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1、情景八 煤矿井下采掘设备电气控制 任务二 电牵引采煤机的电气控制,矿山机电专业系列教材 理工分社,出版社,知识点及目标 电气系统组成、功能、控制原理、性能特点。电牵引与液压牵引的主要区别。 能力点及目标 电牵引采煤机使用调节操作方法和维护方法。,任务描述 电牵引采煤机以其优越的性能在综合机械化采煤系统中得到推广应用，是目前综采采煤机的主流设备，通过学习掌握其结构、性能和使用方法, 对工作面生产管理具有及其重要的意义。 任务分析 本任务介绍电牵引采煤机的结构、功能、控制原理、使用方法和维护检修管理方法等知识和技能。,一、采煤机电牵引概述 （一）采煤机要求的牵引特性 1牵引电动机的恒牵引力、恒功率
2、特性 采煤机在割煤中由牵引系统驱动。在倾斜的工作面上行时，牵引力须克服采煤机与刮板输送机之间的摩擦阻力、工作面倾斜时采煤机自身重量产生的下滑力和采煤机滚筒割煤时的阻力等三个阻力。在整个生产过程中，三个阻力将随着设备安装、巷道倾角、煤质硬度等条件变化。要求采煤机的牵引力随之变化，使采煤机既能充分利用，又不至于过载损坏。采煤机的牵引特性一般按牵引速度范围分为恒牵引力矩和恒功率两个阶段。,1) 恒牵引力矩阶段 采煤机在割煤阶段，滚筒与煤壁接触，阻力较大，牵引电动机的转速n从零到额定转速ne。为充分发挥采煤机的牵引力但又不致损坏，要求采煤机恒定在允许的最大牵引力矩M下工作，故称为恒牵引力矩阶段。电动机
3、的力矩M与功率P的关系为： M=9550P/n 牵引力矩M一定时，功率P与转速n成正比，为一条斜线，如图8-5所示。,图8-5 转矩、功率、转速关系曲线,2）恒功率阶段 在调动阶段，滚筒与煤壁不接触，此时没有切割阻力，所需牵引力较小，要求牵引速度较高，牵引电动机的转速从ne至最大转速nm（调动转速）。为了充分利用电动机的功率，采煤机恒定在允许的最大输出功率Pm下工作，故称为恒功率阶段。由公式M=9550P/n可知，功率Pm一定时，牵引力矩M与电动机转速n成反比，为一条双曲线，如图8-5所示。,2牵引电动机的四象限特性 采煤机在生产过程中需要两个方向运行，以一个方向的速度为正，相反方向则为负。一
4、般采煤机是在牵引力作用下才能前进。当采煤机沿倾斜工作面向下坡方向调动时，由于滚筒不与煤壁和底板接触，截割阻力为零；且下滑力与采煤机运行方向相同，由阻力变为牵引力。如果输送机倾斜角度大于某一值，下滑力大于摩擦阻力，采煤机就可能自行下滑；如果没有有效的制动力，下滑速度会越来越快，造成重大事故。这种情况下要求电牵引系统提供与采煤机运行方向相反的制动力，即将电牵引力变为制动力，使采煤机按司机的愿望以要求的速度安全下放。,综上所述，采煤机的牵引系统除要求能两个方向牵引外，还要做到既能提供与采煤机运行方向一致的牵引力，又能提供与采煤机运行方向相反的制动力。这就是四象限牵引特性，如图8-6所示。第一、二象限
5、v0，采煤机正向运行；第三、四象限v0，采煤机反向运行。第一、三象限牵引力F与运动方向v相同，牵引系统提供牵引力；第二、四象限牵引力F与运动方向v相反，牵引系统提供制动力。,图8-6 四象限运行特性,3截割电动机的恒功率调节特性 采煤机截割电动机的负载大小与煤层硬度、煤层夹矸厚度、夹矸硬度、采高和牵引速度等有关。这些因素对截割电动机负载的影响都可通过调节牵引速度来补偿。 在割煤过程中，采煤机的牵引速度越快，生产率越高，但截割电动机的负载也越重。如牵引速度过高，就有可能使截割电动机过载。因此，需要根据截割电动机的负载情况随时调节牵引速度，这种自动调节牵引速度，使截割电动机的负载恒定在额定功率的性
