煤矿井下电牵引采煤机的电气自动化控制.docx

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煤矿井下电牵引采煤机的电气自动化控制

摘要:电牵引采煤机一般采用双电动机截割、双电动机牵引的作业方式,采煤机的牵引速度是直接通过改变电动机转速实现的,采煤机中电动机速度的改变多用变频调速技术的方法,可用晶闸管可控整流一直流电动机系统调速等。本文主要研究了采煤机的电气控制的变频装置、监控装置及输入信号、端头控制器及采煤机的操作,如采煤机启动和停车、先导回路试验及输送机闭锁、摇臂升降、采煤机的牵引等。

关键词:煤矿;电牵引;采煤机;电气自动化;控制

电牵引采煤机一般采用双电动机截割、双电动机牵引的作业方式。截割电动机的单机功率在250kW左右,牵引电动机的单机功率在40kW左右。电牵引指采煤机的牵引速度是直接通过改变电动机转速实现的。电牵引采煤机中电动机速度的改变多用变频调速技术的方法,可用晶闸管可控整流一直流电动机系统调速等。

一、采煤机的结构

双滚筒电牵引采煤机,由滚筒、摇臂、牵引部、泵站箱、高压箱、主控箱、主机架等部分组成[1]。

(一)滚筒、摇臂部

采煤机的两个截割滚筒和摇臂分别安装在机身两端。如果采用1800mm为直径的滚筒,采煤高度能达3.5m。滚筒的截割动力通过摇臂减速装置传递。摇臂与主机架采用铰接方式连接,取消了回转轴承和齿轮啮合环节。为提高采煤机的效能,增大摇臂功率,截割电动机分别装在左右摇臂的尾部。摇臂的升降由液压系统控制调高油缸的行程实现。

(二)牵引部

采煤机的两个牵引部装在机身的左右端头,并与主机架连成一体。牵引电动机运用减速装置带动链轮转动。链轮与刮板输送机上的销轨咽合,驱使采煤机在输送机上运行。为避免采煤机在停机时出现打滑,在牵引传动箱上安置由液压系统控制的制动器。左右牵引部箱体的前端设有端头控制器,在采煤机左右端头控制采煤机。

(三)泵站箱

采煤机的泵站箱安装在主控箱左侧,由电动机和液压系统组成,是为了采煤机滚筒调高提供液压动力,同时也为制动器提供控制油路。液压系统各部分动力的调节用电磁阀来控制。

(四)高压箱

高压箱安装在主控箱右侧,设有高压开关、牵引变压器、控制变压器、电流互感器等电气元件,用于采煤机电源的引入和分配。为了给高压箱内的设备提供循环风流,设置40W左右的冷却通风机一台。

(五)主控箱

主控箱安装在中部,设有变频装置、监测控制装置及变压器和控制开关等,是采煤机的控制中心,把采煤机的各种信号进行变换、分析、运算后对采煤机进行整机控制。主控箱前侧设有功能指示器和显示屏,用于显示采煤机的工作状态和运行参数。

(六)主机架

主机架为分段组合式结构。主机架有5个腔,分别放置左右牵引传动箱、泵站、主控箱和高压箱(与主机架用螺栓固定)。采煤机上的截割反力、牵引力、调高支承力和采煤机的限位,导向作用力由主机架承受。主机架具有结构简单、拆装方便、刚性强、各部件间设有动力传递等优点。

二、煤矿采煤机的电气控制

双滚筒电牵引采煤机的整机功率一般在500kW~600kW及以上,采用1140V双电缆供电,运用可编程控制器进行控制,供电系统简单、工作可靠安全。

双滚筒电牵引采煤机电气工作如图1所示,由主回路、变频装置、监控装置、控制电源等组成[2]。

图1?双滚筒电牵引采煤机电气工作原理

(一)变频装置

变频装置由牵引变压器T1输出的400V、50Hz电压供电,经变频装置后输出3-60Hz的正弦电压,用于牵引电动机的调速。

变频装置采用交—直—交的方式变换频率,先把交流电变为平稳的直流电,然后再利用逆变原理把直流电变为交流电。其单相交流电变频原理及波形如图2所示。

图2?单相交流电变频原理及波形

变频电路由整流电路和逆变电路组成。如果改变电子开关的导通和关断时间,即可得到不同频率的方波电压,实现变频。

为在负载电阻RL上得到正弦波电压,可在方波的正半周或负半周使电子开关多次通断,形成图中波形。该波形在各时间段内的平均值可近似形成正盛波其基波为正弦波,这种方式形成的正弦波即為脉宽调制波。如果按比例改变各小矩形的宽度,就能改变正弦电压的大小,能够实现变频调速。

如果把上述变频电路中的整流二极管换成晶闸管,使整流后的电压Ud可调,变频后的正弦波电压值也可通过改变Ud实现。

变频电路中的电子开关可选用大功率电力晶体管、可关断晶闸管、电力场效应管等电子元件,电子开关的通断采用计算机及其相应的程序控制。

三相交流电路的变频,由三相整流桥、三相逆变桥、计算机控制电路及相关的外围装置组成。

按照电动机变频调速原理,在电动机电源频率改变时,为保证磁通不变,必须改变电源电压的数值。在电动机减速时,变频装置输出的电源频率降低、电源电也要成比例降低。电压和频率成比例的变化可由计算机按指令和程序控制各开关元件。

(二)监控装置及输入信号

监控装置由控制机即计算机和可编程控制器及外设备、辅助设备组成。

监控装置包括中央处理器、各种

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