电铲故障（共8篇）
电铲故障 篇1
使用DTC (直接转矩控制) 技术进行变频调速的ACS800系列变频器近年来在世界范围内被越来越多的用户选择与肯定, 这种有别于矢量控制的全新控制技术在快速响应以及控制精度上处于领先地位。
WK系列电铲采用ACS800变频器进行调速控制, 是DTC控制技术全球首次进入重装备行业, 弥补了相应的市场空白。鉴于这种控制技术在重装备行业的使用中尚无先例, 其变频器产生的故障往往会对电铲用户及维护人员产生困扰, 针对此下面就WK系列电铲使用ACS800系列变频器的常见故障进行描述分析。
1 常见故障分析
1.1 2330-接地故障或模块电流不平衡
接地电网中的接地故障, 内部电流互感器的电流和过大。
此故障虽然报警时显现于ISU整流单元的面板上, 但接地故障的原因却不局限于整流单元。LCL滤波器、整流器、直流回路、逆变器、电机电缆或电机出现接地故障, 或并联的逆变模块电流不平衡都有可能会报2330 EARTH FAULT。
处理接地故障时不能只着眼于整流单元要全盘考虑。例如:在某矿报接地故障时故障就发生于制动单元的电阻电缆, 在长时间使用后制动单元的电缆表皮磨损接地。某矿电机编码器的屏蔽层与电机电缆接头相接, 导致接地故障。整个电铲都是一个系统, 遇到接地故障时一定要全面考虑, 不光是变频器内部, 还有可能是其他机构接地导致。例如:在某矿报接地故障时故障发生原因为逆变机构电机的速度编码器屏蔽层未能固定可靠与电机三相电源接触, 因屏蔽层双端接地导致变频柜接地继电器报接地故障。
1.2 3210-直流母线电压过高
遇见此故障需检查外部供电电压是否正常, 检查逆变器相关参数 (如:加减速时间等) 是否在合理范围内, 检查制动单元和制动电阻是否正常。
1.3 CHARGING FLT-直流母线欠压
由于电源缺相, 熔断器烧断或整流器内部故障, 导致中间直流母线欠压。
首先检查供电电源是否有故障或是熔断器、断路器有故障。其次检查电源电压, 一般矿上的供电网络都不太稳定, 由于电网挂载设备较多, 电压突然拉低的状况时有发生。建议将变压器二次侧输出电压调整至略高于690 V的档位。然后检查欠压限幅值是否太小 (30.12) 。
对于使用二极管整流 (无电网回馈、非四象限) 的电铲还需要检查逆变器的相关设定参数是否正常。使用IGBT的ISU整流单元为四象限整流可回馈性整流单元, 直流母线电压由参数设定基本保持稳定。
1.4 2310-输出电流超过限幅值
报2310故障, 首先查看负载状况, 是否超出设计范围。其次检查逆变器加速时间, 是否设定的时间过短。再次检查电机和电机电缆, 是否有接地或短路故障, 相序是否正确等等, 还有集电环等相关位置是否接地。最后检查电机速度编码器及其接线, 是否有干扰或破损。
某矿曾报2310故障, 检查发现集电环刷架偏移, 导致电机电缆接地。
1.5 7301-电机编码器故障
脉冲编码器和脉冲编码器接口模块之间的通讯, 或模块和传动单元之间的通讯出现故障。
可能的原因有很多, 如:电缆松动、短路或破损、通信超时、脉冲编码器模块不完整或是内部计算速度与实际测量速度相差太大等等。所以检查时要注意光纤和编码器电缆是否正常, 检查是否有较强的干扰源, 检查编码器接线, 是否A、B通道接反了, 检查编码器脉冲数是否设置正确等等。
某矿曾出现编码器电源线破损后短路报故障7301, 将电缆破损处理后恢复正常。在实际使用时发现ACS800系列变频器的电机编码器回路比较容易受到干扰, 所以屏蔽层必须可靠接地且在安装时尽量远离各类干扰源。
1.6 7121-电机堵转故障
7121 MOTOR STALL故障原因可能是过载或是电机功率不足。堵转时间设置太短, 电机抱闸未能完全打开以及编码器松动或脱落等等。
出现故障后应先检查负载是否超出设计范围, 检查堵转时间设定是否在合理范围, 检查电机抱闸是否完全打开以及检查编码器的状况是否良好。
检查编码器时可以先将控制方式设定为开环, 如果系统正常则可以判定编码器回路有问题。如改为开环后系统仍然有问题, 则可以判定不是编码器回路的故障。
在实际使用时一定要注意矿方提供的采掘面的松软程度, 在国外某矿因为天气极度严寒且不使用炸药松动, 采掘面极其坚硬导致电铲无法正常工作。现场采掘面是否过于坚硬可以观察电铲逆变器电流是否达到上限, 若电流频繁冲击上限建议更换作业面。
1.7 4310-过温故障
4310 MOTOR TEMP故障原因可能是过载、电机功率不足或是冷却不充分导致。
一般来说先检查冷却风机的运行状况, 鉴于电铲的实际运行温度较高且灰尘较大, 模块风机的损坏率相对一般工厂环境要高许多, 经常性出现风机损坏后逆变器报4310故障, 更换后恢复正常。对于这种状况现场应加强防尘及清理工作, 定时点检。
1.8 整流单元无法启动
关于整流单元无法启动其实原因有很多。处理方法为:先将变频柜启动方式改为本地启动 (控制柜内部开关F81打至OFF挡) , 再一次启动后如果能正常启动的话则说明外围 (PLC控制部分及电路) 有故障, 需检查PLC程序内部相关变频器启动条件是否都达到了启动要求。若是本地启动也无法正常启动, 则说明整流柜启动部分有故障存在, 需处理。
若是变频器的问题导致无法启动, 则首先应该检查柜门上的电气分断开关和电气停止开关是否处于断开状态或是辅助触点损坏。其次检查安全继电器是否正常。某矿曾经出现过安全继电器损坏的先例。鉴于安全继电器有一定的保护作用, 所以建议损坏时及时更换再使用。但若是紧急状况下, 可以使用普通继电器或是接触器短时间替换使用。再次检查柜内元件是否正常, 例如风机开关、热继电器保护、预充电电阻等等是否正常, 因为相应元件的辅助触点都串在了启动回路里。最后检查主接触器的好坏。某矿曾出现过主接触器的线圈无法正常吸合。
1.9 整流单元无法关停
出现此故障的话检查主接触器的分离线圈, 某矿曾出现过分离线圈损坏的先例。
2 总结
本文列举的故障虽然是WK系列电铲的常见故障, 但也可用于其他系统的维修与维护工作。这些故障是我在工作中遇到的常见故障, 还有许多其他故障就不一一列举了。望广大电铲用户和维修人员能够从中借鉴, 找到检查故障原因的方法和思路。由于水平有限, 文中的不足和错误请给予批评与谅解。
参考文献
[1]苗根蝉, 刘晓星.WK-35电铲的电气故障类型与自诊断系统[J].机械工程与自动化, 2010 (6) :125-127.
