《礦山電控》PPT課件.ppt

情景八煤礦井下采掘設備電氣控制任務二電牽引采煤機的電氣控制 礦山機電專業(yè)系列教材理工分社 出版社 知識點及目標電氣系統(tǒng)組成 功能 控制原理 性能特點 電牽引與液壓牽引的主要區(qū)別 能力點及目標電牽引采煤機使用調(diào)節(jié)操作方法和維護方法 任務描述電牽引采煤機以其優(yōu)越的性能在綜合機械化采煤系統(tǒng)中得到推廣應用 是目前綜采采煤機的主流設備 通過學習掌握其結構 性能和使用方法 對工作面生產(chǎn)管理具有及其重要的意義 任務分析本任務介紹電牽引采煤機的結構 功能 控制原理 使用方法和維護檢修管理方法等知識和技能 一 采煤機電牽引概述 一 采煤機要求的牽引特性1 牽引電動機的恒牽引力 恒功率特性采煤機在割煤中由牽引系統(tǒng)驅(qū)動 在傾斜的工作面上行時 牽引力須克服采煤機與刮板輸送機之間的摩擦阻力 工作面傾斜時采煤機自身重量產(chǎn)生的下滑力和采煤機滾筒割煤時的阻力等三個阻力 在整個生產(chǎn)過程中 三個阻力將隨著設備安裝 巷道傾角 煤質(zhì)硬度等條件變化 要求采煤機的牽引力隨之變化 使采煤機既能充分利用 又不至于過載損壞 采煤機的牽引特性一般按牽引速度范圍分為恒牽引力矩和恒功率兩個階段 1 恒牽引力矩階段采煤機在割煤階段 滾筒與煤壁接觸 阻力較大 牽引電動機的轉(zhuǎn)速n從零到額定轉(zhuǎn)速ne 為充分發(fā)揮采煤機的牽引力但又不致?lián)p壞 要求采煤機恒定在允許的最大牽引力矩M下工作 故稱為恒牽引力矩階段 電動機的力矩M與功率P的關系為 M 9550P n牽引力矩M一定時 功率P與轉(zhuǎn)速n成正比 為一條斜線 如圖8 5所示 圖8 5轉(zhuǎn)矩 功率 轉(zhuǎn)速關系曲線 2 恒功率階段在調(diào)動階段 滾筒與煤壁不接觸 此時沒有切割阻力 所需牽引力較小 要求牽引速度較高 牽引電動機的轉(zhuǎn)速從ne至最大轉(zhuǎn)速nm 調(diào)動轉(zhuǎn)速 為了充分利用電動機的功率 采煤機恒定在允許的最大輸出功率Pm下工作 故稱為恒功率階段 由公式M 9550P n可知 功率Pm一定時 牽引力矩M與電動機轉(zhuǎn)速n成反比 為一條雙曲線 如圖8 5所示 2 牽引電動機的四象限特性采煤機在生產(chǎn)過程中需要兩個方向運行 以一個方向的速度為正 相反方向則為負 一般采煤機是在牽引力作用下才能前進 當采煤機沿傾斜工作面向下坡方向調(diào)動時 由于滾筒不與煤壁和底板接觸 截割阻力為零 且下滑力與采煤機運行方向相同 由阻力變?yōu)闋恳?如果輸送機傾斜角度大于某一值 下滑力大于摩擦阻力 采煤機就可能自行下滑 如果沒有有效的制動力 下滑速度會越來越快 造成重大事故 這種情況下要求電牽引系統(tǒng)提供與采煤機運行方向相反的制動力 即將電牽引力變?yōu)橹苿恿?使采煤機按司機的愿望以要求的速度安全下放 綜上所述 采煤機的牽引系統(tǒng)除要求能兩個方向牽引外 還要做到既能提供與采煤機運行方向一致的牽引力 又能提供與采煤機運行方向相反的制動力 這就是四象限牽引特性 如圖8 6所示 第一 二象限v 0 采煤機正向運行 第三 四象限v 0 采煤機反向運行 第一 三象限牽引力F與運動方向v相同 牽引系統(tǒng)提供牽引力 第二 四象限牽引力F與運動方向v相反 牽引系統(tǒng)提供制動力 圖8 6四象限運行特性 3 截割電動機的恒功率調(diào)節(jié)特性采煤機截割電動機的負載大小與煤層硬度 煤層夾矸厚度 夾矸硬度 采高和牽引速度等有關 這些因素對截割電動機負載的影響都可通過調(diào)節(jié)牽引速度來補償 在割煤過程中 采煤機的牽引速度越快 生產(chǎn)率越高 但截割電動機的負載也越重 如牽引速度過高 就有可能使截割電動機過載 因此 需要根據(jù)截割電動機的負載情況隨時調(diào)節(jié)牽引速度 這種自動調(diào)節(jié)牽引速度 使截割電動機的負載恒定在額定功率的性能稱為恒功率調(diào)節(jié)特性 二 