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1、EBZ掘进机电气系统元器件及原理,授课人：赵继伟,电气系统基本组成,电气系统组成：掘进机电控系统主要由电控箱、本安(隔爆)操作箱、矿用隔爆电铃、隔爆型照明灯、隔爆型急停按钮、矿用本安型瓦斯传感器以及各工作机构的电机组成。 掘进机电气控制系统是整机的重要组成部分，与液压控制系统配合，来实现整机的各种生产作业。同时对截割电机、油泵电机、二运电机的工况及回路的绝缘情况进行监控和保护。,截割电机,电控箱,操作箱,前照明灯,截割急停,系统急停,瓦斯报警器,掘进机电气系统,后照明灯（LED）,油泵电机,总急停,防爆电铃,掘进机电气系统,本安操作箱,二运电机,掘进机电气系统,隔爆操作箱,掘进机电气系统,电控
2、箱,控制器盒,本安操作箱,隔爆操作箱,操作箱内部,操作箱内部,电控箱内部接线,掘进机各电气元件识别 1、断路器,电气元件识别,电气元件识别,功能：断路器又称自动开关，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，已获得了广泛的应用。,电气元件识别,我公司现在生产的定型产品中断路器选用的是由穆勒公司生产的NZMN3-AE400-S1型号断路器。 该断路
3、器为掘进机的电源开关，适用于交流50Hz、额定电压1140V、额定电流400A的电路中，作为无负载合闸和无负载切断掘进机供电电源之用，切忌带负载通/断。 断路器的机械寿命在频繁操作时不超过2000次。 断路器参数（过载电流、保护电流）可调（建议不要调整）,电气元件识别,短路器 符号 代号：QF,电气元件识别,2、熔断器： 代号：FU,电气元件识别,功能：安装在电路中，保证电路安全运行的电器元件。电路中正确地安置了熔断器，熔断器就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。熔断器是不可以循环使用的。,电气元件识别,3、电压传感器 代号：TV 符号：
4、,电气元件识别,功能：被测量的电压通过传感器中的分压电路，取得与被测电压成正比的0-5V的信号电压，经过主控制器编程计算后，再将对应的真实输入电压由显示屏显示。,电气元件识别,4、电流传感器 代号：TA 符号：,电气元件识别,功能：电流传感器由霍尔元件和运算放大器组成。霍尔元件是基于霍尔效应（电流在磁场的作用下产生感应电动势）。运放将信号放大到设计追求的比例。,电气元件识别,5、交流真空接触器 代号：KM 符号：,电气元件识别,功能：频繁地起动和停止三相交流电动机。适宜于各种装置组成磁力起动器，广泛用于电力系统、石油、化工、煤矿、冶金和电气化铁道等各个领域。真空接触器主要由真空灭弧室和操作机构
5、组成。真空灭弧室具有通过正常工作电流和频繁切断工作电流时可靠灭弧两个作用。但不能切断过负荷电流和短路电流。操作机构是由带铁芯的吸持线圈和衔铁构成。线圈通电，吸引衔铁，接触器闭合；线圈失电，接触器断开。吸持线圈一般有直流和交流两种形式。 真空灭弧室的外壳用玻璃或陶瓷绝缘材料制成，内部的真空度通常在0.01Pa以上。由于壳内的空气少，触头开距可以做得很小，电弧也较容易被熄灭。触头材料一般用铜、锑、锇等合金制成。灭弧室内屏蔽罩的作用是，当分断电流时，凝结触头间隙中扩散出来的金属蒸汽，有助于熄弧，还可以防止金属蒸汽溅落到绝缘外壳上降低其绝缘强度。动触头与外壳下端用波纹管连接，动触头可以上下运动又不会漏
6、汽。,电气元件识别,真空接触器的优点 真空接触器熄孤能力强，耐压性能好，操作频率较高，寿命长，无电弧外喷，体积小、重量轻、维修周期较长。真空接触器的真空灭弧室制造时工艺要求很高，如果工艺不良，灭弧室的真空容易下降。触头材料材质不好，在分断电流时会出现 “截流过电压“现象，即在分断电流时，由于真空灭弧室的熄弧能力很强，电弧电流不是自然过零时切断，而是从电流的某一值突然降到零，由此而出现高的过电压。截流电压会危及电气设备的安全运行。,电气元件识别,电气元件识别,6、开关按钮 代号：SA,7、阻容吸收器 代号：FV,电气元件识别,功能：阻容吸收器可有效抑制操作过电压的瞬间振荡和高频电流、使过电压的波