[2]张燕宾.SPWM变频调速应用技术[M].北京:机械工业出版社, 2005.
电铲故障 篇2
关键词：IGBT；电气系统；IGBT故障；措施
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），中文叫做绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件， 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，IGBT模块是6SE70系列产品中的逆变器，制动单元AFE变流器与OCP保护器所使用的主要功率器。由于IGBT的耐过流能力与耐过压能力较差，一旦出现意外就会使它损坏。在WK-35电铲电气线路中整流和逆变系统都运用到IGBT来控制局部线路的关断和闭合，一旦IGBT损坏，交直流无法正常转换。
一、IGBT发生故障的主要原因
（一）汇流排耳子接地
WK-35电铲的逆变柜和整流柜中，IGBT用导电膏粘连在汇流排上，受汇流排电流和电压变动影响。汇流排是在主机板上，用来汇集所有资料，并将之传送出去的一个中继站。当单相汇流排上的绝缘卡柱断裂时，固定在卡柱上的铜质耳子就会来回摆动，摆动过程中会触碰到附近的金属件，碰触会导致该电器柜内直流母线接地，IGBT两端电压过大，进而导致IGBT击穿。
（二）母线排与IGBT之间的绝缘纸
在逆变柜中母线排与IGBT靠绝缘纸相连，使母线排和IGBT不能挨在一块，以免引起相互放电，造成IGBT损坏击穿，所以这张绝缘纸的可靠性对IGBT的保护起着尤为重要的作用。但事实是，绝缘纸常时间在高温下作用，性能会随着时间慢慢的减弱，有些时候电铲作业时，振动加剧就会导致绝缘纸破损，使得母线排和IGBT接触放电，IGBT击穿。
（三）IGBT模块因过电流损坏
1、IGBT有一定抗过电流能力，但必须注意防止过电流损坏。IGBT复合器件内有一个寄生晶闸管，所以有擎住效应。IGBT的等效电路，在规定的漏极电流范围内，NPN的正偏压不足以使NPN晶体管导通，当漏极电流大到一定程度时，这个正偏压足以使NPN晶体管开通，进而使NPN 和PNP 晶体管处于饱和状态，于是寄生晶闸管开通，门极失去了控制作用，便发生了擎住效应。IGBT发生擎住效应后，漏极电流过大造成了过高的功耗，最后导致器件的损坏。
2、变频器输出测发生短路，接地，负载太大，加速时间太短，导致过流，损坏IGBT模块。
3、控制电路处逻辑受干扰，导致上下桥臂元件直通，IGBT模块损坏。
4、光纤松动，触发不良，错误信息导致IGBT误导通及运行不稳定导致IGBT误导通，变频器报过流故障，复位作业，导致IGBT模块损坏。
（四）IGBT模块因过电压损坏
1、IGBT在关断时，由于逆变电路中存在电感成分，关断瞬间产生尖峰电压，尖峰电压过压则可造成IGBT 击穿损坏。
2、通常是线路杂散电感在极高的di/dt作用下产生的尖峰电压而造成IGBT模块损坏。
3、变频器逆变功率模块IBGT受到较强的瞬间过电压，造成过压损坏。
（五）IGBT模块因散热不良损坏
1、变频器在运转中突然发出爆炸声响，同时外接保险烧毁，拆机发现变频器的IGBT模块损坏。经过推断确定为变频器的IGBT模块因散热不良导致其损坏。
2、当停机几天后，粘在电路板上的灰尘返潮，這时送电电路板容易打火而损坏，导致炸机，IGBT模块损坏。
3、变频器长期不维护，集满灰尘，散热变差引起变频器炸IGBT模块。
4、模块的损耗十分巨大，热量散不出去，导致内部温度极高，产生气体，冲破壳体，导致IGBT模块爆炸。
5、IGBT不能完全导通，在有电流的情况下元件损耗增大，温度增加导致损坏。
6、人为因素导致IGBT模块损坏，例如：进线接在出线的端子上，变频器接错电源，没按要求接负载。
（六）其他原因
1、电路中过流检测电路反应时间跟不上。
2、工艺问题：铜排校着劲、螺丝拧不紧等。
3、电机冲击反馈电压过大导致IGBT爆炸。但对于充电时爆炸的情况发生的概率不是很大。
4、电机启动时，输入测电压瞬间跌落，电容放电。输入测电压恢复后电容充电时的浪涌电流过大致使IGBT爆炸 。
5、由于变频器滤波电容的老化，使得容量变小也会造成变频器逆变功率模块IBGT的损坏。
6、变频器逆变功率模块IBGT的触发电路的故障引起的损坏。
7、由于变频器逆变功率器件的自身质量及寿命的原因。
二、IGBT发生故障的主要解决措施
（一）是保证汇流排耳子不再接地
实验发现给汇流排耳子下方垫一个绝缘块，可以当汇流排上的卡柱因电气柜过热时断裂也不会碰触到附近的金属件，彻底杜绝汇流排通过耳子接地。给汇流排耳子增加一个绝缘块，缩减了单位空间内的散热面积，影响汇流排散热。局部范围内汇流排不会因绝缘块的增加而高温。因此，增加绝缘模块是切实可行的有效办法。
（二）避免电容组检测线被磨损
电容组检测线的保护也是用类似的办法，但也不尽相同。一方面跟电气柜高温，线路绝缘皮耐高温性差有关。解决这方面的办法就是将线路绝缘层改成更耐高温的绝缘层。另一方面电容组检测线连接电容和平衡电阻，线路过短，导致长期处于紧绷状态，线路容易通过与电路板的摩擦将绝缘层磨掉，最终导致接地。
三、结论
