345采煤机.doc

目 次前言II1 概述12 技术特性23 结构特征与工作原理24 SRD系统45 15CKD01030801控制器组件系统296 采煤机电机与电缆317 安装与调试318 使用、操作329 使用保养、维护3310 采煤机故障分析与排除3411 标志、包装、运输和贮存43II前 言本说明书依据本公司企业标准Q/320201 PD36-2008、GB9969.1-1998编写。KXB-345/1140C采煤机用隔爆型电控箱应执行Q/320201 PD36-2008标准。本公司将不断对本产品进行改进，本说明书尽供使用、维修之用，不作交货验收之依据。本说明书编写人：吴仲青。 1 概述1.1 产品特征1.1.1 本产品采用了目前国际上最为新型的开关磁阻电动机调速技术和PLC技术，依据煤矿井下具体的工矿条件，设计制作了可靠的控制、传输、保护等元部件。该系统是一项机电一体化的高新技术产物。系统如图1所示。1.1.2 开关磁阻电机调速系统（简称“SRD”），它融新颖的电动机结构开关磁阻电动机（简称“SR”）与现代电力电子技术、电气控制技术为一体，兼有异步电动机变频调速系统和直流电动机调速系统的优点，但又不同于交流变频调速与直流调速。普通电动机是电能磁场感应电流磁场机械能的转化过程，而“SRD”系统是利用磁场和磁场力所具有的特性，直接将磁场力转换成机械能的过程。因此它具有交流变频调速系统及直流调速系统不可比拟的优势。1.1.3 开关磁阻电机调速系统具有如下优点：1.1.3.1 起动转矩可达额定转矩的150%，起动电流仅为额定电流的30%，适用于重载频繁起动。1.1.3.2 系统为可逆调速系统，给定量为转速，依据负载情况，电机可自动处于正向电动、制动，反向电动、制动状态。1.1.3.3 系统闭环调节，机械电气时间常数小，调速精度高，因此适用于转速精度和动态响应要求较高的机械。1.1.3.4 “SR”电动机无刷无整流子，控制电器及电路结构简单可靠，适用于恶劣的工矿条件。1.1.3.5 “SR”电动机损耗小、效率高，转子不存在励磁及转差率，因此在很宽的调速范围内效率高达87%以上。1.1.3.6 “SR”电动机的结构经优化设计，噪声小于80db。1.1.4 PLC，可编程序控制器，是一种电子装置，主要将外部的输入装置如：按键，感应器、开关及脉冲等状态读取后，依据这些输入信号的状态或数值并根据内部储存预先编写的程序，以微处理机执行逻辑、顺序、计时、计数及算术运算，产生相对应的输出信号到输出装置如：继电器的开关、电磁阀及马达驱动器，控制机械或程序的操作，达到机械控制自动化或加工程序的目的。由其外围的装置（个人计算机/程序书写器）编辑/修改程序及监控装置状态，进行现场程序的维护及试机调整。1.2 型号的组成及其代表意义KX B 345 / 1140 C 采煤机用 电压等级(V) 额定功率(KW) 隔爆型 电控箱1.3 主要用途及适用范围该产品主要用于MG132/300-WDK型、MG150/345-WDK型电牵引采煤机中。1.4 使用环境条件1.4.1 海拔高度小于2000m。1.4.2 周围介质温度不超过+40、不低于-10。 1.4.3 环境温度为+25时，周围空气相对湿度不大于97%。1.4.4 周围介质中无足以腐蚀和破坏绝缘的气体和导电尘埃。1.5 安全警示1.5.1 该产品必须取得矿用产品安全标志后方可下井使用。1.5.2 该产品的电控腔及接线腔的箱盖严禁在带电的情况下打开。该产品在箱盖的显著位置已标有“严禁带电开盖”的字样。1.5.3 该产品的所有隔爆面须保护，避免磕碰等损伤，隔爆面应涂中性凡士林防锈。1.5.4 该产品中使用的隔离开关“QS”严禁带电离合。1.5.5 该产品的电路严禁乱拆乱调。1.5.6 该产品应连接采煤机上后，才能试车运行。2 技术特性2.1 主要参数2.1.1 电控箱进线电源为交流50Hz、1140V，额定功率为345kW，额定电流为212A。2.1.2 牵引电机电源电压为直流380V，电流为36A。2.1.3 牵引电机功率为18.5kW2台。2.1.4 截割电机电源电压为交流1140V。2.1.5 截割电机功率为150kW2台(或132kW2台)。2.1.6 辅助液压系统泵电机电源电压为交流1140V。2.1.7 泵电机功率为7.5kW。2.1.8 控制电磁阀电源电压为直流24V、电流1.2A。2.1.9 截割电机功率保护动作值为110%Pe。2.1.10 截割电机、牵引电机、50kVA干式变压器、泵电机绝缘等级均为H级，温度保护为155。2.1.11 电控箱冷却水流量：40L/min。2.1.12 电控箱防爆型式为矿用隔爆型，防爆标志为ExdI.2.2 主要性能整台采煤机的机械动力由两台截割电机、两台牵引电机及一台调高电机提供。