CN104682821A - 掘进机电传动系统及掘进机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种掘进机电传动系统及掘进机，其中，掘进机电传动系统包括：主电源和开关，还包括：变流器、变频截割电机和控制器；所述变频截割电机、变流器和开关依次连接，并连接至所述主电源；所述变流器与所述控制器连接，用于根据所述控制器发出的控制信号调节所述变流器输出的电压，以调整所述变频截割电机的转速和转矩。本发明提供的掘进机电传动系统及掘进机能够解决现有的掘进机调节截割电机转速不灵活的问题，以实现自适应调节转速。

Description

掘进机电传动系统及掘进机

技术领域

本发明涉及掘进机技术，尤其涉及一种掘进机电传动系统及掘进机。

背景技术

掘进机是用于开凿平直地下巷道的机器，广泛用于煤矿、隧道、城市地铁隧道等领域。掘进机主要包括切割机构、装运机构、行走机构、液压系统、电气系统以及除尘喷雾系统。其中，切割机构包括切割头、齿轮箱和截割电机，切割头在旋转的过程中切割煤炭或岩石，使其破碎后通过装运机构运输出去。

现有的截割电机采用具有两组工作绕组的工频交流电机，两组工作绕组通电后分别驱动电机高速转动或低速转动。每组工作绕组通过一组接触器的常开触点接至工作电源，由电气系统控制一组接触器闭合，则对应的工作绕组接通工作电源驱动截割电机转动。两组工作绕组分别驱动截割电机高速和低速转动，以适应不同硬度的煤炭或岩石。

当截割电机高速旋转时，若遇到较坚硬的煤炭或岩石，切割头受到较大的阻力停止转动，但截割电机仍输出转矩，导致了截割电机堵转，则需通过切换接触器闭合的方式断开高速工作绕组的电源，接通低速工作绕组的电源，将截割电机切换至低速旋转工作模式，以继续切割。因此，现有的掘进机调节截割电机转速的方式不灵活，直接影响了切割的进度，而且还降低了截割电机的机械强度，缩短了掘进机的使用寿命。

发明内容

本发明提供一种掘进机电传动系统及掘进机，用于解决现有的掘进机调节截割电机转速不灵活的问题，以实现自适应调节转速和转矩。

本发明实施例提供一种掘进机电传动系统，包括主电源和开关，还包括：变流器、变频截割电机和控制器；

所述变频截割电机、变流器和开关依次连接，并连接至所述主电源；

所述变流器还与所述控制器连接，用于根据所述控制器发出的控制信号调节所述变流器输出的电压，以调整所述变频截割电机的转速和转矩。

如上所述的掘进机电传动系统，所述变频截割电机中的转子铁芯为硅钢片，转子绕组为铜导条。

如上所述的掘进机电传动系统，所述变频截割电机中的绝缘结构采用高绝缘强度材料制成。

如上所述的掘进机电传动系统，所述变频截割电机中的轴承为树脂绝缘轴承。

如上所述的掘进机电传动系统，所述变流器包括依次连接的整流电路、中间直流电路和逆变电路。

如上所述的掘进机电传动系统，所述开关包括预充电开关和工作开关；

所述预充电开关的一端连接至所述主电源，另一端连接至所述变流器的输入端；

所述工作开关的一端连接至所述主电源，另一端连接至所述变流器的输入端。

如上所述的掘进机电传动系统，所述变流器设置有防爆外壳；

所述变流器中的各器件均采用防爆器件。

如上所述的掘进机电传动系统，还包括电压传感器和/或电流传感器；

所述电压传感器的探头并接在所述变频截割电机的输入端，所述电压传感器的信号输出端与所述控制器连接，用于检测所述变频截割电机的输入端的电压，并发送给所述控制器；

所述电流传感器的探头串接在所述变频截割电机的输入端，所述电流传感器的信号输出端与所述控制器连接，用于检测所述变频截割电机的输入端的电流，并发送给所述控制器。

如上所述的掘进机电传动系统，还包括阻容吸收电路；

所述阻容吸收电路连接在所述变频截割电机的输入端，用于吸收所述变频截割电机在断电瞬间产生的反向电势。

本发明实施例还提供一种掘进机，包括如上所述的掘进机电传动系统。

本发明实施例提供的掘进机电传动系统和掘进机，通过采用变流器调节变频截割电机的转速和转矩，能根据负载的变化自适应调整转速和转矩，实现平滑调节，以适应不同硬度的煤炭或延时的切割进程。并且，本实施例提供的技术方案具有无级调速、无切换电流冲击的优点，其控制方式较灵活，能实现低速恒转矩，高速恒功率运行，有效地提高了掘进作业的效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的掘进机电传动系统的结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的掘进机电传动系统的结构示意图二。