我们在对某台WK-55实际改造完成后，观察该铲的运行状况，发现IGBT的击穿频率大大降低，因为上述外部原因造成的击穿没有发生。从结果上来看，改造是成功可行的，节省了大量的人力物力财力。建议推广应用到其他WK-55电铲，这对于降低WK-55的IGBT击穿，减少电气故障率，增加设备出动率都是极为有利的。
参考文献：
[1]王兆安，黄俊.《电力电子技术》[J].机械工业出版社.
[2]刘晓星.《变频挖掘机电气维修手册》[J].太原重型机械集团.2010.
电铲故障 篇3
当前大多数国产大型矿用电铲上位机画面不能全面地显示故障, 不能同步显示故障与故障对应的类型, 不能智能弹出故障的解决办法;对故障记录的判断和触发较为复杂。随着电铲设计水平的不断进步及客户要求的不断提高, 要求能够对电铲中所使用的各种变频器在运行过程中发生的故障及时、准确、自动地在上位机画面中显示, 并能提供给用户有价值的故障处理办法。
1“TIA Portal”
博途 (TIA Portal) 是西门子工业自动化集团发布的一款全新的全集成自动化软件, 它是业内首个采用统一的工程组态和软件项目环境的自动化软件。基于TIA博途平台的全新SIMATIC WinCC V12, 支持所有设备级人机界面操作面板, 包括当前所有的SIMATIC触摸型和多功能面板、新型SIMATIC人机界面精简及精致系列面板, 也支持基于PC的SCADA (监控控制和数据采集) 过程可视化系统。
本设计方案基于博途V12平台, 通过该平台可在TP1200等触摸屏系统中安装中文字库, 实现了电铲设计中使用TP1200制作上位机画面时可以正常显示中文字体的功能。
2 画面设计
在电铲画面设计中, 要求能够实现变频器“故障代码自动传送并显示”、“故障简单说明自动显示”、“故障解决办法独立显示”以及“故障记录自动生成和保存”功能。
在博途软件中, 使用I/O域即可实现变频器的“故障代码自动显示”, 而其他3个显示的实现比较困难, 需要自行开发, 用较少的设计成本实现自动显示和记录的设计目的。
2.1 故障简单说明自动显示
当电铲设计采用西门子S120变频器时, 其装置故障代码相当多, 因此本文通过文本列表的创建、文本条目的导入和符号I/O域的自动调用来实现“故障简单说明自动显示”。
首先, 通过西门子下载中心得到中文网页版S120故障库文件, 通过解析软件将其解析为.csv格式的文件, 然后转化为内容能正常显示的Excel格式的S120故障库。其次, 在博途软件中打开文本列表, 利用其固有的格式, 将前面转化好的Excel格式的S120故障库中的内容进行复制并粘贴, 并保存文件。接着再次导入到博途平台中, 就得到了显示所有西门子故障代码和简单说明的文本条目。最后, 在新建的画面中使用符号I/O域, 关联故障变量, 并调用包含故障简单说明的文本列表实现故障简单说明的自动显示, 如图1所示。
2.2 故障解决办法独立显示
对于电铲运行中出现的任何一个变频器故障, 客户都希望得到对应的故障解决办法。通过反复比较试验, 本文选择用脚本编写变量组合程序, 实现一次设计统一调用。
首先将故障传送变量改变为字符串变量, 然后添加到新的字符组变量中, 组合形成一个网页地址的字符串变量, 具体内容需要根据网页的地址来编辑组合字符串变量。
编写脚本后, 实现了当变频器发生不同的故障时, 脚本网页地址即是当前故障变量所对应的故障解决办法网页地址。
最后, 在电铲上位机画面中设计一个“故障说明及解决办法”按钮, 在此按钮属性事件中, 通过调用此网页脚本即可实现点击统一的按钮, 针对不同的故障就能对应显示其故障原因和解决办法的网页。
如图2所示, 当发生故障1000, 故障代码显示1000, 故障说明也自动显示, 点击“故障说明及解决办法”按钮, 系统会自动弹出故障1000对应的故障说明及解决办法网页。
如图3所示, 当发生故障1001, 故障代码显示为1001, 故障说明也自动显示。如需获得1001的故障说明及解决办法, 则同样点击“故障说明及解决办法”按钮, 系统会自动弹出故障1001对应的故障说明及解决办法网页。
2.3 故障记录自动生成和保存
故障记录的生成需要触发变量进行触发, 对于不同的故障也就需要不同的触发条件。本文通过大量的创新实验, 提出了使用故障变量触发内部变量来实现嵌套触发“故障记录自动生成和保存”的办法。
如图4所示, 首先在故障变量属性中设计一个让内部变量的值随着故障变量的变化而自动循环的事件, 然后通过该内部变量来触发报警故障记录, 实现故障记录的自动生成。如图5所示, 报警故障记录记录和保存了电铲运行中发生的不同故障。
上述设计避免了通过编写模拟离散故障库来实现故障记录的生成和保存。与当前进口电铲使用库文件设计报警故障记录的办法相比, 本方案节省了库文件的创建时间和成本, 因此本文提出的嵌套触发方案更方便有效。
3 总结
本设计方案使用I/O域实现了变频器“故障代码自动显示”;使用符号I/O域通过调用文本列表来实现“故障简单说明自动显示”;使用脚本调用网页地址来实现“故障解决办法独立显示”;使用故障变量触发内部变量来实现“故障记录自动生成和保存”。
本软件的开发将使得大型露天矿电铲在使用中更加智能、方便, 使故障的排查和解决更加及时有效, 从而增强了国产矿用电铲在国际市场中的地位。
参考文献
[1]吴作明, 杜明星.深入浅出西门子STEP7[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2012.