本产品具有下列操作、控制、保护及显示功能：2.2.1 通过真空开关远控方式，在采煤机上完成采煤机的起动、停止。2.2.2 通过真空开关远控方式，在采煤机上完成工作面输送机的停止（兼闭锁）；2.2.3 采煤机左、右截割电机和50KVA干式变压器的温度检测和155过热保护；2.2.4 采煤机左、右截割电机的功率检测和过载保护；2.2.5 可通过电控箱面板操作按钮、端头操作箱及遥控器，完成采煤机的操作；2.2.6 采煤机牵引速度零位抱闸保护；2.2.7 具有先进的大屏幕彩色显示屏，提供操作运行显示，实时显示截割电机的功率和温度、采煤机的牵引速度及相应的故障指示；2.2.8 开关磁阻电机调速系统具有电源过压、电源欠压、控制器过热、传感器错误、牵引电机的155过热、过载等保护功能。3 结构特征与工作原理3.1 结构特征电控箱分接线腔与控制腔两部分，控制腔内安装有GM2-400型隔离开关、SRD磁阻电机驱动器、控制器组件、775控制变压器、50KVA、1140V/400V干式变压器、DOP-A57GSTD大屏幕彩色显示屏、电流互感器等。接线腔为采煤机上动力电缆及控制和保护线缆的进出线腔。电控箱设计成隔爆型结构，可在含有爆炸性气体混合物的矿井中使用。电控箱的功能作用随采煤机整机一起考核。 图1：电气系统图3.2 电气系统原理3.2.1 主电路部分本系统的供电电压为交流1140V，经真空磁力起动器，接出一根的主电缆，送至采煤机接线腔。电缆在接线腔内通过一组过墙接线柱“XD0”，将1140V电源引入电控腔接在400A隔离开关“QS”上端。隔离开关下端接三路：第一路接到过墙接线柱“XD1”，供给左截割电机“M1”；第二路接到过墙接线柱“XD3”，供给泵电机“M3”、通过“XD2”供给右截割电机“M2” 及接至控制变压器，供给控制系统。第三路接至50KVA干式电源变压器，供给SRD系统。3.2.2 牵引调速系统部分牵引调速系统（“SRD”）由两台SRD控制器与两台磁阻电动机：M4、M5组成。交流380V电源接入控制器，经整流电路、控制电路、推动电路、开关变换电路，通过电缆分别接至M4、M5磁阻电动机。磁阻电动机转子位置传感器的信号，经一条专用电缆接至SRD控制器，形成闭环系统。3.2.3 采煤机控制及保护部分“775型”控制变压器初级1140V电压，经一只1A熔断器接入。次级有170V（0.5A）、28V（8A）、15V（5A）三组电压输出，经熔断器，供给可编程序控制器、电路板“EM286”及瓦斯断电仪。“TA1”、“TA2”两路300/1A电源互感器，分别对左、右截割电动机的功率动态采样。其信号输入电路板“EM286”，经A/D转换比较后供“PLC”处理，然后自动控制牵引速度。达到功率保护的目的。截割电动机M1、M3、50KVA干式变压器的热保护均由“PLC”处理。当电机绕组温度达155时，即控制真空磁力起动器断电，使整机停止运行。再次开机，显示屏会有相应显示。牵引电动机M4、M5的温度保护由SRD控制器处理。整个系统的操作，通过电控箱上的按钮进行。瓦斯断电仪接线根据其自身的使用说明书进行，电源由牵引变压器提供，把其一组常闭接点串接在采煤机控制回路中，根据煤矿要求调整瓦斯超标动作值。瓦斯超标时，常闭接点打开，即控制真空磁力起动器断电，使整机停止运行。采煤机的运行参数及动态参数由电控箱内的DOP-A57GSTD大屏幕彩色显示屏指示。3.3 电气元件器明细表名称型号或代号行程开关LX19K调速控制器CMLZ380A18/SH控制器组件15CKD01030801大屏幕彩色显示屏DOP-A57GSTD隔离开关GM2-400电流互感器LM2-1K电阻RX23-20-10控制变压器775高压保险丝RL5-1A/1140V煤矿用低浓度甲烷传感器GJ4瓦斯报警断电仪DJB4干式变压器50KVA，1140/400V4 SRD系统4.1 开关磁阻电动机调速系统概述本产品用于薄煤层采煤机的牵引驱动，整套系统（如图2）是由两个完全独立且完全一致的开关磁阻调速电动机（以下简称SRD控制器），当一台出现问题后，可以方便的切除故障台实现单牵，适合薄煤层工况的高可靠性要求，本产品具有以下特点：46图2：采煤机牵引系统电气图l 每套采煤机牵引系统由二套完全相同的SRD控制器和SRD电机组成，两套同时工作时与PLC直接相连的控制器称之为主台，另一台称之为从台，并可以方便的交换主从关系。l 每套SRD，包括1台控制器、1台电动机、3只电感和1块显示板。l 每台SRD控制器中包含了整流电路(内置回馈功能)、SRD逆变电路和1块数字同步给定电路、故障检测电路，单台能独立工作（包括电动、制动）。l 当任何一套SRD出现问题，可以通过把掉对应控制器的输入输出插头，取消该单元，实现单牵设置。