具体实施方式

图1为本发明提供的掘进机电传动系统的结构示意图一，图2为本发明实施例提供的掘进机电传动系统的结构示意图二，如图1和图2所示，本实施例提供一种掘进机电传动系统，包括主电源1和开关2，另外还包括：变流器3、变频截割电机4和控制器5。其中，变频截割电机4、变流器3和开关2依次连接，并连接至主电源1。变流器3与控制器5连接，用于根据控制器5发出的控制信号调节变流器3输出的电压，以调整变频截割电机4的转速和转矩。

本实施例提供的掘进机电传动系统可设置在掘进机中，适用于煤矿挖掘、隧道挖掘等领域。对于掘进机而言，其主电源1通常接收1140V三相交流电，在主电源1的输出端设置隔离开关，当隔离开关闭合时，电传动系统中的各器件从主电源1获电，当隔离开关断开时，各器件断电。

变流器3可采用现有技术中常用的变流器，例如可包括依次连接的整流电路、中间直流电路和逆变电路，其中，整流电路的输入端通过开关2连接至主电源1，用于将输入的三相交流电转换成直流电。整流电路可以采用可控整流电路，也可以采用不可控整流电路。整流电路的输出端与中间直流电路连接，中间直流电路还与逆变电路的输入端连接，逆变电路用于将直流电再转换为三相交流电，并且调整三相交流电的电压幅值和频率。逆变电路的输出端与变频截割电机4的绕组连接，逆变电路输出的不同电压幅值和频率的三相交流电能够驱动变频截割电机4以对应的转速转动。

对应于上述采用中间直流电路的变流器3而言，开关2可以包括预充电开关21和工作开关22。其中，预充电开关21的一端连接至主电源1，另一端连接至变流器3的输入端，具体可连接至整流电路的输入端，当预充电开关21闭合时可用于通过整流电路向中间直流电路进行预充电。另外，工作开关22的一端连接至主电源1，另一端连接至变流器3的输入端，具体可连接至整流电路的输入端，当工作开关22闭合时，整流电路受电。

控制器5一方面可以与变流器3连接，具体可连接至逆变电路中各开关器件的驱动端，控制器5发出不同占空比的脉冲信号，作为控制信号控制各开关器件实现通断，以调节逆变电路输出电压的幅值和频率。若整流电路选用可控整流电路，则控制器5还与整流电路中的开关器件的驱动端连接，用于控制整流电路将交流电转换为直流电。

另一方面，控制器5还可以与开关2连接，控制器5可发出控制信号，用于控制开关2闭合或断开。例如，预充电开关21的线圈与控制器5连接，预充电开关21的常开触点与整流电路的输入端连接。预充电开关21可以为常用断路器，具有两对同步动作的常开触点，一对常开触点的一端与主电源1中的一相连接，另一端与整流电路的输入端中的一端连接，另一对常开触点的一端与主电源1中的另一相连接，另一端与整流电路的输入端中的另一端连接。当控制器5输出电信号并且与预充电开关21的线圈形成闭合回路时，预充电开关21的线圈得电，使得预充电开关21的两对常开触点闭合，向中间直流电路充电。

又例如，工作开关22的线圈与控制器5连接，工作开关22的常开触点与主电源1和整流电路的输入端连接。工作开关22可以为真空断路器，具有三对同步动作的常开触点，一对常开触点的一端与主电源1中的一相连接，另一端与整流电路的一个输入端连接，另外两对常开触点分别与主电源1中的其余两相和整流电路的其余两个输入端连接。当控制器5输出电信号并且与工作开关22的线圈形成闭合回路时，工作开关22的线圈得电，使得工作开关22的三个同步常开触点闭合，向整流电路提供三相交流电。

