第5章矿山采掘设备的电气控制讲解

第五章矿山采掘设备的电气控制

煤矿井下采掘设备通常采用笼型异步电动机拖动，具有结构简单、效率高、价格低、维护使用方便等优点。对于功率小或空载启动的电动机，由于启动电流小、对电网的冲击小，可采用直接启动，其控制设备主要为矿用隔爆电磁启动器，其中对于频繁换向的电动机，如小绞车，采用矿用隔爆可逆型电磁启动器；对于功率较大或启动惯量较大的电动机，如大型刮板运输机、大型胶带机，由于启动电流较大，对电网的冲击较大，采用双速电动机拖动，其控制设备为矿用隔爆双速电磁启动器；对于采掘工作面生产线的成组电动机，如采煤机、刮板机、转载机、胶带机等，其控制设备为矿用隔爆组合开关，同理双速电动机也可采用隔爆组合开关控制；对于需要连续调速的笼型电动机，如电牵引采煤机等，可以采用变频器控制。任务一煤巷掘进机的电气控制

高产高效煤巷掘进机概述煤巷掘进机主要用于高产高效长壁工作面煤巷掘进和边角煤回采，与配套支护设备结合可在房柱式开采中作为采煤机使用，又可在长壁薄煤层开采中煤巷（软岩巷）作为高效能掘进机，由于它多功能的优越性，使用越来越广泛。这里以美国生产的12CM27－11E型连采机为例介绍（设备的电气符号保持与原设备一致）。该连采机由截割部、装运部、牵引部、液压系统、电气控制系统等部分组成，如图5‑1所示。截割部由左、右两侧的截割电动机15拖动左、中、右截割头11实现割煤；装运部由铲板15、左右圆盘弧形轮9、刮板输送机6及左、右两侧的装运电动机5等组成，将截割头割下的煤由旋转方向相反的左、右圆盘弧形轮9，交错地把物料由装煤铲板前端装入刮板输送机上；牵引部由左、右两侧的行走电动机3和行走履带12等组成，牵引连采机行走；液压系统由油泵及其电动机4、油缸6、13、14和油马达及其控制阀等组成，油泵电动机驱动油泵向截割部、装运部的油缸以及集尘器泥浆泵的油马达提供高压液体，实现截割头的升降、铲板的升降、刮板输送机尾的升降和左右摆动，泥浆泵将湿式集尘器收集的泥浆排至铲板等功能；电气控制系统由高压电控箱7、低压电控箱8等组成，高压电控箱内设有3300V隔离开关、断路器、控制高压截割电动机、泵电动机的真空接触器和动力变压器，低压电控箱内设有控制其他电动机的真空接触器和多路控制器。电控系统通过断路器控制保护主回路的电源，通过真空接触器实现对高、低压电动机的控制和保护。

图‑12CM27－11E型连续采煤机设备布置图1-液压控制装置；2-集尘器风机电动机；3-行走电动机；4-油泵及其电动机；5-装运电动机；6-输送机机尾及其回摆油缸；7-高压控制箱；8-低压控制箱；9-输送机头；10-圆盘弧形轮；11-截割头；12-行走履带；13-截割臂油缸；14-铲板油缸；15-铲板；16-截割电动机连续采煤机电控系统的电路组成、工作原理煤巷掘进机电控系统由主回路、先导回路以及各电动机的控制与保护回路组成。煤巷掘进机主回路及工作原理12CM27－11E煤巷掘进机主回路采用3300V高压供电，可以减少电压损失，提高装机功率，其总装机功率达到640kW。连采机主回路电气原理图如图5‑2所示，它由电动机、隔离开关、断路器、真空接触器、熔断器、热继电器、电流互感器、三相电抗器、变压器及其晶闸管整流装置等组成。主回路的作用是实现对各电动机通、断电的控制，并在故障时执行保护电路的指令，切断电动机的电源。煤巷掘进机的电源来自工作面平巷的3300V组合开关，由连采机的先导回路控制，其提供的3300V电源通过动力电缆接入主隔离开关MIS，向控制变压器和各电动机回路供电。通过油泵接触器DC控制两条回路：一路是经隔离开关QS、真空接触器AC、BC向截割电动机a、b提供3300V的高压交流电；一路给功率变压器PT供电，PT再将高压变为1050V和210V。1050V经过断路器2CB触点供给油泵电动机d，再经过真空接触器触点CF、CR供给装运电动机c、h，经过真空接触器触点GC供给集尘风机电动机g；210V经过断路器触点4CB控制两个晶闸管整流装置向直流行走电动机e、f提供直流电。