6、能称为恒功率调节特性。,（二）采煤机电牵引的特点 1. 具有良好的牵引特性，可以对采煤机提供足够的牵引力，使机器克服阻力移动并能实现无级调速和恒功率调速，满足采煤机运行的任何速度要求。 2. 实现四象限牵引控制，可用于倾角较大的工作面。牵引电动机轴端装有停机时防止采煤机下滑的制动器，其设计制动力矩为电动机额定转矩的1.62.0倍，也可以在机器下滑时进行电气制动。所以电牵引采煤机可用在4050倾角的煤层，而不需要其他防滑装置。,3. 采用可编程控制器和传感器，反应灵敏，可实现自动调节。可编程控制系统能将各种信号快速传递到相应的调节器中，及时调整各种参数，防止采煤机超载。例如，当截割部电动机过载时
7、，控制系统能立即检测并发出相应的控制信号，降低牵引速度。当截割部电动 机突然瞬间过载超过规定值时，控制系统能够立即发出换向指令，使采煤机自动后退，防止 滚筒堵转而发生事故，使牵引更加平稳、安全,4. 传动效率高，它直接采用电动机完成采煤机的牵引，省去了复杂的液压传动系统， 具有很高的传动效率，效率可达95。而液压牵引要做两次能量转换，效率仅为65-70。 5. 牵引部机械传动结构简单，且尺寸小、重量轻，便于维护检修。 6. 各种参数的检测、处理、控制、显示为单一的电信号，省去了液压信号到机械信号再到电信号的转换环节，系统简单，工作可靠，故障率少，维修量小，寿命长。,7. 具有完善的控制、检测、
8、诊断、显示系统。能实现对采煤机的各种人工控制、遥控及自动控制；能对运行中的各种参数如电流、电压、速度、温度、水压和负载等情况实时检测，并控制采煤机做出相应的处理；当某些参量超过允许值时能发出相应的报警信号，并进行必要的保护；能对采煤机的部件进行自检和故障诊断；能显示运行中各种参量的图形和数据，并可向地面控制中心传输，从而为实现工作面的自动化、无人化控制奠定了基础。,（三）电牵引采煤机的基本电气结构 目前生产电牵引采煤机的主要国家有美国、德国、英国、日本、中国和波兰等。型号虽多但电牵引采煤机的基本电气结构相同，下面以Electral000系列采煤机为例分析其电气系统，图8-7为Electra l
9、000系列电牵引采煤机的结构简图。,1. 采煤机的电机装机数量及装机容量 一般电牵引采煤机装有2台牵引电动机，分别位于左牵引部和右牵引部的采煤机机身内；装有12台交流液压泵电动机，为采煤机液压系统提供动力；对于双滚筒采煤机，装有2台大功率交流截割电动机，分别驱动2个滚筒，或用1台大功率交流截割电动机驱动2个滚筒。目前国内外使用的电牵引采煤机一般装有47台电动机，装机功率5001965kW，供电等级分别为950V、1140V、2300V、3300V。 2牵引电动机的类型 牵引电动机类型有直流电动机牵引和交流电动机牵引两大类，目前两种方式均有运用。,二、电气系统的组成 如图8-7所示，采煤机的电气
10、控制系统由电气控制箱内的开关室6、变压器室7和牵引控制室8组成。开关室又分为左室和右室，左室中主要装有主断路器、高低压熔断器、控制电路变压器、先导电路的电阻和二极管元件、串行数据接口模块、过电流保护模块，以及破碎机、液压泵、左右截割部等电动机的过电流检测器，切断电动机的三相电流监视器。右室中主要装有无线控制器底座、发光二极管指示阵列、过电流保护模块、负载电阻、截割电动机监视单元、可编程控制单元、继电器接口板。,变压器室中装有变压器、三相电抗器、牵引系统电流检测器。牵引控制室中主要装有励磁控制模块、电枢控制模块、漏电保护系统功率电阻、电枢连接器、励磁连接器、显示单元及牵引系统交流熔断器。,三、电
11、气系统的作用 采煤机的电气控制系统主回路连接如图8-8所示，用于实现对电动机的电源控制。从图中可看出，来自工作面平巷馈电开关中的1140v三相交流电源经动力电缆接至采煤机主断路器的线路侧，线路侧接有可编程控制器控制的三相氖灯R、S、T（在线电源指示），还接有一台单相控制变压器作为控制线路的电源。主断路器的负载侧有两路出线，一路直接供给左、右截割电动机，另一路分别供给液压泵电动机、破碎机电动机、牵引主变压器。牵引主变压器将1140v变为460 v，经牵引系统变为直流供给牵引电动机。,图8-8 Electral000系列采煤机电气控制系统主回路,控制变压器二次侧引出的辅助回路电源配电系统如图8-9