掘进机电传动系统除了包括本实施例提供的上述变频截割电机4之外，还包括油泵电机、二运电机和除尘电机，分别通过真空接触器连接至主电源1，从主电源1获电。油泵电机、二运电机和除尘电机可以为现有技术常用的工频电机。掘进机电传动系统的主电源1接收1140V交流电，经开关箱分配四路输出，其中一路通过变流器3输出260KW交流电提供给变频截割电机4，其余三路为工频输出，分别提供给油泵电机、二运电机和除尘电机。

而用于实现挖掘功能的截割电机则采用本实施例提供的变频截割电机4，根据变流器3输出的电压调节变频截割电机4的转速和转矩。变频截割电机4可采用现有技术中抗谐波能力较强且绝缘强度较高的电机，或者也可以对普通的工频电机进行改进，使其具有较强的抗谐波能力和较高的绝缘强度。

由于变频器3输出电压信号的谐波较大，因此，为了使电机转速保持平稳，需对电机进行改进，例如：变频截割电机4中的转子铁芯可以设置为硅钢片，转子绕组为铜导条，将铜导条镶嵌在硅钢片上的方式使得变频截割电机4能够抵抗较大的谐波信号。

另外，对于电机中的绝缘结构，都采用现有技术中常用的高绝缘强度材料制成，以增强绝缘性能，避免高压击穿现象发生。电机中的轴承采用树脂绝缘轴承，也能够进一步增强绝缘性能。电机中的定子线圈可以采用铜排弯绕而成。

或者变频截割电机4可以直接采用现有技术中常用的变频调速电机，其转子绕组与变流器3的输出端连接，根据变流器3输出的电压调节电机的转速和转矩。

上述掘进机电传动系统的工作过程为：当掘进头到达工作位置时，控制器5控制预充电开关21闭合，首先给变流器3中的中间直流电路充电，当中间直流电路的电流达到设定值时，控制器5控制工作开关22闭合，整流电路将主电源1提供的三相交流电转换为直流电。逆变电路接收控制器5发出的脉冲信号，将直流电转换为三相交流电，并且调节三相交流电的电压幅值和频率。变频截割电机4接收逆变电路输出的三相交流电，根据不同的电压幅值和频率输出对应的转速和转矩，带动掘进头转动。

掘进头在转动的过程中，若遇到较坚硬的煤炭或岩石时，掘进头的转动收到较大的阻力，相应的变频截割电机4的转速下降，但转矩不变。控制器5获知变频截割电机4的转速下降时，可调节输出脉冲信号的占空比，以改变逆变电路中开关器件的通断频率，调节逆变电路输出电压的幅值和频率，以降低变频截割电机4的转速，并保持转矩不变。若煤炭或岩石的质地较软，控制器5可控制变频截割电机4以恒定功率高速转动，实现快速切割。

本实施例提供的技术方案，通过采用变流器调节变频截割电机的转速和转矩，能根据负载的变化自适应调整转速和转矩，实现平滑调节，以适应不同硬度的煤炭或延时的切割进程。并且，本实施例提供的技术方案具有无级调速、无切换电流冲击的优点，其控制方式较灵活，能实现低速恒转矩，高速恒功率运行，有效地提高了掘进作业的效率。

在上述技术方案的基础上，掘进机电传动系统还可以包括线路检测器件，用于实现对各电机的过流、过载、断相和漏电检测，以及对电源的过压和欠压起到保护作用。线路检测器件具体可包括电压传感器6和/或电流传感器（图中未画出）。

以变频截割电机4为例，电压传感器的探头并接在变频截割电机4的输入端，电压传感器的信号输出端与控制器5连接，用于检测变频截割电机4的输入端的电压，并发送给控制器5。电流传感器6的探头串接在变频截割电机4的输入端，电流传感器6的信号输出端与控制器5连接，用于检测变频截割电机4的输入端的电流，并发送给控制器5。控制器5可通过电压传感器和/电流传感器6获取到各电机输入电压的状态，若发生过流或过载现象，控制器5可以及时控制相应的开关断开，以保护各电机。