图‑煤巷掘进机主回路电气原理图（二）煤巷掘进机先导回路及工作原理先导回路为工作面平巷3300V组合开关的远方控制回路（图5‑2左上方），实现对连采机高压电源的控制。当连采机电缆接线箱盖和高、低压控制器的箱盖均盖好时，相应的联锁触点TCS、CS1、CS2被压合；当功率变压器PT二次侧未出现漏电时，漏电继电器不动作，其动断触点闭合；当主隔离开关MIS合上，其辅助触点MIS1闭合，先导回路经限流电阻R接通，由于R的限流作用不足以使3300V组合开关的接触器线圈吸合，其接触器不启动。(1)启动高压电源

当按下连采机上的启动按钮时，将电阻R短接，回路电流增大使3300V组合开关接触器线圈吸合主触点，接通连采机高压电源。松开启动按钮后，电阻R串入以限制电流（因为接触器衔铁吸合后，与固定铁心的间隙消除，磁阻减小，所需维持吸合的电流减小，如不限流，长时间会烧毁线圈）。(2)断开高压电源

当按下连采机上的停止按钮时，断开3300V组合开关内接触器的远方控制回路，接触器主触点断开连采机高压电源，停止连采机；当按下遥控器上的紧急停机按钮时，控制器的6号线输出一个交流110V电压，给组合开关的保护继电器PCT通电。PCT动作使先导回路中的4个PCT常闭触点断开组合开关的远方控制回路，则同样使组合开关断电，其接触器主触点断开连采机高压电源。（二）煤巷掘进机先导回路及工作原理(3)电气保护：①漏电保护。功率变压器PT次级中性点（X0和Y0）连接两个漏电继电器，当系统工作正常时，三相对称，PT变压器中性点X0和Y0对地没有电位差，漏电继电器不动作。如果发生了一个对地漏电故障，则在X0或Y0点上串流相位不平衡，导致X0和Y0相对地有电压，致使这一点和地之间流过一个电流。如果电流大于或等于90mA时，漏电继电器动作，其动断触点断开先导回路，切断高压电源实现保护，同时点亮漏电指示灯。②开箱闭锁保护。当打开连采机电缆接线箱盖或高、低压控制器的箱盖时，相应的联锁触点TCS、CS1、CS2恢复常态，断开先导回路实现闭锁，切断高压电源实现保护。③隔离开关闭锁保护。当断开主隔离开关MIS时，其先导回路的辅助触点断开，切断高压电源，从而防止隔离开关切断负荷造成的弧光短路，且主隔离开关未闭合时，无法接通先导回路，实现闭锁，防止先接通接触器后接通隔离开关造成的弧光短路。④先导回路短路保护。当先导回路短路时，回路中的二极管VD也被短接而失去整流作用，回路中的交流无法使组合开关的直流接触器启动，从而防止先导回路短路造成的自启动。（三）煤巷掘进机保护回路及工作原理控制回路由控制变压器、油泵回路、截割回路、装运回路、遥控回路等组成，实现对连采机的控制和保护。连采机可采用遥控器操作，也可采用手动操作，通过LED和仪表实现自诊断功能，其显示在高、低压电控箱的观察小窗可以观察到。1.遥控控制回路煤巷掘进机的所有电气及液压功能都可以用遥控器来控制，遥控器上的所有按钮都被分别涂上颜色，按功能成组分布，遥控器面板如图5‑3所示。遥控器操作前，机器上的各回路断路器必须位于OFF（停）位上，这时，当油泵控制(PUMPANDCONTROL)开关置于遥控(REMOTE)位置，按下遥控器的START(启动)按钮就会使遥控器的发射器开机，ON/DATA（开机傲据）发光二极管发光。此后，遥控器将一直保持开机状态，直到按下STOP(关机)按钮使遥搞爷关机。遥控器在10min之内没有按下任何键，遥控器也会关机。图‑遥控器面板按钮功能1-启动；2-停止；3-泵启停；4-截割头启停；5-装运机反转；6-装运机尾下降；7-装运机启停；8-装运机尾左摆；9-装运机尾上升；10-装运机尾右摆；11-右履带进、退；12-截割臂升降；13-铲板升降；14-稳定靴升降；15-高速；16-中速；17-机身顺时针（左前右退）、逆时针（右前左退）旋转；18-双履带进、退；19-左履带进、退；20-辅助按钮2.瓦斯监视保护回路瓦斯监视保护回路参见图5‑4，主隔离开关MIS一旦接通，控制变压器(CT)有电，其二次侧向控制回路和瓦斯监视器提供110V交流电压，这时瓦斯监视器内部的断电继电器(R)通电吸合，从而使连采机控制回路的继电器RC吸合，其触点(29－1)、(25－27)、(57－57)、(125－124)闭合。再合上5CB、6CB断路器，接通CT二次侧的12V和110V交流电压。12V电源被送到瓦斯监视器的警告回路以及照明开关的2和4号接线端，110V电源被送到照明开关的10和12号以及油泵及控制(PUMPANDCONTROL)开关的5、9和13号接线端。图‑12CM－27连采机控制电路3.油泵控制回路油泵回路由泵控制(PUMPANDCONTROL)开关控制接触器DC，可实现手动启动、遥控启动、停止、接地检查等功能（图5‑4）。来自控制变压器的交流110V电源的32端经5CB触点接到泵控制开关接线端9、5和13上，110V电源的33端经SCB触点接到控制接触器DC的整流电路上。(1)准备闭合2CB断路器，其辅助触点2CB闭合(图5‑4)，2CBR线圈有电吸合，使信号回路中的2CBR触点闭合，2CBL指示灯亮发出信号；油泵回路中的2CBR触点闭合，为启动做准备。(2)就地启动和运行就地控制回路如图5‑5所示，在油泵控制回路中，将泵控制开关旋转到START(启动)位时，接线端5与6、9与10的开关触点闭合，接通DC线圈回路：110V电源32端→左行走和右行走（L．H．Traction和R.H.Traction）开关→急停开关[EmergencyStop(ES1、ES2)]→截割电动机热继电器触点OLD1、OLD2、OLD3→行走电动机热继电器触点EOL、FOL→油泵接触器DC→电源33端。3.油泵控制回路图‑油泵就地启停控制回路3.油泵控制回路(3)遥控启动和运行将泵控制开关处于遥控(REMOTE)位置时，接线端13、14的触点闭合，接通110V电源；接线端7和8的开关触点闭合，为启动做准备；接线端11、12触点闭合，为运行做准备。按下遥控器启动按钮，接通遥控器发射器。