采煤機電牽引的特點1 具有良好的牽引特性 可以對采煤機提供足夠的牽引力 使機器克服阻力移動并能實現(xiàn)無級調(diào)速和恒功率調(diào)速 滿足采煤機運行的任何速度要求 2 實現(xiàn)四象限牽引控制 可用于傾角較大的工作面 牽引電動機軸端裝有停機時防止采煤機下滑的制動器 其設計制動力矩為電動機額定轉(zhuǎn)矩的1 6 2 0倍 也可以在機器下滑時進行電氣制動 所以電牽引采煤機可用在40 50 傾角的煤層 而不需要其他防滑裝置 3 采用可編程控制器和傳感器 反應靈敏 可實現(xiàn)自動調(diào)節(jié) 可編程控制系統(tǒng)能將各種信號快速傳遞到相應的調(diào)節(jié)器中 及時調(diào)整各種參數(shù) 防止采煤機超載 例如 當截割部電動機過載時 控制系統(tǒng)能立即檢測并發(fā)出相應的控制信號 降低牽引速度 當截割部電動機突然瞬間過載超過規(guī)定值時 控制系統(tǒng)能夠立即發(fā)出換向指令 使采煤機自動后退 防止?jié)L筒堵轉(zhuǎn)而發(fā)生事故 使牽引更加平穩(wěn) 安全 4 傳動效率高 它直接采用電動機完成采煤機的牽引 省去了復雜的液壓傳動系統(tǒng) 具有很高的傳動效率 效率可達95 而液壓牽引要做兩次能量轉(zhuǎn)換 效率僅為65 70 5 牽引部機械傳動結構簡單 且尺寸小 重量輕 便于維護檢修 6 各種參數(shù)的檢測 處理 控制 顯示為單一的電信號 省去了液壓信號到機械信號再到電信號的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié) 系統(tǒng)簡單 工作可靠 故障率少 維修量小 壽命長 7 具有完善的控制 檢測 診斷 顯示系統(tǒng) 能實現(xiàn)對采煤機的各種人工控制 遙控及自動控制 能對運行中的各種參數(shù)如電流 電壓 速度 溫度 水壓和負載等情況實時檢測 并控制采煤機做出相應的處理 當某些參量超過允許值時能發(fā)出相應的報警信號 并進行必要的保護 能對采煤機的部件進行自檢和故障診斷 能顯示運行中各種參量的圖形和數(shù)據(jù) 并可向地面控制中心傳輸 從而為實現(xiàn)工作面的自動化 無人化控制奠定了基礎 三 電牽引采煤機的基本電氣結構目前生產(chǎn)電牽引采煤機的主要國家有美國 德國 英國 日本 中國和波蘭等 型號雖多但電牽引采煤機的基本電氣結構相同 下面以Electral000系列采煤機為例分析其電氣系統(tǒng) 圖8 7為Electral000系列電牽引采煤機的結構簡圖 1 采煤機的電機裝機數(shù)量及裝機容量一般電牽引采煤機裝有2臺牽引電動機 分別位于左牽引部和右牽引部的采煤機機身內(nèi) 裝有1 2臺交流液壓泵電動機 為采煤機液壓系統(tǒng)提供動力 對于雙滾筒采煤機 裝有2臺大功率交流截割電動機 分別驅(qū)動2個滾筒 或用1臺大功率交流截割電動機驅(qū)動2個滾筒 目前國內(nèi)外使用的電牽引采煤機一般裝有4 7臺電動機 裝機功率500 1965kW 供電等級分別為950V 1140V 2300V 3300V 2 牽引電動機的類型牽引電動機類型有直流電動機牽引和交流電動機牽引兩大類 目前兩種方式均有運用 二 電氣系統(tǒng)的組成如圖8 7所示 采煤機的電氣控制系統(tǒng)由電氣控制箱內(nèi)的開關室6 變壓器室7和牽引控制室8組成 開關室又分為左室和右室 左室中主要裝有主斷路器 高低壓熔斷器 控制電路變壓器 先導電路的電阻和二極管元件 串行數(shù)據(jù)接口模塊 過電流保護模塊 以及破碎機 液壓泵 左右截割部等電動機的過電流檢測器 切斷電動機的三相電流監(jiān)視器 右室中主要裝有無線控制器底座 發(fā)光二極管指示陣列 過電流保護模塊 負載電阻 截割電動機監(jiān)視單元 可編程控制單元 繼電器接口板 變壓器室中裝有變壓器 三相電抗器 牽引系統(tǒng)電流檢測器 牽引控制室中主要裝有勵磁控制模塊 電樞控制模塊 漏電保護系統(tǒng)功率電阻 