[2]王宁, 吴利涛.深入浅出西门子人机界面[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2011.
电铲故障 篇4
我国WK系列电铲经过近50年的发展,规格从WK-4、WK-10发展到WK-20、WK-35、WK-55,传动系统也由直流传动发展到交流传动,控制系统由继电控制发展到以PLC为核心的集中控制,故障诊断也从几块电表发展到现在功能齐全的人机界面监控。
1 WK-35的电控系统
WK-35电铲的电控系统由“综合监控HMI+PLC+变频传动”组成。HMI综合监控系统检测和显示电铲的运行状态,PLC实现整铲运行的时序逻辑控制,变频传动驱动各机构协调动作,实现电铲的可控运行。
1.1 WK-35的动力系统
由矿山采场变电所提供的高压(6 kV或10 kV)电源,经过高压集电器、高压控制柜及主变压器降压后,接至两套AFE整流回馈柜。两套AFE整流回馈柜并联运行,并联后的直流输出母线作为公用直流母线,为各机构逆变器提供直流电源,逆变器通过电动机给电铲各机构提供动力,形成AFE整流/回馈公用直流母线变频调速系统。能量再生式(回馈式)公用直流母线变频调速系统如图1所示。
1.2 WK-35的控制系统
控制系统以PLC为核心,采用PROFIBUS DP现场总线控制方式。CPU通过PROFIBUS DP现场总线获取各机构逆变器及AFE整流回馈单元的运行状态和故障信息;通过开关量输入模块获取配电与辅助回路运行状态与故障信息、安全保护与行程限位信息等;通过模拟量输入模块获取轴承及电机绕组的温度等信息;经逻辑比较与数据运算后,通过相同的路径对整个电气系统进行控制。WK-35电铲控制系统的组成如图2所示。
2 WK-35故障类型
WK-35电铲的电气故障主要可以分为两大类:一类为可复位的故障,它是由于超过保护限值保护器件动作引起的;另一类为电气元器件损坏引起的故障,这类故障为不可复位的故障。
2.1 可复位的故障
2.1.1 辅助电机的热保护
热继电器是电流通过发热元件产生热量使检测元件受热弯曲而推动机构动作的一种继电器。它主要用于电动机的过载保护、断相保护和三相电流不平衡运行的保护。热继电器一般按电动机的额定电流来选用。热继电器的整定值应等于0.95倍～1.05倍电动机的额定电流,或者取热继电器整定电流的中值等于电动机的额定电流,然后进行调整。投入使用前必须对热继电器的整定电流进行调整,以保证热继电器的整定电流与被保护电动机的额定电流相匹配。
2.1.2 断路器保护
断路器可以用来接通和分断正常的负载电流、也可以用来接通和分断短路电流,它在电路中可以起短路和过载保护作用,当电源线路及电动机发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路。在WK-35电铲中为了能及时掌握其状态,PLC对各开关状态进行检测,一旦发现它们不在闭合位置,PLC将发出报警信号。
2.1.3 油流、限位等状态保护
WK-35电铲高压启动后,提升减速机和回转机构减速机的稀油润滑泵将启动,AFE整流装置启动后,将对其进行检测,在油泵电机过热或无油流时将进行报警;同时,对于梯子状态也将进行检测,发现梯子未到工作时的状态将进行报警。
2.1.4 逆变器的各种保护报警
WK-35电铲使用的变频器均是目前最先进的工业型产品,具有完善的自我保护功能,如电机过载、变频器温度过高、短路等都会自我保护,并使机构停止运行。
2.2 由于连接不良引起的故障
电铲在工作时振动较大,而电气连接点又很多,既有电气的连接也有光纤的连接,既有动力回路的连接也有控制回路的连接,这些连接点很容易发生接触不良的现象。光纤连接存在于西门子的调速柜,它的故障将导致逆变器控制信号无法在逆变柜内传递,引起功率元件无法触发等故障,可以使用逆变器维修专用测试盒进行故障的查找,或使用无水酒精清除灰尘。动力电缆连接松动可能引起电缆和接触点发热等现象,严重时可能会烧毁电缆和其连接件。控制电缆连接的松动可能会引起电器元件的反复动作而损坏设备,逆变器的启动等信号在程序中有保护,其他部位需要维护人员在点检时及时发现,点检需要每天停铲时进行,必要时还应该在运行时对设备进行检查。
2.3 不可复位的故障
这类故障主要有变频器、PLC、低压电气元器件的损坏以及电缆短路或断路等。这类故障需要根据电铲的原理图及元器件的使用说明书进行仔细的排除。表1、表2列出了逆变器和AFE的常见故障及解决的方法,其他故障可以参照逆变器使用大全和AFE整流/回馈单元使用说明书中的“故障和报警”一章进行修理。
3 WK-35的自诊断系统
WK-35的自诊断系统由PLC和位于司机室的人机界面HMI组成,PLC通过其输入模块和PROFIBUS网路采集现场的信号,经过CPU处理将故障信息通过人机界面输出,当系统发生可复位的及部分不可复位故障时,系统就会进行报警提示。实时故障提示界面如图3所示。对于曾经出现的故障可以通过历史故障界面进行查询。