再按下遥控器上泵启停按钮3(图5‑3)，多路控制器中的泵启动(STARTPURtP)触点SP(图5‑4)闭合，接通下列回路：电源32端→泵控制开关13→14→控制器27端→FU(熔断器)→CPR过流线圈→CPR动断触点→FS脚踏开关(FOOTSWITCH)和截割头运行(RUNCUT)动断触点RCT→泵启动(STOPPUMP)触点SP→分两路，一路经泵控制开关⑦→⑧→⑥→与就地控制回路相同电路回到电源33端，使得DC接触器接通，油泵启动并闭锁；另一路经PR线圈回到110V电源，使得PR继电器有电吸合，PR动合触点闭合，接通控制器其他回路电源，允许其他电动机启动。同理，泵运行(RUNPUMP)触点RP闭合，接通自锁回路：CPR动断触点→泵运行触点RP→泵控制开关11→12→⑩→DC自锁触点→以后与启动回路相同，实现自锁。3.油泵控制回路(4)停止将泵控制开关旋转到OFF位，所有的触点均断开，使得油泵接触器DC断电，其主触点DC断开主回路PT，PT二次侧的油泵以及装运、集尘风机、行走等电动机随之停止。当发生紧急情况时，可以按下机身两侧的紧急停止按钮ES1或ES2，同样可以断开接触器DC，从而断开上述电动机。(5)电气保护：①如果发生油泵过载，其热继电器的触点OLD1、OLD2或OLD3触点将断开，使油泵接触器线圈DC掉电，其联锁触点DC打开，断开油泵运行保持回路，同时接通DOL指示灯，发出油泵过载信号。②如果发生行走回路过载，EOL和FOL触点将打开，也会断开油泵运行回路，同时接通eTOL、fTOL指示灯发出指示。在重新启动任何其他电动机之前，必须首先重新启动油泵。4.行走控制回路行走控制回路由遥控器、左右牵引开关、多路控制器（以下简称控制器）、晶闸管触发器、晶闸管整流器、左右履带前后行走直流接触器eFOR、eREV、fFOR、fREV等组成，行走控制回路如图5‑6所示。因为该连采机没有驾驶室，一般情况下不允许手动方式操作连采机的行走。连采机的行走全靠遥控器，在遥控器的背后有两个行走安全开关，只有同时按住行走安全开关和行走按钮连采机才能动作，一旦行走安全开关信号丢失，煤巷掘进机马上停止行走。连采机有三个速度，机器默认的是第一速度，在每台电动机上都装有一个由液压控制的制动闸，当选择任何一个履带行走动作时，制动电磁阀就会动作，使制动闸松开，当机器操纵结束行走电动机停下来时，弹簧压缩机构将自动压紧制动闸。5.截割控制回路截割控制回路由控制器、过流保护装置、整流二极管、左右截割头直流接触器AC、BC组成。如图5‑4截割头控制回路所示。(1)截割头启动回路当按下遥控器的START和CUTR/OFF按钮时(图5‑3中4)，110V电压经控制器④、⑤接线端子供电，接通下列回路：⑤号端的输入电压经过流保护装置91端给RC继电器线圈通电，使RC动合触点闭合，接通④接线端→90端→RC→LR→RB继电器线圈，使RB继电器动合触点RB1闭合，右截割头接触器BC线圈有电吸合，其主触点接通右截割头电动机（图5‑2），右截割头启动；同时RB另一个动合触点RB2闭合，接通LR1时间继电器，当LR1时间延时1s（躲过右截割头启动电流）后，LR1动合触点闭合，接通RA继电器线圈，RA1动合触点闭合，并且由过流保护装置的94号接线端给左截割头接触器AC线圈通电，其主触点接通左截割头电动机（图图5‑2），左截割头启动。RC动合触点闭合，延时继电器RD的线圈有电吸合，防止电动机启动引起的过流继电器OL2误动作，延时2s（躲过电机启动冲击电流）后RD触点闭合，90端电源经RD延时闭合触点→AICT99→96→OL2→P→电源32，OL2线圈有电吸合，过流保护方可投入。截割回路包含一个交替启动顺序的功能，它能使LR触点改变状态，假如这一次左截割头接触器AC首先通电吸合，那么，当再次启动截割头时右截割头接触器BC将首先通电吸合。5.截割控制回路(2)截割头运行当AC和BC接触器线圈都有电吸合后，AC和BC动合自锁触点都闭合，从而保持住这两个线圈上的110V交流电压。START和CUTR/OFF按钮一直按住，直到完成1s延时并且两个截割电动机都启动为止。由于在操作的第1s期间不检测电动机电流，所以在截割头被卡住时不要启动截割头，否则可能会导致电机或机械损坏。5.截割控制回路(3)电气保护：①主回路短路保护。截割电动机主回路的电流互感器检测每个截割电动机电流，通过其二次侧96与97、98与99端提供给过流继电器OL2，当任意一个截割电动机短路，OL2继电器动作打开OL2动断触点，使RC继电器、RA继电器、RB继电器和两个截割头接触器失电释放。这时，司机只能在延时2s后重新手动启动截割电动机。在重新启动之前，CUTTER开关必须转到OFF位置上。②截割电动机过载保护。截割电动机主回路的电流互感器ACT二次侧串入热继电器的热元件（图5‑2），如果发生了截割电动机过载，其控制保护回路中相应的辅助触点OLA1、OLA2、OLA3、OLB1、OLB2、和OLB3延时断开，截割电动机接触器跳闸断电，其相应的指示灯亮。只有等待大约4min后，当热继电器冷却下来才能重新启动。③主回路隔离开关电气闭锁。如果截割电动机主回路的隔离开关CIS打开，则线路91上的CIS1辅助触点断开截割电动机控制回路。AC和BC接触器线圈失电，AC和BC的主触点断开，截割电动机失电停止，从而防止隔离开关切断负荷造成的弧光短路。5.截割控制回路(4)截割头运转检测、反馈调节当司机启动截割电动机后，截割电动机的电流受到位于右截割电机的中间一相上的电流互感器(FCT)的监视（图5‑2）。FCT向晶闸管触发器的接线端D和K提供电流，该电流是截割电流的1/40。晶闸管触发器利用这一互感器以及前进换相接触器的通电信号限制晶闸管整流器的输出电压，使之最大输出相当于第二速度。这一输出电压也就是速度，可以通过行走选择器（TRAMSELECTOR）箱中的最大掏槽调节(MAXIMUMSUMPADJUST)开关调节。图‑行走前进、后退遥控回路6.装运控制回路