7、形变缓、陡度和幅值降低。再加上电阻的阻尼作用、使高频振荡迅速衰减.无论对哪种负荷设备都非常有效.是使电器设备避免因操作过电压造成绝缘损坏.保证电器设备安全运行必不可少的理想过电压保护装置。 阻容吸收器一般常与大用户线路及大型感性负荷线路使用(如:大型电动机、电钢炉等）配合使用。因为大型感性负载在送电合闸瞬间会产生高压电势（日光灯的镇流器就是个好例子），而且故障时，又会引起振荡。而阻容吸收器利用电容吸收能量，能够有效地吸收由感性负载和其它因素引起的浪涌电压，使过电压不超过允许值，并利用电阻的阻尼作用，使振荡迅速衰减，以预防为主，标本兼治。 阻容吸收器最主要的作用就是吸收反向电势。,电气元件识别,
8、8、控制变压器 代号：TC 符号：,电气元件识别,功能：控制变压器和普通变压器原理没有区别.只是用途不同.变压器的工作原理是用电磁感应原理工作的。变压器有两组线圈。初级线圈和次级线圈。次级线圈在初级线圈外边。当初级线圈通上交流电时，变压器铁芯产生交变磁场，次级线圈就产生感应电动势。变压器的线圈的匝数比等于电压比。例如：初级线圈是500匝，次级线圈是250匝，初级通上220V交流电，次级电压就是110V。变压器能降压也能升压。,电气元件识别,控制电源 控制电源主要为电气控制系统提供所需的工作电源。 控制电源主要是由控制变压器、开关电源和本安电源等组成。 控制变压器一次侧为AC1140V/660V
9、，二次侧为AC220V、AC127V、AC36V、AC24V。分别为电机控制回路、本安电源回路、电铃控制回路和照明控制回路提供电源，并为开关电源提供输入电源。 开关电源为DC24V控制回路提供电源，并为EPEC运动控制器提供工作电源。 本安电源主要为瓦斯报警器及本安控制回路提供电源。,电气元件识别,9、 辅助触点,电气元件识别,功能：传递信号指令。,电气元件识别,10、电压表 代号：PV,电气元件识别,功能：显示接触器两端的电压值（220V）。,电气元件识别,11、开关电源 代号：UR 输入电压：AC127V 输出电压：DC24V,电气元件识别,功能：提供控制系统所需要的DC24V电压。我公司
10、控制部分供电才用的是交流220V输入，直流24V输出的开关电源供电，我公司所用的开关电源选择的是朝阳电源公司生产的4NIC-Q/192型电源模块，其特点是体积小，重量轻，电压转换效率高，宽电压输入范围，采用零电压、零电流技术，有良好的电磁兼容性，并具有过流保护、短路保护、过热保护和过压保护。,电气元件识别,12、本安电源 代号：ibU 输入电压：AC127V/ DC24V 输出电压：DC24V/ DC12V,电气元件识别,功能：本质安全电源，属于爆炸性气体环境用防爆电气设备，在强制性国家标准GB3836中有明确要求。可以是直流，也可以是交流，它在极端情况下的放电能量不会点燃爆炸性气体。 本质安
11、全防爆方法是利用安全栅技术将提供给现场仪表的电能量限制在既不能产生足以引爆的火花，又不能产生足以引爆的仪表表面温升的安全范围内，从而消除引爆源的防爆方法。 对于仪表检测和控制回路而言，限制能量首先意味着限制电压和电流。又由于电容和电感能够储存和释放电能量，因此电容和电感也须限制。 实践中，人们利用火花实验装置，通过实验确定对不同危险类别气体的电能量限制参数。国际标准和中国国家标准中给出的常用电能量引爆曲线有电压电流引爆曲线、电压电容引爆曲线和电流电感引爆曲线等。根据这些曲线，再参考1.5倍的保险系数，人们便可以确定在涉及某类气体时，对指定回路的电能量限制参数。,电气元件识别,13、瓦斯传感器
12、符号：KG9701A/GJC4,电气元件识别,功能：用于检测煤矿井下空气中的甲烷含量.主要由黑白元件,检测电桥,运算放大器,A/D转换,单片机以及显示,输出等部分组成,2. 电气元件识别,14、防爆电铃 代号：B5 输入电压：AC36V,电气元件识别,功能：用于发出警零，提示设备周遍人员，注意设备启动。,电气元件识别,15、矿用机车防爆照明灯 代号：LA 输入电压：AC24V,电气元件识别,功能：设备工作时提供光源。,电气元件识别,16、主控器 代号：U1 输入电压：DC24V,电气元件识别,功能：专用运动控制器是基于长期恶劣环境如高震动、温度变化剧烈和湿度较大等条件下可靠地工作而开发的，是一