采煤机牵引系统的所有单元共同安装在采煤机上的隔爆腔内，隔爆腔内必须具有带水冷功能的安装平面，因为控制单元和整流单元（功能单元）在工作时将产生热量，必须及时通过各单元的铝散热底版将热量传走，才能保证各单元的正常使用。功能单元通过安装在隔爆腔的水冷安装平面上，即可实现相应的散热要求。SRD控制器的整流电路接受交流电源供电（3相380V/50Hz），将其整流成直流电（约520V）后供给逆变电路，如果控制器具有回馈功能，则在采煤机下坡或降速，控制器将制动发电，使直流侧电压升高，当超过设定的门槛电压时，回馈电路可以将直流电能回馈到交流电网。具有回馈功能的整流电路需要三只外置的电感进行限流。SRD控制器的控制电路接受用户的控制指令信号及数字同步给定板的速度指令信号，并分别控制2台SRD电动机运行。SRD电动机的运行状态（转速、转向、瞬时位置等信号）通过位置传感器反馈给SRD控制电路。控制电路还把二台电动机的运行电流信号（对应转矩、功率）传至数字同步给定板。数字同步给定板接受来自采煤机电控系统（PLC）的外部速度指令信号，同时根据2台SRD电动机的运行电流调节2台SRD电动机的转速和输出功率。使2台电动机保持输出功率基本一致。当系统发生各种故障（过载、堵转、过流、过压、欠压、过温度等）时，系统保护停机，并向采煤机的外围电气系统发出故障信号。控制电路的作用是根据外部操作控制要求和电动机的实际运行情况不断调节输出信号，以通过驱动电路和功率电路改变电动机的激励，使之达到规定的运行要求，并处于最佳工作状态。控制电路由一个单片机及数字、模拟电路组成，工作稳定、抗干扰能力强、响应快。4.2 电动机的基本结构和工作原理4.2.1 电机基本结构电动机为水冷隔爆电动机，其结构示意如图3所示（未画防爆壳体及水冷套等结构）。该电机为开关磁阻电动机（即SRD电动机），外型与普通鼠笼电动机基本一致，但内部的定转子结构与感应电机大不相同，另外为满足控制需要，还在电机后部增加了转子位置传感器。电机定子铁芯由硅钢片迭成后压入定子水冷防爆机壳，构成水冷隔爆电动机。该电动机采用的是128极SRD电动机，其定子和转子都是凸极式结构，定子上有12个齿和12个槽，转子上有8个齿和8个槽。电机定子铁芯每个极上均套着一个集中绕组，转子上没有绕组。定子绕组为多股并绕的软线圈，散嵌在定子槽中。绕组由环氧酚醛玻璃布板槽楔固定在槽中。绕组同铁芯之间有槽绝缘。由于每一槽中有相邻两极(两相)的绕组，因此其间有相绝缘。槽绝缘和相绝缘材料均为F级。 图3 电动机结构示意图图3还表示出定子12个磁级A1、B1、C1、A2、B2、C2、A3、B3、C3、A4、B4、C4位置安排，其中4个A磁级(4个B、4个C)在圆周上均匀分布，其上的绕组相互连接成一相绕组。整个电动机有A、B、C三相绕组，因此该电动机又称为三相开关磁阻电动机，电机绕组共有六个出线端，为A1、B1、C1、A2、B2、C2，见图4。 图4 电动机绕组示意图 图5 电机位置传感器结构示意图转子位置传感器的结构参见图3和图5，它由传感器齿盘、电机传感器板、传感器定位盘等部件组成，位于电动机后端盖上的传感器腔内。传感器定位盘用螺钉安装在电动机后端盖上，其安装孔为长圆孔，以便进行角度调节和定位。电机传感器板固定在定位盘上，该电路板上安装了3个光电传感元件及其相应电路。电机出线腔安装在传感器腔后部，通过防爆接线柱将电机功率接线和传感器引线引出，以上几个部分构成电机位置传感器的固定部分，该结构可以阻止灰尘进入传感器腔，保护电机传感器板上的光电器件。电机位置传感器的旋转部分为传感器齿盘，装在电动机轴上。该齿盘上均布8个齿，每个齿、槽各占22.5。当光电齿盘随轴转动时，光电齿盘的齿、槽会交替穿过光电传感元件的夹缝中。因为光电传感元件由光源和光感器件两部分组成，分别位于缝隙两边，当缝隙被遮挡时，光源侧发出的红外光线无法使对侧的光感器件接收到光照动作，反之光感器件接收到照射后电平翻转。当光线被遮挡时，传感器元件输出低电平；当光线不被遮挡时，传感元件输出高电平。传感器板通过输出线向SRD控制单元提供电动机的转速、转向和角位移信号，该输出线引到电机出线腔的接线方式为一个圆形接线座，对应接线脚号1、2、3、4、5，分别接到对应SRD控制板的111、112、113、114、115。同时用户在对电机进行更换安装时必须注意使用采煤机厂家指定的密封油封，防止前端的减速器润滑油渗入电机，并进一步进入传感器腔造成光电传感器件损坏和电机绝缘性能的下降，引起严重故障。4.2.2 电机基本工作原理对电动机某相绕组通电，将产生一个使邻近的转子齿与该相定子齿相重合的电磁转矩。顺序 对各相绕组通电(如ABCA)，则可使转子连续转动，改变通电顺序(如ACBA)，则可改变电动机转向。控制绕组电流的大小，可改变电动机的转矩。