姚明
摘要:近年來,變頻技術(shù)與采掘設(shè)備的機(jī)械化和智能化均取得了快速發(fā)展,依托變頻器牽引的采煤機(jī)也逐漸發(fā)展成綜合機(jī)械化采煤核心設(shè)備,為礦井生產(chǎn)的高產(chǎn)高效提供了必要保障。但電牽引采煤機(jī)變頻器在運(yùn)行期間很容易發(fā)生故障,導(dǎo)致采煤機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn),甚至還會(huì)誘發(fā)采煤事故?;诖?,文章將電牽引采煤機(jī)變頻器作為主要研究對(duì)象,重點(diǎn)闡述具體的改進(jìn)策略,希望有所幫助。
關(guān)鍵詞:電牽引采煤機(jī);變頻器;故障分析;改進(jìn)策略
當(dāng)前,電牽引采煤機(jī)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于采煤作業(yè)中,大大提高了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率,為企業(yè)快速發(fā)展提供必要保障。其中,變頻器與電牽引采煤機(jī)運(yùn)行效果存在直接關(guān)聯(lián),在采煤作業(yè)實(shí)踐中,維修工作人員應(yīng)高度重視電牽引采煤機(jī)變頻器,盡量避免變頻器故障所引發(fā)的采煤機(jī)故障。由此可見,深入研究并分析電牽引采煤機(jī)變頻器的故障與改進(jìn)策略十分有必要。
一、電牽引采煤機(jī)變頻器的原理
電牽引采煤機(jī)變頻器構(gòu)成包括控制系統(tǒng)和功能平衡板。對(duì)于變頻器控制系統(tǒng),主要包括一個(gè)整流回饋單元、兩個(gè)逆變單元與控制回路,能夠?qū)恳儔浩鬏敵龅碾娔苡行мD(zhuǎn)變成電壓和頻率電流,進(jìn)而為采煤機(jī)運(yùn)行提供便利。對(duì)于功率平衡板而言,因工作面的地形平整度不高,在電牽引采煤機(jī)行走狀態(tài)下,兩側(cè)牽引電機(jī)的負(fù)載電流很容易受力不均勻,進(jìn)而出現(xiàn)不平衡的情況,對(duì)采煤機(jī)工作效率產(chǎn)生不利影響[1]。為此,企業(yè)需將功率平衡板應(yīng)用于電牽引采煤機(jī)當(dāng)中。在使用功率平衡板后,設(shè)備信號(hào)就會(huì)經(jīng)I1和I2輸入,依托比較器向單片機(jī)傳輸并加以控制,使得左右兩邊牽引電機(jī)的功率平衡。若I2端的電流降低,比較器就會(huì)將接受的信號(hào)及時(shí)向單片機(jī)傳輸,并利用控制變頻器將I1端的輸出電流增大,在兩側(cè)功率平衡的狀況下實(shí)現(xiàn)左邊牽引電機(jī)的提速目標(biāo)。為此,無論是哪一端電流增大亦或是減小,均需利用單片機(jī)調(diào)整,使得左右兩邊的牽引電機(jī)處于平衡狀態(tài)。
二、簡(jiǎn)述電牽引采煤機(jī)變頻器的常見故障
(1)溫度過高
變頻器所在電控箱密閉性不理想,就會(huì)使煤塵和水進(jìn)入內(nèi)部。而煤塵附著于變頻器線路板,使線路板散熱性能受到影響,部分電器元件會(huì)受散熱不理想的因素受損。究其原因,維修與保養(yǎng)工作不到位,因而要定期開展維修保養(yǎng)和清掃,以免熱量大量積聚[2]。另外,變頻器瞬時(shí)啟動(dòng)熱量大,若頻繁啟動(dòng),必然會(huì)在短時(shí)間內(nèi)積聚熱量,一旦局部的熱量過高,必然會(huì)使變頻器內(nèi)部電器元件受損。
(2)變頻器振動(dòng)
采煤機(jī)在割煤狀態(tài)下振動(dòng)較大,若存在夾矸石必然會(huì)加劇振動(dòng)。長(zhǎng)期振動(dòng)使變頻器密閉性下降,且煤塵和水會(huì)進(jìn)入其內(nèi)部。另外,變頻器內(nèi)部接線端口也會(huì)松動(dòng),部分線路的信號(hào)缺乏穩(wěn)定性。嚴(yán)重的情況,充電接觸器與變頻器電抗支腿也有振斷的可能,同時(shí)電路板部分元件也會(huì)掉落,進(jìn)而對(duì)電路板性能產(chǎn)生影響。
(3)電路電壓過高