装运控制回路由控制器、过流保护装置、二极管整流、正反转直流接触器组成，如图5‑4装运控制回路所示。(1)装运电动机正转启动用手按住遥控器上的START图5‑3中①按钮，然后按住CONV/OFF(装运机启／停)按钮，控制器中的装运机启动(STARTCONV)触点SC闭合，接通下列回路：110V控制电源→控制器的③号端子→OLC1～OLC3、OLH1～OLH3动断触点→RCV动断触点→过流保护装置的190号端子→F3、R2、OL1动断触点→继电器FD→P动合触点(已闭合)→2号线→110V电源，使得继电器FD有电吸合，FD动合触点闭合，190端的电源经FD的动合触点、193线接通CF接触器，其主触点闭合接通正转装运电动机c；190端的电源同时还供给时间继电器F1，使F1线圈有电吸合，延时1s（躲过电机启动冲击）后，F1的动合触点才能闭合，接通过流继电器OL1。(2)装运电动机正转运行当CF接触器有电吸合后，控制器中装运机运行(RUNCONV)触点RCP闭合，与控制器②端连接的CF动合电气联锁触点闭合，形成正转接触器的自锁回路，这样，电动机启动后就可以松开遥控器上的按钮。(3)装运电机反转启动回路用手按住遥控器上的START按钮，然后按住REV(反转)按钮图5‑3中5，控制器中的装运机反转触点RCN闭合（图5‑4），110V控制电源从控制器的①号端子→装运电动机反转继电器RCV→控制器26端→110V电源，RCV继电器有电吸合，其RCV动合触点接通过流保护装置的191号接线端供电，继电器RV、R1、R2同时有电吸合，RV动合触点闭合，191端的电源经RV的闭合触点，194端使CR接触器有电吸合，CR主触点闭合接通反转装运电动机h，Rl的常开触点延时1s（躲过电机启动冲击）闭合，接通过流继电器OL1，方可投入过流保护。如果松开遥控器上的按钮，控制器中的装运机反转触点RCN断开，RCV和CR接触器线圈失电，电动机h反转停止。即无自锁触点，为点动控制。(4)电气保护：①短路保护。通过装运电动机主回路的电流互感器CCT、HCT检测装运电动机电流（图5‑4），电流互感器二次侧196与197、198与199向OL1提供信号，任意一个主回路发生短路，则OL1继电器通电动作，OL1动断触点断开，使FD继电器和CF换向接触器线圈失电释放，这时司机只得在2s延时后才能启动装运电动机。②过载保护。热继电器热元件OLC1、OLC2、OLC3、OLH1、OLH2、OLH3分别串入c、h电动机回路，如果发生了装运电动机过载，其相应的辅助触点断开，装运电动机接触器CR、CF线圈失电释放，其主触点断开电动机，相应的指示灯亮。只有等待大约4min后，当热继电器冷却后重新启动。③闭锁保护。CF接触器和CR接触器之间还有机械和电气闭锁，其常闭触点串入对方的接触器线圈回路，从而防止正、反转电动机同时接通。7.集尘风机控制回路集尘风机控制回路由集尘器开关、二极管整流、直流接触器GC等组成，如图5‑4集尘风机控制回路所示。(1)集尘风机手动回路启动集尘器风机时，应将集尘器开关(DUSTCOLLECTOR)转到启动(START)位置，3和4号接线端间的触点闭合，接通电磁阀SOL的二极管整流桥，同时开关TOON延时2s（躲过其他电动机启动电流）后闭合，集尘器接触器GC线圈有电吸合，其主触点接通集尘电动机主回路，集尘风机启动，其联锁触点GC闭合实现自锁。然后松开集尘器开关，将自动弹回到运行(RUN)位，这时接线柱①、②间触点接通，通过GC联锁触点给GC线圈通电。7.集尘风机控制回路(2)集尘器自动启动回路集尘器自动运行特性能够使风机紧跟着截割电动机启动而自动启动。将集尘器开关旋至自动／遥控(AUTO/REMOTE)位置，开关的⑤、⑥接线柱间的触点闭合。一旦截割回路中的AC接触器通电吸合启动左截割电动机时，与集尘器开关⑥端连接的AC的常开触点闭合，时间继电器TDR有电吸合，TDR的常开触点闭合：一路接通电磁阀SOL的整流电源；一路经TOON延时2s（躲过截割电动机启动电流）后闭合，接通GC线圈，其主触点接通集尘电动机。当截割停机后，AC联锁触点断开，TDR线圈间触点接通，TDR触点将延时约10s断开，使集尘器能够有段时间继续工作清洁空气。第二节电牵引采煤机的变频控制