另外，在各电机的输入电路上还可以设置阻容吸收电路7，以变频截割电机4为例，该阻容吸收电路7连接在变频截割电机4的输入端，用于吸收变频截割电机4在断电瞬间产生的反向电势。阻容吸收电路7可采用现有技术中常见的电路来实现，其连接方式也可参照现有技术来实现。

针对应用于煤炭挖掘的掘进机，需符合国家标准规定的防爆等级要求，因此，本领域技术人员可以在变流器3的外围设置防爆外壳，将变流器3包覆在内部，并且变流器3中的各器件，例如接线、端子及按钮等均采用防爆器件。

上述技术方案中的控制器5可以为本领域内常用的可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC），也可以自主研发专用控制器，以实现上述功能。控制器5可以通过控制器局域网络（Controller AreaNetwork，简称CAN）总线与一操作面板进行数据交互，可以接收操作面板发来的用户指令，也可以向操作面板发送数据用于显示，达到很好的人机交互能力。若应用在煤炭挖掘中，该控制器5和操作面板也应当具备防爆能力，且具有较好的抗震能力，适用于长期恶劣的工作。

本实施例还提供一种掘进机，包括上述技术方案中的掘进机电传动系统。掘进机采用上述技术方案所提供的掘进机电传动系统，通过采用变流器调节变频截割电机的转速和转矩，能根据负载的变化自适应调整转速和转矩，实现平滑调节，以适应不同硬度的煤炭或延时的切割进程。并且，本实施例提供的技术方案具有无级调速、无切换电流冲击的优点，其控制方式较灵活，能实现低速恒转矩，高速恒功率运行，有效地提高了掘进作业的效率。

并且将其中各器件均设置为具有防爆功能，则可以适用于煤炭挖掘领域，在提高生产效率的同时，实现最大限度的保护人员和设备安全。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种掘进机电传动系统，包括主电源和开关，其特征在于，还包括：变流器、变频截割电机和控制器；

所述变频截割电机、变流器和开关依次连接，并连接至所述主电源；

所述变流器还与所述控制器连接，用于根据所述控制器发出的控制信号调节所述变流器输出的电压，以调整所述变频截割电机的转速和转矩。

2.根据权利要求1所述的掘进机电传动系统，其特征在于，所述变频截割电机中的转子铁芯为硅钢片，转子绕组为铜导条。

3.根据权利要求2所述的掘进机电传动系统，其特征在于，所述变频截割电机中的绝缘结构采用高绝缘强度材料制成。

4.根据权利要求3所述的掘进机电传动系统，其特征在于，所述变频截割电机中的轴承为树脂绝缘轴承。

5.根据权利要求1-4任一项所述的掘进机电传动系统，其特征在于，所述变流器包括依次连接的整流电路、中间直流电路和逆变电路。

6.根据权利要求5所述的掘进机电传动系统，其特征在于，所述开关包括预充电开关和工作开关；

所述预充电开关的一端连接至所述主电源，另一端连接至所述变流器的输入端；

所述工作开关的一端连接至所述主电源，另一端连接至所述变流器的输入端。

7.根据权利要求6所述的掘进机电传动系统，其特征在于，所述变流器设置有防爆外壳；

所述变流器中的各器件均采用防爆器件。

8.根据权利要7所述的掘进机电传动系统，其特征在于，还包括电压传感器和/或电流传感器；

所述电压传感器的探头并接在所述变频截割电机的输入端，所述电压传感器的信号输出端与所述控制器连接，用于检测所述变频截割电机的输入端的电压，并发送给所述控制器；

所述电流传感器的探头串接在所述变频截割电机的输入端，所述电流传感器的信号输出端与所述控制器连接，用于检测所述变频截割电机的输入端的电流，并发送给所述控制器。

9.根据权利要8所述的掘进机电传动系统，其特征在于，还包括阻容吸收电路；

所述阻容吸收电路连接在所述变频截割电机的输入端，用于吸收所述变频截割电机在断电瞬间产生的反向电势。

10.一种掘进机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的掘进机电传动系统。