整流直流母線支路三相電壓全波,可通過電壓平均值對(duì)電壓是否處于規(guī)定范圍加以反映。若電壓相對(duì)較高,變頻器電路內(nèi)電壓也高,使電路板電子元件被燒壞。而超電壓的形式諸多,在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度過高的情況下,且超出變頻器正常數(shù)值,實(shí)際輸出電壓也更高,致使變頻器發(fā)生超電壓的情況。若相同電路內(nèi)其他負(fù)載介入少,那么輸入交流電壓也會(huì)高于正常數(shù)值[3]。在兩電機(jī)同時(shí)針對(duì)采煤機(jī)輸出電壓的情況下,若電壓不同就會(huì)使兩電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的功率有所區(qū)別,最終導(dǎo)致采煤機(jī)電壓比承載極限大。
(4)單向牽引故障
單向牽引即向右行走正常,向左行走不牽引,變頻與功能顯示均正常,但是頻率是零。若采煤機(jī)向右行走正常,即代表變頻器運(yùn)行狀態(tài)正常。若向左行走不牽引,即證實(shí)采煤機(jī)左行走控制信號(hào)不正常。究其原因,在采煤機(jī)向左行走時(shí),會(huì)受機(jī)械振動(dòng)因素影響,使線頭虛接亦或是左行走掉線頭,進(jìn)而出現(xiàn)左行走控制信號(hào)中斷的情況。
(5)不牽引故障
一方面,軟故障。不牽引軟故障就是在采煤機(jī)不牽引狀態(tài),顯示窗口無法顯示故障信息,且難以準(zhǔn)確辨別故障點(diǎn)的信息,增加處理故障難度。一般情況下,在割煤過程中采煤機(jī)會(huì)突然停止?fàn)恳馗顫L筒和油泵電機(jī)仍運(yùn)行,牽引指令失效,導(dǎo)致牽引電機(jī)無法啟動(dòng),難以將故障的信息顯示出來。究其原因,功率平衡板可能受損亦或是插座出現(xiàn)斷線的情況,難以將控制信號(hào)輸出,進(jìn)而出現(xiàn)逆變器停止運(yùn)行的情況。
另一方面,硬故障。不牽引硬故障就是在采煤機(jī)出現(xiàn)不牽引故障時(shí),可通過顯示窗口將故障信息顯示,便于工作人員了解。但在發(fā)生硬故障以后,若顯示代碼為F9,就代表發(fā)生了欠電壓故障,導(dǎo)致采煤機(jī)難以牽引。一般來講,牽引變壓器的輸出電壓為400V,而欠壓限值為牽引變壓器輸出最小數(shù)值0.65倍。如果經(jīng)直流母線判斷變頻裝置是欠壓狀態(tài),就會(huì)出現(xiàn)F9故障信息。
(6)病態(tài)牽引故障分析
病態(tài)牽引即采煤機(jī)的牽引功能正常,但行走過程中容易出現(xiàn)停機(jī),偶爾出現(xiàn)故障顯示,復(fù)位以后開機(jī)可運(yùn)行[4]。引發(fā)此類故障的原因是設(shè)備輸出缺乏平衡性,可能是兩逆變參數(shù)不同,也可能是變頻器內(nèi)的功率平衡板受損。
三、故障的改進(jìn)要點(diǎn)
變頻器一般為風(fēng)冷式結(jié)構(gòu),而井下電牽引采煤機(jī)變頻器電控箱屬于密閉結(jié)構(gòu),致使空氣難以和外界環(huán)境流通。此時(shí),采煤機(jī)變頻器難以借助空氣流通散熱,因而要借助水循環(huán)實(shí)現(xiàn)散熱目標(biāo)。然而,在改造變頻器期間,應(yīng)注意以下要點(diǎn):
第一,改造變頻器應(yīng)分成兩層開展,充電接觸器與充電電容等大體積或者較重元件應(yīng)在變頻器底部放置,并在散熱性能理想的鋁板之上放置高產(chǎn)熱量的IGBT模塊。使用支撐柱對(duì)上層支撐,為規(guī)避兩層板晃動(dòng)較大,應(yīng)將減振墊加在各層,并將輕元件放置于上層。
第二,要想規(guī)避振動(dòng)所引發(fā)的電路板松動(dòng)與受損的問題,應(yīng)使用螺栓固定主回路板。
第三,電路板中元件數(shù)量較多,所以安裝期間應(yīng)避免錯(cuò)插或者是反插的情況發(fā)生。一旦插接錯(cuò)誤,在通電以后,元件會(huì)直接受損。另外,在拆卸的過程中,不要隨意拽線,以免線路受損[5]。
第四,電容極性如果反接,會(huì)使電容被徹底損壞,所以安裝的時(shí)候要給予高度重視。
第五,為減少電路板對(duì)于靜電的影響,在電路板安裝的時(shí)候,要求操作人員佩戴防靜電的手套,并完成電路板裝卸工作。
四、故障的改進(jìn)對(duì)策研究
(1)提高變頻器散熱