電樞連接器 勵磁連接器 顯示單元及牽引系統(tǒng)交流熔斷器 三 電氣系統(tǒng)的作用采煤機的電氣控制系統(tǒng)主回路連接如圖8 8所示 用于實現(xiàn)對電動機的電源控制 從圖中可看出 來自工作面平巷饋電開關中的1140v三相交流電源經(jīng)動力電纜接至采煤機主斷路器的線路側 線路側接有可編程控制器控制的三相氖燈R S T 在線電源指示 還接有一臺單相控制變壓器作為控制線路的電源 主斷路器的負載側有兩路出線 一路直接供給左 右截割電動機 另一路分別供給液壓泵電動機 破碎機電動機 牽引主變壓器 牽引主變壓器將1140v變?yōu)?60v 經(jīng)牽引系統(tǒng)變?yōu)橹绷鞴┙o牽引電動機 圖8 8Electral000系列采煤機電氣控制系統(tǒng)主回路 控制變壓器二次側引出的輔助回路電源配電系統(tǒng)如圖8 9所示 用來向各輔助回路供電 該變壓器有A B C三路輸出 A路為交流230v向1 4 直流電源供電 B路是交流230v向5 6 直流電源及本安電源供電 C路是交流15v向漏電保護電路供電 圖8 9Electral000系列電牽引采煤機輔助回路電源配電系統(tǒng) 四 電氣控制和保護1 采煤機電源的控制和保護采煤機的電源來自工作面平巷的組合開關或電磁啟動器 通常采用先導控制 先導控制并不是在前級的電源開關上進行 而是在遠離電源開關的采煤機上進行 相當于電源開關的一種遠方控制方式 先導回路如圖8 10所示 圖8 10采煤機的先導控制回路 2 牽引電動機的控制和保護牽引系統(tǒng)電氣原理框圖如圖8 11所示 牽引電動機為直流他勵方式 為了功率平衡 2臺直流牽引電動機的電樞繞組串聯(lián)后 接于電樞控制模塊的輸出端 兩勵磁繞組串聯(lián)后接于勵磁控制模塊輸出端 牽引控制電路分為四個部分 即電樞控制模塊 勵磁控制模塊 牽引電動機保護電路和牽引狀態(tài)顯示電路 它們是采用微處理器為控制核心的自動控制系統(tǒng) 以實現(xiàn)恒牽引力矩特性 恒功率特性 四象限特性 恒功率調(diào)節(jié)特性 圖8 11牽引系統(tǒng)電氣原理框圖 1 牽引系統(tǒng)的控制 3 電動機的保護1 過流保護各電動機都設有電流檢測器 檢測到的電流信號均送往過電流保護模塊 這個模塊中有兩個可編程控制器的輸入觸點 一個為短路電流信號 另一個為持續(xù)過載信號 當其中之一動作時 可編程控制器將斷開先導電路 使電動機停轉(zhuǎn) 還可將檢測到的電動機電流信號饋送到電動機顯示單元 按額定電流百分比顯示電動機實際電流 2 溫度保護每個電動機都設有溫度檢測器 溫度檢測由4個電阻式溫度檢測器和2套固定溫度檢測器組成 4個電阻式溫度檢測器分別檢測電動機定子繞組 冷卻水和2個軸承的溫度 把檢測到的信號不斷地送到電動機顯示單元中 順序顯示出各溫度值 電動機檢測單元中裝有對應的4個溫度繼電器 當這些信號值超過警戒值時 電動機自動降低轉(zhuǎn)速并發(fā)出報警信號 超過最大限制值時 將自動切斷電動機的電源 這就構成電動機的一級溫度保護 2套固定溫度檢測器用來檢測電動機定子繞組和冷卻水的溫度 由可編程控制器實時處理 當溫度超限時自動切斷電源 構成了電動機的二級溫度保護 能力體現(xiàn)一 采煤機的操作1 采煤機電源的合閘與分閘采煤機電源的合閘與分閘是通過采煤機上的主回路斷路器手柄完成的 斷路器手柄以下有三個位置 1 試驗位置斷路器手柄處于試驗位置時 采煤機不能運行 但可以通過監(jiān)視單元模擬采煤機的運行 各種模擬運行狀態(tài)可以在顯示單元上顯示 一般在采煤機首次運行前或發(fā)生故障修復后 都應將斷路器手柄置于試驗位置 進行采煤機運行狀況的試驗和檢查 2 運行位置斷路器手柄處于運行位置時 先導回路中的輔助接點1QF閉合 按下采煤機的啟動按鈕 接通工作面平巷開關上的先導回路 接通采煤機電源 可編程控制器單元上的三相電源指示燈點亮 采煤機上的所有交流電動機 牽引部和各種液壓功能均處于待工作狀態(tài) 此時操作人員可選擇操作控制方式 然后進行運行操作 3 斷開位置停止采煤機時 如