电牵引采煤机直接采用电动机完成采煤机的牵引，具有很高的传动效率，省去了复杂的液压传动系统，采用变频调速具有良好的调速性能，是国内外都致力发展的新一代采煤机。电牵引采煤机以其优良的性能和广泛的适用性已成为采煤机的主流。下面以MGTY400/900－3.3D型采煤机为例介绍其电气控制。一、MGTY400/900－3.3D型采煤机电气控制系统组成及功能

MGTY400/900－3.3D型采煤机是一种新型的大功率双滚筒电牵引采煤机，它能适应煤矿两种不同电压等级的电源供电，即3300V或1140V。电牵引采煤机总装机功率900kW，其总体结构如图5-7所示，左右摇臂2安装在主机架10的两端，左右截割电动机横向布置在左右摇臂的端部，功率为2×400kW，通过摇臂内部减速器将动力传给滚筒1进行割煤。左右牵引传动箱5固定在主机架隔腔内的两端，左右牵引电动机横向布置在传动箱的采空侧端部，牵引电动机功率2×40kW-通过牵引传动箱减速器，将动力传递给外牵引传动箱4，经齿轮减速后将动力传递给与工作面输送机上链子相啮合的驱动齿轮，牵引采煤机行走。液压泵站6由20kW电动机拖动，高压电气控制箱8、牵引控制箱9、水路系统等部件安装在主机架的中部隔腔内，调高油缸11安装在主机架的煤壁侧。采煤机的电气控制系统由高压控制箱、牵引控制箱、端头控制站和辅助部分组成。图57MGTY400/900-3.3D型电牵引采煤机结构示意图1-截割滚筒；2-摇臂；3-电器系统及附件；4-外牵引；5-牵引传动箱；6-泵站；7-辅助部件；8-高压控制箱；9-牵引控制箱；10-主机架；11-调高油缸