12、所示，用来向各辅助回路供电。该变压器有A、B、C三路输出。A路为交流230v向1#4 # 直流电源供电，B路是交流230v向5 #、 6 #直流电源及本安电源供电，C路是交流15v向漏电保护电路供电。,图8-9 Electral000系列电牵引采煤机辅助回路电源配电系统,四、电气控制和保护 1采煤机电源的控制和保护 采煤机的电源来自工作面平巷的组合开关或电磁启动器，通常采用先导控制。先导控制并不是在前级的电源开关上进行，而是在远离电源开关的采煤机上进行，相当于电源开关的一种远方控制方式，先导回路如图8-10所示。,图8-10 采煤机的先导控制回路,2牵引电动机的控制和保护 牵引系统电气原理框图
13、如图8-11所示。牵引电动机为直流他励方式，为了功率平衡，2台直流牵引电动机的电枢绕组串联后，接于电枢控制模块的输出端；两励磁绕组串联后接于励磁控制模块输出端。牵引控制电路分为四个部分，即电枢控制模块、励磁控制模块、牵引电动机保护电路和牵引状态显示电路。它们是采用微处理器为控制核心的自动控制系统，以实现恒牵引力矩特性、恒功率特性、四象限特性、恒功率调节特性。,图8-11 牵引系统电气原理框图,1）牵引系统的控制,3电动机的保护 1）过流保护 各电动机都设有电流检测器，检测到的电流信号均送往过电流保护模块，这个模块中有两个可编程控制器的输入触点，一个为短路电流信号，另一个为持续过载信号。当其中之
14、一动作时，可编程控制器将断开先导电路，使电动机停转。还可将检测到的电动机电流信号馈送到电动机显示单元，按额定电流百分比显示电动机实际电流。,2）温度保护 每个电动机都设有温度检测器，温度检测由4个电阻式温度检测器和2套固定温度检测器组成。4个电阻式温度检测器分别检测电动机定子绕组、冷却水和2个轴承的温度，把检测到的信号不断地送到电动机显示单元中，顺序显示出各温度值。电动机检测单元中装有对应的4个温度继电器，当这些信号值超过警戒值时，电动机自动降低转速并发出报警信号；超过最大限制值时，将自动切断电动机的电源，这就构成电动机的一级温度保护。2套固定温度检测器用来检测电动机定子绕组和冷却水的温度，由
15、可编程控制器实时处理，当温度超限时自动切断电源，构成了电动机的二级温度保护。,能力体现 一、采煤机的操作 1. 采煤机电源的合闸与分闸 采煤机电源的合闸与分闸是通过采煤机上的主回 路断路器手柄完成的。断路器手柄以下有三个位置： 1）试验位置 断路器手柄处于试验位置时，采煤机不能运行， 但可以通过监视单元模拟采煤机的运行，各种模拟运 行状态可以在显示单元上显示。一般在采煤机首次运 行前或发生故障修复后，都应将断路器手柄置于试验 位置，进行采煤机运行状况的试验和检查。,2）运行位置 断路器手柄处于运行位置时，先导回路中的辅助接点1QF闭合，按下采煤机的启动按钮，接通工作面平巷开关上的先导回路，接通
16、采煤机电源，可编程控制器单元上的三相电源指示灯点亮，采煤机上的所有交流电动机、牵引部和各种液压功能均处于待工作状态，此时操作人员可选择操作控制方式，然后进行运行操作。,3）断开位置 停止采煤机时，如果采煤机正在牵引运行，应先将牵引速度减小到零，然后按停止或紧急停止按钮，再将主断路器手柄扳到断开位置，并将手柄拿走，最后把平巷开关断开并锁定，使采煤机固定在断电状态，防止未经批准的人员在机器有故障时或机器正在检修时随意合闸。,2.采煤机的控制方式及运行操作 1）控制方式,2）运行操作,二、采煤机的状态显示,三、电气故障诊断 常见故障包括： 1采煤机不能运行 2采煤机不能运行“试验”模式 3按下电源按钮采煤机可以运行，释放按钮采煤机停止运行 4液压功能失效 5采煤机不能正常牵引,