13、种集可编程控制器、比例放大器、模拟量输入A/D模块、继电器输出等功能于一身的高性能工程机械专用控制器。它给世界工程机械传统的电液控制系统带来了革命性的进步。,电气元件识别,其优点如下：1、它取代了比例放大器，将4-12片阀的放大器集成在一体，成本上有绝对优势； *2、它有大电流输出（0-3A）取代了传统继电器，节省了大量接线特点，故障率大幅降低； *3、它的模拟量输入端子每一个针具备了处理不同信号能力，不论是电位计、*热敏电阻还是变送器电流/电压信号，都可以接入并使用软件编程进行设定； *4、它的逻辑控制功能可以非常轻松的完成以前用各式各样继电器和模块很难解决的问题； 5、它内部数个16位高性
14、能微处理器以及超大容量的内存空间使它具有及强的数字处理能力，可以完成很多以前必须用电脑高级语言来编程的复杂算法如直行纠偏多PID控制、发动机液压泵复合控制、姿态模糊控制、自动驾驶等等； *6、它是基于CANBUS总线开发的产品，当系统节点较多或信号传输距离较远时可以使用多个控制器组网，节省接线、提高可靠性、并且灵活性和可扩展性大大加强；,电气元件识别,*7、它使用欧洲通用标准IEC61131-3语言编程，多种语言可选，简单易学，可读性强，可现场无数次Flashing下载程序，改变EPROM参数，无须重新下载或修改程序，通常可使用专用车载显示器完成参数修改，非常方便。 *8、它的硬件可靠性优于同
15、类产品，无论在东北雪原极寒实验，还是在东南亚热带雨林中施工，都不负众望，在国家大型施工项目设备中，在军用车辆上，在出口欧美的大型设备上都有成功的应用； *9、它的I/O设计独具匠心，一针多能，既可做开关量输入，也可以做模拟量输入，既可做PWM或开关量输出也可以做开关量输入，一个型号便可以有无数种组合满足无数种需要，使用更方便、更经济 *10、它具有CANOPEN 和CAN2.0两个总线接口，可以与国内外很多标准CANBUS总线产品进行连接，或经门路模拟与其它总线或上位机连接，组建大型系统。 *11、由于采用专用插头连接，使其拆卸方便，不易出错。,电气元件识别,17、 CAN总线隔离模块 代号：
16、U2 输入电压：DC24V,电气元件识别,功能：用于隔离操作箱与电控箱的信号，起到保护系统，防止系统因外界信号的影响主控器。,电气元件识别,18、通讯转换板 代号：U3 输入电压：DC24V,电气元件识别,功能：将CAN总线信号转换成显示器可以接受的RS232信号。,电气元件识别,19、显示器 代号：U4 输入电压：DC24V,电气元件识别,功能：用于显示设备运行状况，显示各电机运行参数和故障信息，便于操作人员了解设备状况。我公司的显示系统采用的是日本Digital公司生产的ST400-AG41-24V型（隔爆操作箱上用）显示屏，还有普洛菲斯Pro-face公司GP2301-SC41-24V型
17、（本安操作箱上用）显示屏。,电气元件识别,20、开关量采集板 代号：U5 输入电压：DC24V,电气元件识别,功能：接受操作者的开关信号，将各开关信号转换为CAN总线信号，便于主控器接受信号。,电气元件识别,21、隔离保护模块 代号：U6 输入电压：DC24V/DC12V,电气元件识别,功能：在设备进行自检时，对各个回路的电动机进行漏电检测，如发现有电动机漏电（绝缘电阻值低于40兆欧左右），向主控器发出漏电信号。,电气元件识别,22、辅助继电器 代号：KA 驱动电压：DC24V,电气元件识别,功能：用于将主控器的信号放大，控制接触器线圈回路，实现DC24V信号控制AC1140V动力电源,以达到