1．高压控制箱高压控制箱内装有高压隔离开关、电控盒及其辅件、接线盒等。高压控制箱实现电源的输入、分配，整机的控制、监测、显示等功能。如图5-8所示。

1．高压控制箱(1)中高压隔离开关12为采煤机电源开关。触点装有消弧装置，在检修时用来隔离电源；当采煤机或巷道开关发生故障不能切断电源时，可以操作高压隔离开关切断电源。(2)电控盒及其辅件的作用是完成采煤机的整机控制、监测监控、功率自动控制、故障诊断记忆、显示等功能。(3)接线盒为电缆进出枢纽，设有进出线喇叭口2。2．牵引控制箱牵引控制箱内装有1台3300V/400V牵引变压器，1台变频器及其控制保护组件，实现牵引电动机的启停、换向、变频调速和恒功率自动控制等及保护。箱前面板上设有变频器和风机电源显示器、5个检修时使用的手动牵引控制按钮。箱后面板上设有与高压控制箱连接的电源进线喇叭口和向牵引电动机供电的出线喇叭口。牵引控制箱至1号、2号牵引电动机电缆为防止变频电源谐波对采煤机控制系统的干扰，该电缆除主芯线分相屏蔽外，增设电缆总屏蔽。3．端头控制站2个端头控制站结构相同，各由1台CPU微处理器、1组操作按钮及相应的LED显示器组成，分别安装在主机架两端，方便地控制和观察左右牵引电动机的启动／停止、左／右方向的确定、增速／减速、摇臂的升／降和整机的急停。为避免两端头控制站同时操作相反功能而损坏元件，在两端头控制站上设有连锁按钮。端头控制站也可拿在手中实现离机近距离控制。二、MGTY400/900－3.3D型采煤机电气系统工作原理采煤机电气系统原理如图5-9所示。图59MGTY400/900-3.3D型采煤机电气原理图1．采煤机主回路采煤机的主电源由巷道开关箱电缆L1、L2、L3引入，送到采煤机高压控制箱的隔离开关QF0上，分出两路后，控制M1、M2截割电动机，M3泵站电动机和牵引控制箱。每路设置一台电流互感器，分别检测M1与M3电动机电流、M2电动机和牵引控制箱的电流。主回路采用先导回路实现启动、停止和闭锁工作面运输机。先导控制就是巷道开关箱的远方控制，巷道开关箱的控制回路P、E线经动力电缆的控制线引入到采煤机的控制按钮上，在采煤机上控制巷道开关。1)主回路启动首先合上采煤机的隔离开关QF0，其先导回路中辅助触点QF0闭合，启动时同时按下主启按钮SB1、操作按钮SB4，巷道开关的先导控制回路接通，由巷道开关控制线P隔离开关的辅助触点QF0→经两路：一路经SB1→电阻Rl→盖板压合开关SB0，另一路经SB4→停止按钮SB2→先导试验按钮SB3→整流二极管VD2→巷道开关控制线E。然后先松开操作按钮SB4，电阻R1串入，控制回路中电流形成一个下降沿（巷道组合开关LC33或TD33启动条件），巷道开关启动，采煤机油泵电动机和截割电动机通电运转；同时控制变压器T1得电，CPU控制中心、检测中心运行。SB1的复合触点(1，2)闭合，使继电器板中的自锁继电器KA10（图中未画出）吸合，其常开触点闭合，为先导控制自锁（自锁）准备；CPU检测中心对采煤机电气系统进行自诊断，如果系统无故障，继电器输出板上的故障继电器KA39线圈（图中未画出）吸合，其常开触点闭合，先导控制回路自锁。延时3s～5s待CPU自检完成后，再松开按钮SB1，采煤机启动成功。2)先导回路测试