在定、转子极相接近时对绕组通电，可实现电动运行；相离开时通电，则可实现制动运行。由此，可以看出SRD控制器通过对电机绕组通电顺序、通电位置以及电流大小的控制，可以很容易实现电机的电动运行、制动运行、转换方向等控制，并可根据负载转矩变化自动调整输出转矩，实现转速不变。因为电机的工作状态和定子、转子的相对位置关系极大，所以如果要准确控制电动机的运行，则必需检测电动机转子的转速、转向和瞬时位置，这就是SRD电机需要安装位置传感器的原因。4.3 整流电路的工作原理根据用户的要求，我们设计的整流电路分为两种型式：一种是由普通二极管（整流桥）整流电路和电解电容滤波电路共同构成，如图9所示：整流单元负责将交流输入电压进行整流滤波，产生直流电压，给两台控制单元供电。图9 整流电路图整流电路的工作原理比较简单，但是当采煤机工作在具有坡度的工作面时要求牵引的电控系统具有四象限运行的能力，进而要求整流电路具有内置回馈的功能。当控制单元处于发电运行时，将产生的直流电能，用回馈单元将直流电能逆变为交流电，传送到电网中。另一种是内置回馈单元的整流电路，因为通常使用的二极管整流电路不具备回馈能力，所以具有回馈功能的整流电路需要采用可双向传输能力的开关元件（IGBT）代替二极管组成桥式电路结构。如图10所示：图10 整流回馈电路原理框图为达到回馈功能，该电路采用三组IGBT模块（内含有6只IGBT，T1-T6）代替原二极管整流模块。当电机电动运行时,3组IGBT模块处于关断状态，内部反向并联的二极管可以构成三相整流电路，进行整流供电。当电机制动运行时，3组IGBT模块构成的三相桥式逆变电路可以在直流母线电压超过650V 时，根据交流电源的三相相位，通过IGBT进行相应的通断控制，将直流能量反馈到交流电网，通过回馈控制板可以实现回馈相位同步、回馈功率自适应控制、异常故障保护等功能。回馈控制板在对IGBT模块进行回馈控制过程中，当检测到缺相、过流、短路等故障后自动停机，同时通过EO口发出报警，控制系统可停机提示检查或通过RE口复位。电控系统的整流单元接受交流电源供电（3相380V/50Hz），将其整流成直流电（约520V）后供给2台控制单元;当在采煤机下坡或降速，SRD控制单元可以制动发电，使直流侧电压升高，当超过设定的门槛电压时，可以将通过整流单元的回馈电路将直流电能回馈到交流电网。La、Lb、Lc三只滤波电感在回馈工作时起到限流作用，需要用户接在控制器外部，但用户必须注意相序严格按照要求接线，即L1和L1、L2和L2、L3和L3（参考连线颜色）必须接在同一滤波电感两端，绝对不能接错，否则可能造成回馈电路工作不正常甚至损坏元器件。4.4 控制电路的原理SRD控制电路的系统框图如图11：图11 SRD控制单元的系统框图2台SRD控制单元接受整流单元中的用户的控制指令信号（启动、速度给定、转向、复位等），并分别控制2台SRD电动机运行。SRD电动机的运行状态（转速、角位移等信号）通过位置传感器反馈给SRD控制单元。2台控制单元还把二台电动机的运行电流信号（对应转矩、功率）传至整流单元中的数字同步给定板。数字同步给定板接受来自采煤机电控系统（PLC）的外部速度指令信号，同时根据2台SRD电动机的运行电流调节2台SRD电动机的转速和输出功率。使2台电动机保持输出功率基本一致。当系统发生各种故障（过载、堵转、过流、过压、欠压、过温度等）时，系统保护停机，并向采煤机的外围电气系统发出故障信号。由图11可以看出，SRD控制单元的工作原理是由控制板对电机的状态进行分析计算，再通过功率电路（如图14所示）实现对电机的驱动。图12 SRD控制单元的功能结构框图SRD控制单元功能框图如图12所示：由控制板、推动板、功率电路组成。控制板由一个单片机及数字、模拟电路组成。控制板的作用是根据外部操作控制要求和电动机的实际运行情况不断调节其输出信号，并通过推动板和功率电路来改变电动机绕组的通电时刻及电流大小，控制 图13 开关相序示意图板的通电相序如图13所示，通过采用单相或两相同时通电的工作方式，实现对电机绕组的通电控制，使之达到规定的运行要求，如转向、转速、电动、制动等工作状态。电动机的运行参数(如转速等)及故障情况通过显示板显示。推动板的作用是接收来自控制板的相输出信号，经过隔离放大，产生IGBT的推动信号；另外，推动板还包括了一个多路输出的开关电源，它输出供控制板使用的+5V和15V控制电源和供多路推动电路使用的隔离电源。SRD控制单元的功率电路如图14所示。三相交流电源经整流单元向SRD控制单元提供直流电源。六个IGBT功率开关TA、TB、TC、TA/、TB/、TC/和续流二极管DA、DB、DC、DA/、DB/、DC/组成半桥式逆变电路，输出与电动机绕组连接，从而实现对电机绕组的通断控制。 