3.1 电铲运行状态监测
电铲除可以进行实时故障提示和历史故障查询外,还可以通过综合故障监测、润滑系统故障监测、辅助电机故障指示、通讯故障和逆变器启动信号监测、逆变器故障监测及逆变器状态等界面对系统运行状态及故障进行查询及监测,综合状态监测界面图如图4所示,指示灯红色提示发生了故障,需要进行修理,绿色表示正常。
3.2 电铲的故障速查
电铲启动时,电铲司机除了可以通过上述界面进行故障查找外还可以通过故障速查的方式迅速找到AFE整流单元不启动及各机构制动器打不开的原因。通过点击“故障速查”按键进入故障速查界面,迅速找到故障原因,也可以通过点击故障点进入下一级界面,进一步确定故障点。该画面包含了电铲各机构动作的连锁控制状态,如制动器的状态监控界面,通过该界面可迅速找到制动器打不开的原因,同样也可以进一步点击故障点,进入下一级界面,快速确定故障点。
4 故障的排除
4.1 WK-35辅助机构故障的确定与排除
控制系统的电气故障均可以通过上述的状态监测和故障速查及时查到,根据界面上的提示加以处理。如电机过热继电器动作往往是由于电机过载或电机故障引起的,有时电机单相运行也会引起热继电器动作;断路器跳闸大多数是由于短路或单相接地引起的。
4.2 WK-35调速系统故障的确定与排除
变频器的故障及警告可以通过故障信息帮助界面或装置上的PMU读出,对于几种常见的故障可以在人机界面的下一级界面查到,不常见的故障需要维护手册或变频器使用大全上的提示查找故障原因进行修理。逆变器故障描述及解决措施如图5所示。
5 总结
电铲故障 篇5
1 变频器的原理
1.1 什么是变频器
变频器是由三相工频电源变换成直流的整流器和将直流变成电压可变的逆变器组成, 进行三项鼠笼感应电机调速控制的装置。
变频器是通过改变交流电机电源的频率及电压来实现调速的:电机同步转速n0=120×变频f/电机极数p。
1.2 变频器的主电路
6SE70系列变频器主电路的组成, 是交流变直流, 直流变交流电压的变频器。主要由三大部分构成, 分别为:�将工频电源变换成直流功率的AFE整流。�吸收直AFE整流和逆变器产生的电压脉动的滤波电路。�将直流功率变换成交流功率的逆变器。�制动单元。
2 变频器的结构特征
变频调速电气系统在电铲中的应用, 主要包括AFE变频传统系统、PLC现场总线以及上位人机界面三大部分。在上位人机面中, 对整个机器、系统的运行状态进行监控, 实时反馈故障信息, 并显示模拟状态, 完成故障自诊过程。将变频器与AFE整流回馈单元中的机构逆变器、司机控制室等连接, 完成整个分布控制过程。在AFE整流回馈单元中, 利用公用直流母线和逆变器相连接, 强化各个结构中变频电动机运行速度、转矩的控制, 其中能量再生式 (回馈式) 变频传动调速动力系统。
2.1 AFE整流回馈单元
将主变压器二次侧的3AC690V电源直接与AFE整流柜相连接, 同时将两套整流柜以并联形式运行。当二者并联之后, 直流输出的母线作为公用的直流母线, 给各个结构逆变器提供直流的电源支持。在机构逆变器中, 与公用的直流母线相连接, 共同形成变频调速系统。
2.2 AFE整流回馈单元的技术特征
在AFE整流回馈单元中, 其技术主要具备如下特征:
1) 不会对电网产生任何谐波干扰, 因此位于网侧的电流比较小, 可以实现最佳能量的转换过程;
2) 在AFE能量回馈过程中, 不会产生逆变性失败问题, 且由电动状态转变到发动状态是无效的。
3) 对于公用直流母线的电压来说, 应注意保持恒定性, 不会受到电网中电压波动的影响作用, 因此可确保逆变器、变频电动机等达到最佳状态。
3 WK35电铲变频调速系统
3.1 提升机构
采用两台850KW变频电动机和两台1000KW变频器。在两台电动机之间以硬轴作为连接, 发挥机械耦合作用下的双电机传动效用, 保障两台电动机转速一致性;由于该系统中分别应用两台逆变器作为驱动, 因此需采取一定措施保障电动机的做功相等, 实现电动机速度的优化控制, 且提高出力均匀性, 实现有效配合。
3.2 推压机构
变频电动机以速度闭环矢量控制方式为主, 可有效保障挖掘过程中的切割力。对于推压电动机来说, 可以在90%的速度范围之内实现最大转矩输出, 同时保持切割力的稳定性。与直流系统相比, 极大改进挖掘切割能力, 提高挖掘过程中的满斗系数, 保障作业效率。
3.3 回转机构
采用两台变频450KW电动机, 1000KW逆变器, 回转机构由一台逆变器驱动两台变频电动机, 两台电动机的输入电压都由同一个逆变器提供, 因此二者的转矩、电流等基本持平, 可保障电动机之间实现均衡性作业。
3.4 行走机构
分别应用两台500kw的电动机, 且实行独立驱动;其中1#行走电机和1#提升电动机共同使用一个逆变器, 而2#行走电机和2#提升电动机共用一个逆变器。
4 故障浅析