如果松开SB1后采煤机失电，启动失败，需要检测先导回路。按下先导回路试验按钮SB3，如果发光二极管LED1不亮，则先导回路不通，应先排除故障后再启动；如果LED1点亮，但是采煤机又不能启动，说明巷道开关箱有故障。3)主回路停止按下停止按钮SB2，SB2(5、6)断开巷道开关箱的先导控制回路，开关箱中的接触器释放，将3300V电源切断，采煤机停止。同时SB2(2、11)断开继电器板中的自锁继电器KA10线圈电源，其常开触点打开；故障继电器KA39随主电源的切断而释放，先导控制回路自锁电路解除，为下次启动控制做准备。4)闭锁运输机在紧急情况下，采用采煤机操作开关停止工作面刮桉输送机。将采煤机的闭锁开关SB5经过控制电缆B、H串入输送机电磁启动器控制回路，需要闭锁输送机时断开SB5，断开输送机电磁启动器，使得工作面输送机停止。只有再次闭合SB5方可解除对输送机的闭锁。2.采煤机控制回路1)CPU控制中心及检测中心采煤机控制回路是由CPU及其输入输出电路组成，实现采煤机的各种控制功能。CPU控制中心原理框图如图510所示。图中集成电路IC1是CPU微处理器，它是控制中心的大脑。CPU控制中心接收来自输入端的高压控制箱按钮板、左右端头控制站、CPU检测中心、先导控制回路输入的程序信号，经集成电路IC5、IC6、IC7、IC8将并行输入信号转化为串行输出信号给CPU微处理器，经CPU逻辑处理后，送至集成电路IC2、IC3、IC4，将串行输入信号转化为并行输出信号，给继电器输出板，由继电器输出板输出，执行各种控制、保护、显示等功能。CPU徽处理器控制中心原理框图图5-10CPU徽处理器控制中心原理框图采煤机控制信号输入电气原理如图511所示。控制板全部操作按钮的控制信号，经光电耦合隔离器后进入控制中心和检测中心。SB11、SB12、SB13是参数显示与功能设置按钮，经光电耦合器后进入检测中心；SB14～SB21是采煤机的牵引控制按钮，经光电隔离器后进入CPU控制中心，分别实现采煤机的牵引停止、右行、左行、增速、减速、牵引送电、牵引断电控制，牵引自动／手动切换等功能。图中LED1～LED31发光二极管设置在功能显示器上，只要按下操作按钮，相应的发光二极管就点亮，表示操作按钮无故障。采煤机控制信号输入电气原理图

图5-11采煤机控制信号输入电气原理图继电器输出电气原理图如图512所示。控制中心接受指令后接通相应的继电器线圈和发光二极管，执行指令和发出信号。图5-12继电器输出电气原理2)牵引电动机控制回路

2)牵引电动机控制回路牵引电动机是由牵引控制箱控制的，采煤机牵引控制箱电路原理如图5-13所示，由牵引变压器T0、接触器KM1、变频器等组成。牵引变压器T0将3300V变为400V向变频器供电。变频器由整流器和逆变器组成，产生变频电源，实现牵引电动机启动、变频调速、制动、反向等控制，变频器电路如图5-14所示。整流器的V11、V12、V13桥臂为3个完整的模块，每个模块由1个二极管和1个晶闸管串接装在一起，组成1组三相半控桥式整流器。该电路由共阴极接法的三相半波可控整流电路和共阳极接法的三相半波不可控整流电路串联组成，因此这种电路兼有可控与不可控两者的特性。采煤机牵引控制箱电路原理图图5-13采煤机牵引控制箱电路原理图变频器系统原理图图5-14变频器系统原理图(1)恒牵引力调速在割煤阶段，滚筒与煤壁接触，采煤机阻力较大，牵引电动机的转速n从零可达额定转速nN。为充分发挥采煤机的潜力但又不致损坏，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。其调速特性和输出特性如图5-16所示。图5-16牵引电动机变频调速特性与输出特性(a)牵引电动机变频调速特性；(b)牵引电动机输出特性(2)恒功率调速

在采煤机调动阶段，滚筒与煤壁不接触，此时没有截割阻力，所需牵引力较小，要求牵引速度较高，牵引电动机的转速从nN至最大转速nm为调动速度。为了充分利用牵引电动机的功率，采煤机恒定在允许的最大输出功率Pm下工作，故称恒功率阶段。在图5-16(a)中BC段变频器的频率在50H～84Hz，由于f1大于额定频率，而电压又不能大于额定电压，必须保证不变，从电动机电压式可知，磁通Φ与频率成反比变化。从电动机转矩特性可知，转矩T也与频率成反比变化，如图5-16(b)所示。2)牵引电动机控制

(1)牵引电动机的通电、断电按下高压箱面板上“牵送”按钮SB19（图5-11）后，控制中心接通继电器KA37线圈（图5-12），图5-13中的动合触点闭合，接触器KM1线圈得电吸合，主触点闭合，变频器得电，牵引电动机通电；同时KM1的辅助触点闭合实现自锁（注意手动带自锁按钮SB41必须在按下状态）。(2)牵引启动、加速根据工作需要，确定牵引方向。-(3)牵引减速只需按下减速按钮或反向的牵引按钮即可，减速到所需速度松开。(4)牵引停止如需要停止，按下“牵引停止”按钮。(5)单动控制当采煤机CPU控制中心出现故障，采煤机不能正常牵引时，在牵引控制箱上设置一套单独动作控制开关，可以使采煤机在短时间之内运行。3)加热控制

当采煤机停机2天以上时，箱内的变频元件、牵引变压器及裸导体上可能产生结露现象。因此，需要开机工作时，应先开加热器与风扇，靠热风蒸发其露水，以保证系统的正常运行，加热时间约需1h，加热后再按程序开采煤机。其操作如下：合上QF2开关，接通风扇电动机，风扇开始送风；再按下牵引控制箱(图5-13)中的“复位／加热”按钮SB42，其动合触点闭合，接触器线圈KM2有电吸合，KM2动合触点闭合，接通加热器RWB。加热完毕后，再次按下SB42按钮，回到“复位”位，其动合触点断开，接触器KM2线圈失电，KM2动合触点断开，使加热器停止加热。4)左右摇臂升降控制

