要，在更换牵引电机电缆时必须咨询制造厂家。

⑤变频器在出厂时已经作了耐压实验，用户不必在做绝缘实验。

4.4变频器的使用、维护及变频器故障判断与解决方法

本变频装置不仅有控制运行性能，而且有以下的完善自身和对被控对象的保护功能。

①变频器的接地保护功能

变频器的接地故障保护，是变频器在运行过程中，始终监视电机和电机电缆的漏电和接地，接地故障的检测是基于在变频器的输入端装有零序电流互感器，对接地保护泄漏电流的的测量，通过DSP数字信号处理器计算处理，判断是否有接地故障发生，如果有接地故障，变频器将立即停止输出。

②变频器的过压保护功能

变频器检测自身的直流母线，来判断供电电压是否过电压。

过压极限整定值为1.3Umax，Umax是牵引变压器输出的最大值。

牵引变压器的输出电压为380V，则Umax=415V,这样过压极限值整定为1.3X415=540V，当牵引变压器的输出高于540V时，变频器通过直流母线判断为过压，给出故障信号。

系统的中文显示窗给出故障原因和解决方法。

③变频器的欠压保护功能

变频器检测自身的直流母线，来判断供电电压是否欠电压。

欠压极限整定值为0.65Umix，Umix是牵引变压器输出的最小值。

牵引变压器的输出最小电压为380V，则Umax=380V,这样欠压极限值整定为0.65X380=247V，当牵引变压器的输出低于247V时，变频器通过直流母线判断为欠压，系统的中文显示窗给出故障原因和解决方法。

④变频器的供电电源缺相保护功能

变频器通过内部的输入缺相保护电路，通过检测中间电路的脉动增加来判断是否供电电源缺相，一旦有缺相发生，则变频器停止输出，同时系统中文显示窗显示故障信息和解决方法。

等故障处理完成后，可按下复位按钮3秒钟后，进行故障复位，才能进行正常牵引。

⑤变频器输出短路保护功能

变频器在运行和启动前，始终监视IGBT模块和电机电缆，一旦有短路发生，变频器以微秒级的速度封锁脉冲信号，使IGBT逆变桥禁止输出。

此时系统的中文显示窗显示故障信息和解决方法。

⑥变频器对电机的缺相保护功能

变频器监视电机电缆的连接状态，如果检测到某一相没有连接，变频器将停止输出，同时中文显示窗显示故障信息和解决方法。

⑦变频器对牵引电机的堵转保护

变频器在牵引电机堵转时保护电机，当牵引电机堵转时，在超过电机堵转的时间内，变频器停止输出，采煤机停止牵引，中文显示窗显示故障信息和解决方法。

⑧变频器对牵引电机的过流保护

变频器在牵引电机发生过流时，变频器停止输出，采煤机停止牵引，中文显示窗显示故障信息和解决方法。

同时变频器有完善的故障自诊断和显示功能，系统运行时连续监视电机和变频器自身的状态，保证变频器不受损坏。

⑨变频器过温警告

显示信息：

TEMP

故障原因：

变频器装置内部过温，过温温度整定在115℃

解决方法：

检查变频器箱内环境温度条件。

检查冷却水压力和流量是否正常。

检查变频器底板水套是否被堵。

检查变频器冷却底板与变频器箱底板是否紧密结合。

⑩变频器输出过流

OVERCURRENT

变频器输出电流过流或电机、电缆发生短路，触发极限是3.5Ie。

检查电机负载，电机、电机电缆是否短路。

检查电机和机械部件的连接处。

⑾变频器输出短路

SHORTCURRENT

变频器输出过流。

检查电机和电机电缆。

检查采煤机的机械行走部件和滑靴。

⑿变频器直流母线过压

DCOVERVOLT

变频器内部直流母线电压太大。

检查过压控制器设置是否正确。

检查牵引变压器输出有无波动或静态过压。

检查减速时间。

⒀变频器输入电源缺相

显示信息：

SUPPLYPHASE

故障原因：

变频器内部中间直流电压振动，可能是主电路缺相，快速熔断器烧断，或是整流桥内部故障引起。

解决方法：

检查供电电源是否缺相。

检查变频器输入回路上的快速熔断器是否烧坏。

⒁变频器中间直流回路欠压

DCUNDERVOLT

变频器供电电源缺相，快速熔断器烧坏，或整流桥内部故障损坏。

欠压触发极限为0.65Umin。

检查牵引变压器是否正常工作。

检查变频器输入端快速熔断器是否烧坏。

⒂