图14 SRD控制单元的功率电路示意图SRD控制单元的控制电路必须对电机转子位置信号（同时可作为转速反馈信号）和绕组电流信号进行检测，前面在电动机的基本结构和工作原理中已介绍了电机转子位置信号的检测方法，而绕组电流信号则是通过霍尔式电流传感器实现的，我们将在后边进行介绍。下面我们按照详细介绍每个功能部分的工作原理。4.4.1 整流滤波电路部分图15 整流电路图本部分电路为整流单元的主要部分，包括整流桥或IGBT（内置回馈单元用）、上电电阻、上电接触器、电流传感器等。整流滤波电路的作用是将输入的交流电源供电（3相380V/50Hz），由二极管整流桥整流直流电源（约520V）后，经过电容滤波，供给2台控制单元，用于驱动SRD电机。无回馈功能的整流电路部分的原理图如图15所示。电解电容器C3、C4通过串联，达到提高滤波电路的耐压能力，并保证足够的容量。R3R4为均压电阻，防止电解电容分压不均匀。KM1与上电板（ASP）构成充电回路，其作用是限制上电过程中对电解电容器C3C4的充电电流过大，其工作过程是：三相交流电源接通时，经二极管整流桥VP1VP3转换的直流电源，经电阻R1限流，给电容充电，当其电压逐渐升至400V以上时，上电板的门槛检测继电器吸合，从而使接触器KM1吸合，将R1短接，功率电路进入正常工作状态。如因任何原因接触器KM1未吸合，该接触器的辅助常开触电断开，通过KM、BJ6(GD)将信号传给采煤机故障检测板进行联锁保护。RV1RV3为压敏电阻器，用于吸收电源侧浪涌电压。该电路可根据用户要求在整流电路中内置回馈单元。内置回馈功能的整流电路图如图16所示。图16内置回馈功能的整流电路图为达到回馈功能，该电路采用IGBT模块T1、T2、T3代替原来的二极管整流模块（IGBT模块将随控制单元一起介绍）。当电机电动运行时,3只IGBT模块处于关断状态，内部反向并联的二极管可以构成三相整流电路，进行整流供电。当电机制动运行时，3只IGBT模块构成的三相桥式逆变电路可以在直流母线电压超过650V时，通过回馈控制板REV的通断控制，将直流能量反馈到交流电网，回馈控制板可以实现回馈相位同步、回馈功率自适应控制、异常故障保护等功能。回馈控制板REV在对IGBT模块进行回馈控制过程中，当检测到缺相、过流、短路等故障后自动停机，通过EO（EO+，EO-）口发出故障联锁信号，传送到采煤机故障检测板进行联锁保护。 La、Lb、Lc三只滤波电感在回馈工作时起到限流作用，需要用户接在控制器外部，但用户必须注意相序严格按照要求接线，即L1和L1、L2和L2、L3和L3（参考连线颜色）必须接在同一滤波电感两端，绝对不能接错，否则可能造成回馈电路工作不正常甚至损坏元器件。内置回馈功能的整流电路图中其他电路的工作原理与无回馈功能的整流电路基本相同，此处不再叙述。4.4.2 回馈控制板图17 回馈控制板原理框图图18 回馈控制板布置图及说明回馈控制板外型尺寸为250200mm2，图17为回馈控制板的原理框图，图18为回馈控制板布置图及说明：回馈控制板上的LED指示灯、按钮、跳线开关、插座（接线端子）等元件的名称、代号、布置和功能定义见图18。 由图17、18可以看出，回馈单元控制板的功能有：1. 通过插座X3的L1、L2、L3接收三相交流电压作为回馈同步触发信号，供该板进行回馈的相位控制，2. 通过插头X4接收二只电流传感器的反馈信号，检测回馈单元的回馈电流值，用于控制回馈功率的强度。3. 通过插头X1的+、-端引入功率电路直流母线电压，经过隔离线性变换后作为回馈控制的电压反馈信号。推动板的隔离线性变换电路采用双光耦实现，板上的电位器可用于调整变换比例，但用户必须在本公司技术人员指导下进行。通过对电压反馈信号的调整，可以改变回馈电路工作的电压门槛值。4. 回馈单元控制板的控制电路部分采用电压电流双闭环实现对回馈电压和回馈功率的控制，生成PWM波形。PWM信号通过和回馈同步触发信号进行调制形成IGBT的相控制信号，经推动模块（EXB841）进行光电隔离后由插头X1、X2的G1、E1；G2、E2；G3、E3；G4、E4；G5、E5；G6、E6输出推动电压控制功率电路中六只IGBT的导通关断。5. 通过推动模块检测功率电路中IGBT模块T1、T2、T3中的六个IGBT元件的C与E在导通过程的电压降，若有电机输出线对地或线间短路情况，则UCE大于68V，EXB841判断有短路情况，通过该板的控制电路封锁IGBT输出，故障指示灯V54亮，发出报警指示。6. 该板上内置的开关电源部分产生15V控制电源，通过插头X3供DCU使用，该电源正常工作时，板上的电源指示灯（绿）亮，若不亮，则表明开关电源损坏，可检查控制器是否已正常送电，回馈控制板上的保险融丝是否烧毁。7. 开关电源部分产生6路20V推动电源，供6路IGBT推动电路使用。