因變頻器內(nèi)部半導(dǎo)體元件數(shù)量較多,且性能會(huì)直接受到溫度影響。一旦溫度過高,就會(huì)使半導(dǎo)體元件性能和使用壽命降低,所以必須保證變頻器散熱性能良好。另外,要想使IGBT模塊散熱能力不斷增強(qiáng),就需要將其敷設(shè)于具有良好散熱性能的鋁板之上,使用導(dǎo)熱性理想的鋁合金。通過導(dǎo)熱硅脂敷設(shè)在散熱鋁板和IGBT模塊間的方式,使散熱速率明顯加快,有效降低熱阻。對(duì)鋁板強(qiáng)度以及散熱效果考慮的基礎(chǔ)上,應(yīng)將鋁板厚度控制在15-20毫米范圍內(nèi)。
(2)抗振對(duì)策
在變頻器箱體外部安裝交流電抗器能夠使變頻器抗振性能明顯增強(qiáng)。另外,固定交流電抗器腿,并使用螺栓將其固定,確保電抗器和底板有效固定牢靠,借助橡膠墊使振動(dòng)降低,盡可能對(duì)交變電阻器帶來影響[6]。于變頻器箱體上部布置輕元件,于箱體下部布置重元件,使得變頻器箱體的下部重量增加,也能夠使振動(dòng)發(fā)生幾率下降。同時(shí),可利用螺栓固定電路板,將減振配件安裝在螺栓上。若元件、插座與插頭等在振動(dòng)中容易掉落,應(yīng)使用膠水加固處理。
(3)電路電壓過高解決對(duì)策
對(duì)采煤機(jī)加設(shè)負(fù)載體系,保證兩電機(jī)輸出電壓平衡,以免因運(yùn)轉(zhuǎn)功率不同出現(xiàn)超電壓的情況。當(dāng)采煤機(jī)處于低負(fù)載狀態(tài),因負(fù)載過小,使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度加快,且慣性較大,加之減速時(shí)間短,在電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下減速度過大,致使輸出端速度過大。因采煤機(jī)的減速時(shí)間比電機(jī)長(zhǎng),所以采煤機(jī)變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)的速度要低于電機(jī),增加了變頻器電壓。為此,要想確保變頻器電壓正常,需要引進(jìn)制動(dòng)原件,使電機(jī)速度合理。
(4)單向牽引故障的處理對(duì)策
對(duì)左行線聯(lián)接情況進(jìn)行檢查,如果存在掉線頭亦或是虛接情況應(yīng)重新壓線。如果是按鈕板亦或是端頭站右行、左行按鈕卡住,會(huì)使采煤機(jī)產(chǎn)生單向牽引和速度增加的現(xiàn)象,要多次按壓按鈕使其恢復(fù)正常位置。此外,要對(duì)功能顯示器所顯示的內(nèi)容進(jìn)行觀察,進(jìn)而對(duì)控制中心異常與否做出判斷。如果執(zhí)行信號(hào)紅燈不亮而操作信號(hào)綠燈亮,即代表控制中心已經(jīng)接收牽引信號(hào)但尚未執(zhí)行。為此,要中斷電源并復(fù)位。若故障始終存在要更換控制中心。
(5)不牽引故障的處理對(duì)策
對(duì)于軟故障,要更換功率平衡板。由于功率平衡板的損壞幾率過高,因而要提前準(zhǔn)備備用板,便于在發(fā)生故障后及時(shí)更換。對(duì)于硬故障的處理,最重要的是對(duì)接觸器快速熔斷器的熔斷情況進(jìn)行檢查,同時(shí)要系統(tǒng)檢查整流回饋單元控制板。如果紅燈亮即說明有故障,而綠燈亮則代表通電狀態(tài)理想。
(6)病態(tài)牽引故障的處理對(duì)策
在電牽引采煤機(jī)發(fā)生病態(tài)牽引故障以后,維修工作人員要對(duì)變頻器逆變控制線重新進(jìn)行插接,在去IGBT觸發(fā)信號(hào)線以后,重置左右逆變參數(shù),以保證其相同。另外,維修工作人員要檢測(cè)采煤機(jī)電源模塊,了解是否存在直流電源±15V輸出的情況。若不存在應(yīng)采用相應(yīng)手段恢復(fù)電源模塊的供電狀態(tài)。
結(jié)束語:
綜上所述,電牽引采煤機(jī)變頻器在采煤機(jī)中占據(jù)重要地位,技術(shù)含量高且維護(hù)難度大。在這種情況下,工作人員必須對(duì)故障范圍予以有效掌握,并在處理故障的過程中對(duì)各現(xiàn)象仔細(xì)觀察,結(jié)合具體現(xiàn)象進(jìn)行分析和判斷,確定相應(yīng)的故障點(diǎn),通過采用針對(duì)性方法確保變頻器運(yùn)行的正常。
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