1) 2010年3月20日午夜1时左右, WK-35电铲出现故障AFE无法启动, 经过检查发现AFE滤波柜中的滤波电容以及接触器K4和接触器K7烧毁导致AFE无法启动。
对故障产生原因分析如下:
电铲在陷铲的情况下, 如果还要继续行走, 行走电机就处于堵转状态而且时间持续较长, 电动机将转变成发电机开始发电, 此时逆变器将成为整流器, 原来的整流单元将成为逆变单元, 将电动机发的电流回电网中, 如果产生的电流较大, 就会使接触器触点粘死, 并且还会损坏滤波电容和保险。
2) 2009年10月7日下午13点WK-35电铲在作业过程中报回转逆变器故障, 逆变柜PMU面板显示F002故障。
F002故障号的含义:
a.在预充电时达不到80%的最小直流母线电压。
b.超过3S的最大预充电时间。通过对逆变柜的检查发现四个直流母线快熔烧损, 将第三相的电容组拆下后, 发现SMU板和SML板也被烧坏。
经西门子服务人员对逆变柜的测试发现, 有一组IGBT损坏, 10月7日将两块SMU板和SML板、一组IGBT更换后电铲正常作业。
可能产生的原因:a.由于IGBT过热, 使SMU和SML板过热后短路导致烧坏。b.由于SMU和SML板积有尘土形成短路。 (在日常除尘时, 无法对SMU板和SML板处进行除尘)
3) 2009年12月19日17点电铲在运行时 (铲斗在下放过程中) , 司机听到电气室内传出“砰”一声响, 显示屏上报提升逆变器故障。
经过检查发现母线上的四个保险损坏、W相的电容组有一个已经炸开、铜排严重变形, 12月22日西门子服务工程师用MasterDrive测试盒进行检测, 发现分压电阻、分压电子板已经损坏, 对IGBT进行耐压测试均正常, 将损坏的备件更换后, 通电带负载测试电铲工作正常。
导致故障的原因:1) 铜排间的绝缘板绝缘度下降使两极短路造成电容组炸开。2) 由于电铲作业产生震动将绝缘板磨薄使两极短路而造成。3) 电容组本身存在质量问题。
存在问题:
通过处理此次故障检查发现逆变柜内的积尘较多, 容易造成短路故障。
个人建议:1) 西门子逆变柜在质保期内应要求厂家定期对柜子进行维护保养。2) 西门子逆变柜出质保以后, 我们要每隔1000小时对柜子进行一次强制维护保养 (维护时间需要8小时左右) 。
5 结语
495HR电铲开斗系统改造 篇6
由BUCYRUS公司生产的495HR电铲是哈尔乌素露天煤矿进行岩土剥离及煤炭开采的主要采掘设备, 单铲容量是60.4m3。铲斗是495HR电铲的重要组成部分, 在设备运行过程中斗门承受着较大物料冲击力及摩擦力的作用, 因此开斗系统各部故障较为频繁。
495HR电铲的开斗系统三角铁设计上是用来固定和调整开斗钢丝绳的。斗门在开启和关闭的过程中, 设计本身的问题和司机的操作不当导致开斗三角铁磕碰大臂缓冲和岩石时使三角铁变形、掉落。重新安装三角铁需要耗费大量成本和人员、设备。为了方便检修, 提高设备出动率, 节省生产成本, 检修人员通过分析设备工作原理、故障成因, 将开斗系统加以改造。
2 开斗系统故障原因分析及解决办法
495HR电铲开斗系统是整个设备上最为活跃的一部分, 挖货和卸货过程需要斗门频繁开启、闭合。图1所示为当拉板长度正常时, 铲斗与大臂缓冲的位置关系。
在回拉铲斗的时候铲斗和大臂是平行的, 而三角铁是正对大臂缓冲的, 司机操作稍有不当就会磕碰三角铁。只有改变铲斗和大臂的角度才能使三角铁和大臂缓冲的位置错开。我们发现改变拉板的长度是可以改变铲杆与铲斗的角度, 角度发生了改变, 在回拉铲斗时, 大臂缓冲与开斗三角铁的位置就发生了改变, 不再是平行的关系。
我们发现了两个问题:a 495HR电铲在设计的时候, 角度是经过反复测量最优化的, 是最有利于挖掘的, 改造需要与设计公司申请, 审批的时间比较长, 司机在操作上也需要很长时间的适应;b改造成本过高, 设备需要长时间停下试运行, 维修人员长时间的测量和计算最合理的角度, 再不断的下料、制作拉板、更换等繁琐工序。综上两点原因, 该改造方案不可取。
有一点需要说明的是, 铲斗的推出与回拉是靠两根钢丝绳来实现的, 因此左右有一定角度的旋转角度。人们会认为铲斗前面的两根提升钢丝绳对铲斗的作用力会使其不旋转。事实上, 在挖货的过程中, 提升钢丝绳是受力的, 它和铲杆的相互作用力可以控制其不旋转;但在回勺时, 提升钢丝绳和铲杆没有相互作用力。
综合理论分析和现场维修经验, 我们认为将三角铁重新改造从成本控制和实施难度上较为合理, 因此提出了开斗三角铁的改造方案。
2.1 改变三角铁的形状和尺寸。
以上分析看出, 当铲杆发生左右旋转时开斗三角铁还是会磕碰到大臂缓冲的, 所以这个办法虽然能起到一定效果, 但不能从根本上降低或杜绝故障的发生。因此仅仅改变形状和尺寸是不够。
2.2 改变开斗三角铁的位置。
难点是将三角铁置于何处才能使得无论司机怎么操作都无法磕碰到三角铁。通过现场观察, 我们发现铲斗斗门上有一对对称的弯刀, 它到斗门平面是有一定的距离。相对大臂和铲斗来说这个位置是一个死角, 无论铲杆怎么旋转都不会磕碰到。因此我们将改造开斗三角铁的位置就选在这个死角。
