1、700说明书资料2.4 MG300/700-WD交流变频电牵引采煤机电气2.4.1 概述 该采煤机电气部分结构上由三个独立的电控箱共同组成, 系统上采用了可编程控制器(PLC),中文液晶显示，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（250kW、200kW）的截割电机、两台40kW的牵引电机和一台7.5 kW的运行状态, 具有一定的故障自诊断能力，使采煤机控制和保护性能完善, 操作方便、可靠。牵引系统采用“一拖一”控制方式，即两个变频器分别拖动两个牵引电机，提高了系统的控制精度。另外，可根据工作面倾角情况选择两象限运行或四象限运行。2.4.2 使用和工作条件 (1
2、)海拔高度小于2000m； (2)周围介质温度在-5+40之间； (3)+25时周围空气的相对湿度不大于95%； (4)在周围空气中的甲烷、煤尘、硫化氢、二氧化碳等不超过煤炭安全规程中所规定的安全含量, 海拔不超过2000m、周围介质温度不超过40，空气湿度不大于95%(在+25时)的矿井中使用； (5)电网交流电压1140(+10%，-20%)，50Hz； (6)周围介质无破坏性金属和绝缘材料的气体、蒸气和尘埃。2.4.3 技术特性 主要功能 该部件主要能实现采煤机的启动、停止；左、右牵引；左、右滚筒的升降；左、右截割电机的恒功率保护；左、右截割电机的温度保护；左、右牵引电机的过载保护；采煤
3、机的故障监测；变频器故障复位；牵引变压器的温度保护；闭锁运输机；采煤机零位抱闸保护；瓦斯断电保护；变频器的各种保护等诸多功能。2 主要参数采煤机型号MG300/700-WDMG250/600-WDMG200/500-WD总装机功率300x2+40x2+7.5kW250x2+40x2+7.5kW200x2+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050Hz83H
4、z截割电机型号YBC-300DYBC-250DYBC-200D额定功率300kW250kW200kW额定电压1140V1140V1140V额定电流188A162A1235A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 牵引电机型号YBQYS-40(B) 额定功率40kW额定电压交流380V10额定电流76A额定转速1470r/min 工作制连续 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 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、N2
5、4D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
6、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
7、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DC 12V,为左右端头站及电流变送器TA1、TA2等的供电。 2个JCA300-P/420mA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。
8、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
9、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(1bR11bR8)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
10、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 (1F61F11)向
11、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UCPQ 3x95+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
12、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 DC 24V。3.1.4 电源 采煤机控制电源由一台控制变压
13、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
14、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。 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
15、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
16、.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420mA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(P90Pe) 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(P110Pe)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
17、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420mA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
18、截割电机电流小于Ie时，牵引可以加速;当I120Ie时，牵引不能加速延时5分钟，停牵引并显示故障画面；当I150%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420mA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.
19、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: 加减速状态 左、右截割电机温度: # 左、右截割电机电流: # A 牵引变压器温度:
20、 # 左、右牵引电机电流: # A 牵引速度: # 米分 牵引方向: 左牵或右牵 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: 瓦斯断电保护 左、右截割电机温度极限 左、右截割电机过流 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
21、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。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
22、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
23、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
24、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BandBand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200Me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
25、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：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。变频器在运行过程中，不允许在1分钟内
26、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。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。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。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。变频器的接地保护功能变频器的接地故障保护，
27、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。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。变频器
28、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。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
29、正常牵引。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。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。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。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
30、，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。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。变频器输出过流显示信息：OVER CURRENT故障原因：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。解决方法：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。变频器输出短路显示信息：SHORT CU
31、RRENT故障原因：变频器输出过流。解决方法：检查电机和电机电缆。检查采煤机的机械行走部件和滑靴。变频器直流母线过压显示信息：DC OVERVOLT故障原因：变频器内部直流母线电压太大。解决方法：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。变频器输入电源缺相 显示信息：SUPPLY PHASE 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。变频器中间直流回路欠压 显示信息：DC UNDER VOLT 故障原因：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。 解决方法：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。变