8. 该板具有完善的保护功能，工作状态和故障类型可以通过发光二极管指示，故障保护时，可以通过端子X5输出故障联锁信号。在专业人员判别处理故障后，通过图21所示复位按钮或用户复位端进行系统复位。4.4.3 上电板（ASP）该板的原理比较简单，通过采用直流继电器检测直流母线电压，在上电的过程中，直流母线上电压超过400V左右时，继电器动作，其常开触点闭合，短接KA和L1端，使接触器KM1线圈吸合，完成上电过程。其示意图及原理图见图19、图20。图19 上电板示意图图20 上电板示意图此外，该电控系统使用的上电板还具有交流缺相检测功能。当检测到L1、L2、L3输入的三相交流电压值为正常值时，通过内部电路使插头的L11和L12为短路状态；当交流电源某一相缺相时，该板的保护电路动作，L11和L12断开，通过故障检测板向用户报警，并联锁停机。4.4.4 数字同步给定板（TBD）数字同步给定板起到功率平衡的作用。 图21 数字同步给定板原理框图 图22 数字同步给定板示意图数字同步给定板上的插座布置及端子定义见图22。由图21可以看出，数字同步给定板（以下可简称同步板）具有以下功能：1. 实现双电机牵引的功率平衡因采煤机采用2台开关磁阻电动机共同牵引，分别由2台SRD控制单元驱动，为使每台电机的输出功率基本相同，所以需采用具有输出功率平衡功能的电路进行控制，该功能是由数字同步给定板来实现的。图23为功率平衡电路原理框图，电路的控制原理为根据二台 SRD的绕组电流，判断对应输出功率情况，通过调节相应控制器的转速给定（即增加输出功率小的一台SRD的转速给定，或者减小输出功率大的一台SRD的转速给定），从而来达到功率平衡的目的。图23 功率平衡电路原理框图当SRDI的输出功率P1大于SRD的输出功率P2时，绕组电流反馈信号I1I2,功率平衡调节器及加法器的计算结果使SRD的转速给定增加，从而增大SRD的输出功率；当SRD的输出功率P2增加到等于SRDI的输出功率P1时，绕组电流信号I2 =I1，功率平衡调节器输出电压保持不变，调节进入稳态；同理，当P1P2时，功率平衡调节器及加法器的计算结果使SRD的转速给定降低，从而减小P2，直到P1=P2。2. 实现双电机控制信号的分配因采煤机控制器为双电机驱动，所以数字同步给定板接受来自采煤机电控系统（PLC）的外部信号（包含正起、反起等），经过处理后，分配为二路信号，控制2台SRD电机的运行。同时该板可接收二台SRD控制器的故障信息统一输出到采煤机电控系统。因本部分电路采用单片机核心，所以可以灵活设计输入、输出关系，有利于用户灵活使用，本采煤机的端子定义请参见用户使用说明书。3. 可实现电动电位器方式由图22可以看出，数字同步给定板提供了模拟转速输入和数字转速输入（即电动电位器功能）二种模式。当图22中所示的跳线开关的2针和3针短路时为模拟转速输入模式（本采煤机控制器出厂设置）；1针和2针短路时为数字转速输入模式。电动电位器方式是通过本电路板上的单片机实现的，该单片机具有模拟输出口，可输出05V的模拟电压信号，作为SRD电机的转速信号，从而实现控制采煤机的速度的目的。用户通过控制端SS（升速）、JS（降速）输入速度控制指令，经计算后，由单片机的模拟输出口输出转速给定电压。其工作方式为：当SS对GD短路时，输出模拟电压升高，转速上升，到最高速(+5V)后饱和，维持不变；当JS对GD短路时，转速下降，达到最低速（0.5V）后停止变化。4.4.5 故障检测板（AERB）该板外型尺寸为210130mm2，图24为其原理框图。由图可以看出，该板包含4个部分电路：回馈电感接线错误保护电路部分、开关电源、故障采集处理部分（电源模块内其他部件的故障信号输入、显示及联锁输出）、故障显示。图24故障检测板原理框图图25 故障检测板示意图该板输入220V工作电源，供给开关电源模块和220V交流继电器，开关电源模块输出15V用于故障检测板的控制电压，同时输出15V向数字同步给定板供电；220V交流继电器用于二台电机的温度继电器保护联锁。图25为该板示意图。故障检测板主要功能有以下方面： 具有上电板的缺相、欠压保护联锁输入端（LU）。 具有上电接触器辅助触点的联锁输入端（）。 具有回馈控制板的故障联锁输入端（）。 具有整流单元过温的保护联锁输入端。当安装在铝板上的温度继电器（70C、常闭触点）温度超过70C后，断路保护（）。 具有电机过温（TI3、TI4）的联锁保护输入端，当电机绕组温度超过140C时断开，对应交流220V继电器失电，保护联锁。 该板内置回馈电路滤波电感接线错误保护检测（JX）。通过X1插头检测回馈滤波电感信号线的相序。L1与L1、L2与L2、L3与L3应一一对应，如果接线相序错误，指示灯V20则变亮。