18、控制电动机的目的.,电气元件识别,23、防爆紧停开关 代号：SB,电气元件识别,功能： 1.用于在紧急情况下停止设备运转； 2.设备在检修时，防止人员误操作，保护维修人员的安全。,电气元件识别,掘进机基本控制原理 控制器主要采用运动控制器EPEC 和中间继电器的配合实现对指令的下达。控制器通过各监控和检测器件实现对电机运行参数的检测，通过内部软件程序处理，将最终指令下达给执行机构（电动机） 。 对于掘进机电气系统来说，他的主要工作元件是电动机，包括截割电机、油泵电机、二运电机（又称电动滚筒）根据设备型号的不同，他所配备电机功率也不一样。目前我公司所使用的截割电机为水冷式隔爆型三相异步电动机；油
19、泵电机采用风冷式隔爆型三相异步电动机；电动滚筒采用隔爆型三相异步电动机。,基本控制原理,整机电器参数 技术参数 额定电压 主回路：AC 1140/660V 电控箱：控制回路电压为：AC220V、AC127V、AC36V、AC24 V 操作箱：控制回路电压：DC24V 额定频率 额定频率 50Hz,基本控制原理,系统输出主路数 输出路数 5回路 油泵电机控制主回路 截割高速电机控制主回路 截割低速电机控制主回路 二运电机控制主回路 锚杆电机控制主回路（或除尘风机控制回路）,基本控制原理,本安部分： 本安电源 输入电压：AC127V/ DC24V 输出电压：DC24V/ DC12V 最大工作电流：
20、500mA 瓦斯报警器 工作电压：DC12V 最大工作电流：130mA 操作箱 工作电压：DC24V 最大工作电流：500mA,基本控制原理,控制回路 控制回路是以EPEC专用控制器为核心，它接受各输入元器件的状态信息，通过编程计算，对所控制的元器件发出动作指令，实现对设备的逻辑控制。 在操作箱上、机体油箱前侧和二运电机附近装有三个紧急停止按钮，按下其中的任意一个，机器将立即停止运行。在机体左侧的司机席的前部设有一个截割紧急停止按钮，其作用是立即停止截割头工作。转换开关有自动复位式和自锁式，它们作为控制器的指令输入开关安装在操作箱面板上。,基本控制原理,工作原理 当操作人员对设备检查后，确认设
21、备周遍可以正常启动后，将电控箱上的短路器扳手扳至“通”的位置。系统上电后，设备的照明灯点量，开关电源和本安电源接通，此时显示屏幕显示设备自检界面,如显示正常则可操作设备。,基本控制原理,一、将电控箱上的断路器开关手柄扳至“开”的位置，掘进机控制系统得电，电铃鸣响7秒钟左右以示警报，同时电气系统进行自检及初始化处理 注意： 1、复位前必须将所有的电机启动开关扳至“停止”位置。 2、截割高速电机与截割低速电机是互锁关系。 3、注意：200以下机型油泵电机与锚杆电机之间是互锁关系。,我公司电气系统工作原理,二、电气联锁 在控制回路中主要的电气联锁有四处： 第一，只有当油泵电机启动后，截割、二运电机才
22、能启动，油泵电机停止运行，运行中的截割、二运电机也随之停止。第二，油泵电机与锚杆电机不能同时启动。第三,高、低速截割电机不能同时启动。第四，利用限位开关，确保在无负荷情况下，断路器停、送电。,我公司电气系统工作原理,三、电机过热保护 当油泵电机、截割电机因长时间工作或由于故障引起绕组温度升高超过规定值，埋设在该电机绕组中的温度开关动作，EPEC运动控制器收到该信息后，使截割运行继电器、油泵运行继电器动作，切断对应真空接触器线圈回路，断开截割电机和油泵电机的主回路，对截割电机和和油泵电机进行保护。,我公司电气系统工作原理,四、电机过流保护： 电机过流保护主要是通过电流互感器采集的电流值通过EPE
23、C运动控制器编程计算，当达到一定倍数额定电流，延时继电器经过延时后，使相应运行的继电器断电，切断对应真空接触器的线圈，回路真空接触器失电，切断电机主回路，使电机停止运行。,我公司电气系统工作原理,我公司电气系统工作原理,五、电控箱上设有故障状态及其它显示，具体显示的内容是： 各电机运行显示；各电机异常显示；截割电机运行时间指示；各回路漏电闭锁显示；各电机过温显示；电源电压指示；照明回路漏电显示；各电机的三相电流显示；瓦斯报警显示；历史故障报警记录显示；机器运行时间显示。,电气系统保护 保护措施包括：主回路漏电闭锁；控制回路漏电保护；油温、油位保护；电机短路、断相、过压、欠压、过载保护；紧急停止等 排故指南直接在显示器上显示，当有故障发生时，显示器将显示故障信息，提示故障处理办法，给维修人员判断与排除故障提供很大方便。,谢 谢！,