开启斗门的力是固定不变的, 开底绳的作用力通过动滑轮作用给开底横梁, 动滑轮两侧受力是等同的, 相对打开斗门的力是减半的, 设计本身来说会延长开底绳的使用寿命, 因此动滑轮这个环节虽然故障也较为频繁, 我们在没有更好的解决方法之前仍然要保留该设计。
通过反复试验, 最终我们选取10T的‘U’型环加以改造替代三角铁。改造后底座越小越好, 方便维护降低成本。设计上要求底座能长时间使用而不损坏。而‘U’形环的作用是在固定开斗钢丝绳时不会有剪切钢丝绳的现象, 为了能保证焊接的质量, 对40mm和30mm的钢板及斗门固定位置进行了打磨处理。将‘U’型环焊接在死角上时在正常标准150mm足够的情况下我们加长了30mm。
3 使用效果和经济效益
开斗系统改造前, 保守统计, 平均每年更换三角铁耗费的成本达43。2万元, 平均每年更换三角铁所花费的检修时间达576个小时。更换三角铁不仅耗费价值不菲的生产成本, 还占用大量的检修时间, 非常影响设备出动率。更换三角铁还需要1台吊车设备、至少1名焊工检修人员。
开斗系统改造完成以后, 效果极为显著, 首先是替代三角铁的‘U’型环不再像过去那样频繁损坏, 平均一年更换‘U’型环耗费成本3200元, 更换‘U’型环花费的检修时间仅为8小时。
开斗系统改造后, 原类似故障基本不再发生。我们并没有看到因改造产生的开斗系统其它故障。改造提高了设备出动率。在一台495HR电铲上改造完成, 看到效果后, 已在其它三台495HR电铲推广。仅四台495HR电铲因改造开斗系统节省下的时间能够剥离的岩石达93.7万立方米。哈尔乌素露天煤矿年任务剥离量是13213万立方米, 仅实施该项改造就相当于完成了0.7个百分点, 新检修工艺所创造的经济价值可见一般。
电铲故障 篇7
高村铁矿技术人员成功对电铲行走总进气万向气接头进行了改造。该矿电铲由于近几年超负荷运转,陆续出现一个共同问题,即中央枢轴处的万向气接头密封组件磨损漏气,造成整个车下行走部分无法正常工作。由于在万向气接头上部有高压集电环和低压集电环,要更换万向气接头内部的V型组合密封圈,就必须将整台电铲断电并从外部变压器引入维修用电,再将外部护罩和高、低压集电环及各电缆接头拆除才能更换,检修过程繁琐耗时。技术人员通过技术攻关,将原有气接头作为底座,对高压集电环的顶盖车削改制,把新的气接头安置于其上,且处于护罩之外。再将高压风管套上绝缘套管,从高低压集电环、原气接头、中央枢轴的中心通至车下行走部分进行供气。改造工艺简单、成本低廉。
电铲故障 篇8
1 我国露天煤矿电气传统系统的应用现状
目前, 我国现有的电铲基本上为高压原动机一发电机一电动机组拖动, 该方式缺点较多, 主要表现为: (1) 机组为机电机能量转换效率低, 电能损耗大, 噪声大; (2) 分离元件的继电控制系统难以满足电铲的挖土机控制特性, 经常造成电机烧损; (3) 电气系统维护工作量大, 维护费用高, 生产作业率低。传统的调速系统是由模拟电路和晶闸管来实现的。随着数字控制的发展和新型电力电子元件的出现, 微机数字控制系统已广泛应用于直流调速领域, 并以其调速方便, 精度较高等优点逐步取代模拟控制。
2 原电铲电传动方式及新型电气传动方式的对比分析
2.1 原有的系统不足分析
露天电铲的工作现场环境是非常恶劣的。在工作的过程中, 经常随机地遇到坚硬的石头或铲斗过满而过载, 要求电枢电流不能超过电动机额定电流值, 即要求电动机能自动限制堵转电流。堵转时无力, 遇到大块无法铲起、拨动, 或堵转电流失控, 无法控制在设定值内, 导致原动机发电机烧毁。这是直流发电机一电动机组系统无法克服的缺陷。现场运行情况表明, 原有的系统常常出现堵转力矩不够, 直流电机, 直流发电机, 甚至异步电动机烧毁现象。可以说这是由系统的固有弊端所致, 当负载较轻时, 异步电动机的转速基本不变, 接近同步转速, 当负载较大时, 转速会下降, 当负载超过最大转矩时, 会出现垮转现象。从系统工艺机构看, 由于该系统需要旋转变流机组, 其中至少需要两台与调速电动机容量相当的旋转电机, 还要一台励磁电机, 因而存在设备多、效率低、运行噪音大、维护不方便、故障高、故障损失大等特点。从现场环境来看, 温度高 (可达70a C) 、粉尘大、震动大、负载变化大、工作时间长等特点因粉尘和震动引起的故障较多。
2.2 电铲新型电气传动方式