左右摇臂升降控制是通过操作高压控制箱面板上的按钮，给控制中心发出指令，由继电器输出电路控制电磁阀，再由电磁阀控制液压回路工作，执行相应的动作。例如，图5-12中按下左摇臂上升按钮，接通KA41继电器，其触点接通YV1电磁阀，使得左摇臂上升液压回路工作，左摇臂上升。其他操作原理相同。5)离机控制系统

采煤机的离机控制系统主要由端头站通过双屏蔽电缆与高压箱内的控制中心和检测中心连接而成。端头站可以拿下来离机操作，其控制原理与高压箱的控制面板相同。端头控制站为本安型设备，由高压箱本安电源供电，端头控制站电气原理图如图5-17所示。左、右端头控制站各由一台CPU微处理器IC1与输入端按钮SB1～SB10、输出端发光二极管LED1—LED12和给控制中心的输出线路1—5组成，实现采煤机的全部控制和相应的显示。3．采煤机保护回路1)电动机过热保护采煤机各电动机的过热保护由埋设在定子绕组端部热敏电阻和热敏继电器组成。每台电动机有3个串联的负温度系数热敏电阻，分别埋在三相绕组的端部，由CPU检测中心实时测试电动机绕组的温度，并由显示器显示。每台电动机定子三相绕组中分别埋设3个常闭型的热敏继电器，热敏继电器的3个动断触点串联，当任意一相过热，其动断触点打开，CPU检测中心将测试到的信号处理后送给控制中心，使输出继电器断电，切断主电源。2)电动机过负荷保护在图5-9中，采用1#截割电动机与油泵电动机的电流互感器T12，2#截割电动机与牵引箱的电流互感器T11，2台牵引电动机主回路中装有2台霍尔电流互感器T14、T15来检测电动机电流，将相应动力回路电流信号送给检测中心，在线检测其负荷电流，如果出现过载现象，由控制中心执行牵引减速及恒功率自动控制，起过载保护作用。3)牵引控制箱过热保护牵引控制箱壁有冷却水管，箱内设有8个轴流式风扇。牵引变压器、变频器在运行中产生的热量由风扇进行热交换，靠冷却水壁带走。为保证牵引箱有效地冷却，装有备用风扇，当某一风扇因故停机时，牵引显示器上对应的LED熄灭。此时，可将备用风扇换上，只需改变接线即可。变频器整流模块与逆变器模块均安装在牵引控制箱底板上，其模块与箱壁的紧密接触是由导热硅脂来完成，进行热量传递。牵引变压器的器身上设置热敏继电器，当牵引变压器温度超过(71±3)℃时，系统停止工作。4)变频器的保护

(1)过热保护变频器的装置上设置热敏继电器，当牵引变压器温度超过(71±3)℃时，系统停止工作。当变频器温度超过+85℃时，给出报警信号，或断开变频器的电源。当变频器内部温度超过+85℃时，控制中心发出警告信号或断开变频器的电源。(2)过电流保护图5-14中U21、U22是霍尔电流传感器，测量变频装置输出电流值。当变频器输出电流超过额定电流的3.75倍时，控制中心使变频器瞬时跳闸。(3)相不平衡保护当主电源缺相或相不平衡时，控制中心使变频器断电跳闸。(4)过电压、欠电压保护当变频器整流氓耸出电压超过标称值的1.3倍时，变频器跳闸。当变频器动力回路直流电压低于标称值的0.65倍时，变频器瞬时跳闸。4．采煤机显示回路采煤机显示回路有中文液晶显示器回路、电源显示器回路、功能显示器回路。中文液晶显示器线路布置如5-18所示。中文液晶显示器可以显示代码，01～07为采煤机操作执行代码，08～17为故障代码。代码内容见表5-2。图5-18电源显示器原理布置图三、MGTY400/900-3.3D型采煤机的使用、维护1．采煤机的正常操作1)主回路启动(1)打开冷却水路，水流量压力应符合规定值。合上隔离开关QF0，为启动做准备。(2)启动。采煤机启动条件具备后，同时按下“主启”、“操作”按钮，然后先松开“操作”按钮，采煤机得电运行，延时3s～5s松开“主启”按钮，采煤机启动。2)牵引送电采煤机启动后，按下“牵电”按钮，变频器得电，此时，牵引控制箱显示器有显示，并闪动显示00或0.5Hz参数，采煤机未牵引。3)牵引启动变频器送电后，按下“左行”或“右行”按钮，采煤机进入启动状态。4)牵引速度给定按下“左行”或“右行”按