同时通过故障口EO输出，使控制单元跳TI-1保护。注：图25中的拨码开关应全部拨在左边（17端，出厂时已经设置），用户不能随意设置，否则可能烧毁整套控制系统。4.4.6 IGBT模块IGBT即绝缘栅双极型晶体管具有通断速度快、输入阻抗高、驱动电路简单、导通电压低、耐压高，容量大等优点。IGBT作为功率开关元件，可以在很高频率下（20KHz以下）进行高电压、大电流通断运行，从而实现对绕组的电流控制目的。但因为IGBT处于高频开关状态下，工作时产生一定的热量，需要及时散热，否则将损坏模块，所以必须将IGBT模块固定在铝板上，并将铝板良好贴装在水冷壁上实现散热。 图26 IGBT外形图 图27 IGBT内部电路图IGBT作为功率开关元件，控制比较简单。单只IGBT为三端元件，门极G对E输入推动控制电压，可以实现对C和E极的通断控制。当推动极G、E间加+15V电压时，IGBT的C和E导通；当推动极G、E间加0V或-5V的电压时，IGBT的C和E关断。在SRD控制单元中，IGBT的推动电压是由推动板的推动模块提供的。可以通过检测导通后IGBT的C对E的导通电压来判断输出端是否出现短路故障（IGBT正常导通时的C对E的导通电压为2V左右；当IGBT出现输出短路故障时，其IGBT导通电压将上升为6-8V左右，由此可以判定其出现输出短路现象）。因为IGBT的G对E为高阻状态，而且只能承受不超过20V的推动电压，所以IGBT不允许门极G对E在开路状态下进行长期存放或对其通电，否则将极有可能造成IGBT的击穿而永久性损坏。根据IGBT的控制特性，若将图27所示模块的控制极G1、E1相短接，则T1相当于开路；将G2、E2相短接，则T2相当于开路。由此可以看出图27中T1开路时的作用相当于图14中的DADC，使用T1控制极（G1、E1不短接）时的作用相当于图14中的TATC。检查IGBT模块损坏的方法比较简单，对于正常的IGBT模块，用万用表的欧姆档（10K）测量模块的功率接线端C1对C2E1、C2E1对E2的电阻值，应大于10K以上，如果有一组数据为几十欧姆以下，则该路IGBT损坏。注意对于指针式的欧姆表，因其可以检测到IGBT内部并联的续流二极管的单向导电性，所以只有正反二个方向的电阻都小于几十欧姆以下，才能判定该模块损坏。在维修时如发现IGBT模块损坏,更换时必须注意以下几点事项：1. 为保证元件散热，元件的安装螺钉一定要用力紧固，且元件同散热器间涂导热硅脂2. 由于元件通过电流较大，故元件的三个功率接线端的连接螺钉一定要用力紧固。3. 注意按原IGBT的控制极连接短路线，并保证所有的连线正确。4. 为防止静电击穿，元件控制极G、E间的保护用导电泡沫塑料块或短路环应在元件安装完毕，焊线前再拆除，且焊线用电烙铁应接地或拔下电源线后再焊接。4.4.7 电流传感器（DCU）通过电流传感器可以隔离检测电机的三相绕组电流，反馈到控制板用于保护检测和电流闭环控制。更换DCU时需要注意以下事项：1. 拆除坏DCU时应注意功率线的缠绕方向和匝数，换上新DCU后应使其与原来完全相同。2. 焊接DCU连接导线时，必须注意连线与原来保持一致，否则可能造成DCU或控制器的损坏。3. 为防止损坏其内部电路，电烙铁应接地线或拔下电源线后再焊接。4.4.8 推动板（APL）该板外型尺寸为200200mm2，图28为推动板的原理框图，图29为推动板示意图。图28 推动板的原理框图图29 推动板的示意图推动板上的插座布置和端子定义如图29所示，其主要的功能有：1. 接受控制板1D6D相通断信号，经推动模块（EXB841）进行光电隔离，由G1、E1；G2、E2；G3、E3；G4、E4；G5、E5；G6、E6输出推动电压，控制功率电路中V1V6的导通关断。2. 通过推动模块检测功率电路V1V6的C与E在导通过程的电压降，如果有电机输出线对地或线间短路情况，则UCE大于68V，当EXB841判断有短路情况时，通过OC端向控制板发出短路报警信号。3. 通过U+、U-端引入功率电路直流母线电压，经过隔离线性变换后与门槛电压比较。当直流母线电压高于690V或低于420V时，通过OU端向控制板发出过压或欠压报警信号。推动板的隔离线性变换电路采用双光耦实现，板上的电压变换比例调整电位器可用于调整变换比例，但用户必需在本公司技术人员指导下进行。4. 开关电源部分产生+5V、15V控制电源，通过插头X3供控制板使用，该电源正常工作时，板上的电源指示灯（绿）亮，若不亮，则表明开关电源损坏，可检查控制器是否已正常送电，推动板的保险丝是否烧毁。5. 开关电源部分产生7路20V推动电源，供7路推动电路使用。4.4.9 控制板（ACLM）控制板外型尺寸是一块200200mm2的电路板，图30为控制板示意图，图31为控制板原理框图。