原系统存在电能一机械能一电能转换, 发电机到电动机之间能量转换很小, 所以能量损耗很大。新系统取消串连发电机组, 用全数字化直流驱动装置直接控制直流电机, 系统不存在能量转换中间过程, 节能效果明显;提高了调速性能, 系统特性硬, 出力大, 能够在很宽的范围内高精度的调速和控制, 可以采取一些模拟电路难以实现的控制规律和控制方法, 例如各种的最优控制, 自适应控制, 复合控制等变得十分的容易了, 从而使系统的控制性能得到了最大的提高;提高了运行的可靠性:当堵转时, 工作电流达到1200安培, 而电压几乎降低到最低限度, 如果保护系统正常时, 对发电机、电动机应有所保护, 但由于励磁回路是一个大惯性环节, 系统反应慢, 再加之继电接触器电路故障点多, 保护电路很容易失控, 如果保护电路失控常常会烧毁发电机和电动机。原系统有相当多的元器件, 如电阻等, 其工作点会随着季节的变化而变化, 人为的因素也会对整个控制系统产生严重的影响。而全数字化电路抗干扰能力强, 不易受温度等外界条件变化的影响, 没有温度飘移的问题, 其调整只是改写数字量, 一旦设置了安全密码, 无关的人员是无法改变设置的;易于维修:对于原系统, 由于在整个生产过程中发电机组不能停机, 因此电能损耗大, 噪音大, 一旦发电机组烧毁检修和更换机组时, 需要起重机械和运输机械到现场作业, 整个系统电器维修工作量大, 维护方式复杂, 维护费用过高。新系统运用计算机的存贮、显示、记忆等功能, 可以对系统进行的运行状态进行检测、故障诊断、显示和记录, 并对发生故障的时间、性质和原因进行分析和记录, 所以维修很方便;电铲的操作习惯、操作工艺和机械部分工艺不变, 司机室各主令开关点以无源点直接进PLC或现场总线远程I/O站点。
3 智能电气传动技术的控制要点
最优参数的设计和调节。电铲在生产过程中是一个非常复杂的机电系统, 除电力拖动系统本身过渡过程以外, 机械部分也是一个复杂的多变量的多自由度的力学系统, 存在机械系统的过渡过程。在电力拖动过程中, 系统经常性快速的在电动、发电、只动过程中切换, 对直接可控硅控制系统而言, 控制系统的设计优化就显得非常重要, 电气控制系统优化, 还可以使机械运行在相对柔性的环境下, 提高机械使用寿命。在全数字电气系统控制中, 将机械系统看成为一个折算到电机轴上的刚体, 飞轮的力矩是CD2。电铲的全数字化直流调整系统为恒磁场的电枢换的可逆系统, 是自动寻优的双闭环调速系统。
转速、电流双闭环调速及其静特性。采用转速负反馈的PI调节器的系统可能在保证系统在稳定的条件下实现转速无静差。如果对系统的动态性能要求较高, 例如要求快速起制动、突加负载等等, 单闭环系统就难以满足需要。这主要是因为在单闭系统中没有完全按照需要控制动态过程的电流或转矩。在单闭环调速系统中, 只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的, 但它只是在超过临界电流值以后, 靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击, 并不能很理想地控制电流的动态波形。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用, 在系统中设置了两个调节器, 分别调节转速和电流, 二者之间实行串级联接, 如下图所示, 该系统为速度电流双闭环系统。逻辑的最终输出是触发角, 触发角决定加在电枢两端的电压。外部输入, 参数值及选择逻辑对触发角参数的最终值起作用。这就是说, 把转速调节器的输出当作电流调节器的输入, 再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看, 电流调节环在里面, 叫做内环;转速调节环在外边, 叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。
双闭环动态性能及两个调节器的作用。动态跟随性能。双闭环调速系统在起动和升速过程中, 能够在电流受电机过载能力约束条件下, 表现出很快的动态跟随性能。在减速过程中, 由于主电路电流的不可逆性, 自跟随性能变差。转速调节器的作用:转速n跟随给定电压的变化, 稳态无静差;对负载变化起抗干扰作用;其输出限幅值决定允许的最大电流;例外, 电流调节器的作用:对电网电压被动起及时抗干扰作用;起动时保证获得容许的最大电流;在转速调节过程中, 使电流跟随其给的电压确定。
4 结语
电铲全数字化电气传动系统是电传动技术向数字化, 高频化, 集成化发展的必然产物。该系统能够广泛应用于露天煤矿、铁矿、有色矿、碳石矿等的电铲改造中。新系统能够适应露天矿山复杂恶劣的环境, 相信有待进一步的改进和研究。电铲电传动系统的调速性能, 机械特性必将越来越好。
摘要：论文首先阐释了电铲存在的问题以及电气传动技术的理论基础, 并通过传统的电铲电气以及新型的电铲电气的系统配置的对比, 阐述了智能电气传动技术在控制领域上的应用要点, 证明了改造的电气传动系统改善了电铲的电气性能和现场的作业环境, 显著降低了故障率, 提高了设备。
关键词：新型电气传动,电铲,控制
参考文献
[1]陈统坚, 彭永红.智能加工控制系统:目标、特征与途径[A].2005年中国智能自动化学术会议暨智能自动化专业委员会成立大会论文集 (上册) [C], 2005年.