图30 控制板的示意图图31 控制板的原理框图控制板上的插座布置和端子定义如图30所示，该板的主要功能为：接受电动机传感器信号(端子111-115)，以检测电动机的转速、转向和瞬时位置。接受转向给定信号(端子FR)。接受转速给定信号(端子V1、V2)。接受起动信号(端子ST)。接受正反向点动信号(端子PJ、NJ)。接受功率电路电流传感器信号(101107)，以控制和限制输出给电动机绕组的电流起到控制和保护作用。接受装在功率电路散热器上的温度继电器的信号(TI2)，以保护功率电路不过热。接受整流单元的故障联锁信号(TI1)，当整流单元故障时控制单元联锁停车。接受推动板发出的过压、短路信号(OU、OC)。根据接受的各种外部操作信号和系统内部工作状况信号，经处理后，向推动板输出3相6个IGBT的通断信号(1D6D)，以控制电动机的运行。经插头座X1向显示板输出电动机运行状况和故障状况信号。4.4.10 控制器的显示板显示板指示说明：代号名 称说 明1电源指示灯系统接通电源时，此指标灯亮。2运行指示灯SRD起动时亮；停车时灭；故障保护时闪烁。3四位数码管显示电动机转速(转分)或故障类型 显示板示意图显示板故障类型说明： 显示内容说 明故 障 原 因-EU-电源电压错误电源电压过高、回馈单元故障TI-1联锁停机故障检测板检测到控制器故障，具体见“故障检测板故障代码”TI-2控制器过热控制器过热，控制器水冷系统故障或水冷管堵塞-PD-电机过热电机温度过高，电机水冷系统故障或水冷管堵塞电源缺相电网故障或接线不良，三相电源缺相-SC-输出线短路控制器输出线(A1、A2、B1、B2、C1、C2)相互或对地短路-OL-过载、堵转电动机负载太重或电动机控制器间连线有误以上故障代码：主台的通讯频率指通过123（1），从台的通讯频率指通过123（3）传输通讯脉冲频率值。故障检测板故障显示说明显示内容颜色故障时状态故 障 原 因V27绿色灭整流单元交流输入切断。V26红色亮接触器未吸合（电源缺相电源、上电板故障）V25红色亮交流电源电压过低或缺相V24红色亮内置回馈单元故障V23红色亮控制单元1对应SRD电机过温V22红色电机温度保护（没有使用此保护）V21红色亮整流单元过热。V20红色亮回馈控制信号线接错以上故障代码：主台的通讯频率指通过123（2），从台的通讯频率指通过123（4）传输通讯脉冲频率值。4.4.11 电机传感器板（ASL）电机传感器板用于检测电机转子位置信号（该板位于SRD电机内部），该板上有三只光电传感器件E1、E2、E3，集成在一个外壳内。三只光电传感器件检测到的电机转子位置信号通过111-115五根线引出，其引线定义为表3： 图39 电机传感器板示意图表3 传感器引线说明线号111112113114115定义控制电源E1输出E2输出E3输出+15V传感器板输出线112、113、114为3路高低电平输出信号（015V），当电机的转轴停在不同位置时，用万用表检查三路信号是否正常，从而判定传感器板是否故障。在更换损坏的传感器板时，需注意以下事项：1. 拆除坏的传感器板时，注意不要移动安装定位盘的位置，防止传感器跑位。2. 拆除坏的传感器板前，最好对其位置进行标记，以消除更换时的安装误差。3. 焊接传感器的连接导线时，必须注意连线与原来保持一致，否则可能造成该板的损坏。4. 为防止损坏其内部电路，电烙铁应接地线或拔下电源线后再焊接。4.5 外型及安装尺寸 图32 电控系统的外型尺寸及铝板安装孔尺寸图32所示，整套电控系统的接线是通过航空插头出线，构成两个SRD控制器之间的电气连接；连接SRD电动机、采煤机的外围电气系统。用户在拆装、更换时非常方便，而且不会出现错误。图33 电感的外型尺寸及安装尺寸（内置回馈功能的系统选用）4.6 主要性能指标输出参数额定功率（KW）18.52额定转速（rpm）1000最高转速（rpm）1350输出特性额定速以下为恒转矩，额定速以上为恒功率过载能力110120%（额定转矩）起动转矩不小于150%（额定转矩）稳速精度0.5%（最高转速）2电机输出转矩差不大于10%（额定同步运行时）响应时间（S）0.5电源电压/频率3380V 15%,50Hz5%20控制参数正反向、起停控制开关、触头转速控制模拟电压（0-5V）升降时间升速20秒（0最高速），降速10秒（最高速0）保护电源过压动作值不低于115%额定电压，人工恢复电源欠压动作值不高于80%额定电压，人工恢复电动机过载延时10秒动作，人工恢复电动机堵转立即动作，人工恢复电动机过热检测绕组温度，1550C动作，常闭，人工恢复控制器过热700C动作，人工恢复。 电动机绝缘等级H防护等级隔爆，IP54冷却型式水冷控制器安装型式底板安装式防护等级IP00冷却型式底板传导冷却（与水冷腔紧密接触）环境海拔高度