CJY14-9GP型變頻調(diào)速電機(jī)車的故障判斷與處理

摘 要:CJY14-9GP型變頻調(diào)速電機(jī)車采用了目前比較先進(jìn)的交流調(diào)速DTC直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，在使用中各種性能良好，但是，也出現(xiàn)了一些欠壓、過(guò)流、負(fù)載不平衡等故障。在本文中，重點(diǎn)對(duì)該類型機(jī)車在使用過(guò)程中出現(xiàn)的一些常見(jiàn)故障的判斷以及處理方法進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞:變頻調(diào)速電機(jī)車 故障 ACS800鍵盤 變頻器 下主板

中圖分類號(hào):TD44文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)08(b)-0078-02

CJY14-9GP型變頻調(diào)速電機(jī)車是我公司目前井下使用的主要運(yùn)輸工具，采用的是交流調(diào)速DTC直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，ABB公司的控制電路和三菱公司的智能型IGBT模塊組件。將直流電源變成頻率可調(diào)的三相交流電直接驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)45kW的三相交流異步電機(jī)，這種DTC的控制技術(shù)完全能夠使三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)達(dá)到和超過(guò)直流電機(jī)的技術(shù)性能，可滿足機(jī)車在低速時(shí)的最大牽引力。

CJY14-9GP型變頻調(diào)速電機(jī)車使用的變頻調(diào)速器型號(hào)為BPT-2×45/550Z，其內(nèi)部主要元器件有電抗、可控硅、軟啟動(dòng)電阻、電解電容、霍爾傳感器、上主板、下主板、電源板、制動(dòng)板、IGBT模塊等，其中霍爾傳感器主要作用是檢測(cè)從IGBT輸出的三項(xiàng)電的電流有無(wú)異常反映，當(dāng)輸出的電流有異常時(shí)，霍爾傳感器會(huì)檢測(cè)到異常的磁場(chǎng);上主板具有ABB公司生產(chǎn)的ACS800標(biāo)準(zhǔn)控制程序7.X;下主板具有驅(qū)動(dòng)、信號(hào)觸發(fā)、放大的程序;電源板分別為下主板、可控硅、制動(dòng)板、散熱風(fēng)機(jī)，提供24V、6V、15V、24V電源;制動(dòng)板主要作用是當(dāng)調(diào)節(jié)機(jī)車電制動(dòng)的程序，制動(dòng)板與制動(dòng)IGBT連接，如機(jī)車減速，主電路電壓升到制動(dòng)電壓設(shè)置的值后制動(dòng)板發(fā)出信號(hào)，使制動(dòng)IGBT開(kāi)通，將制動(dòng)電阻并入主電路，進(jìn)行耗能，使主電路電壓降低。當(dāng)主電路電壓降到制動(dòng)電壓設(shè)置的值后，制動(dòng)板又發(fā)出停止制動(dòng)的信息，使主電路恢復(fù)正常。由于CJY14-9GP型變頻調(diào)速電機(jī)車與原電阻調(diào)速電機(jī)車機(jī)械部分基本相同，下面主要對(duì)其電氣方面常見(jiàn)故障的判斷與處理方法進(jìn)行分析。

1 欠壓

CJY14-9GP型變頻調(diào)速電機(jī)車輸入變頻器的額定電壓是直流550V，當(dāng)下主板檢測(cè)到的電壓低于460V時(shí)，機(jī)車就會(huì)停止運(yùn)行，并報(bào)警。此時(shí)，用與ABB公司ACS800標(biāo)準(zhǔn)控制程序ASXR7360版本兼容的控制程序ACS800鍵盤檢測(cè)，會(huì)發(fā)現(xiàn)故障記錄為3220，查閱《ACS800標(biāo)準(zhǔn)控制程序7.X固件手冊(cè)》故障跟蹤部分，提示故障原因?yàn)橹虚g直流回路電壓不足。

在排除此故障時(shí)，可用萬(wàn)用表測(cè)量下主板的輸入電壓或其他中間主回路部分電壓，正常應(yīng)該為550V。此時(shí)可分兩種情況:

(1)如果測(cè)得其輸入電壓正常，則可判斷下主板檢測(cè)電壓的程序出現(xiàn)了問(wèn)題，更換下主板即可排除故障。

(2)如果測(cè)得下主板或其他中間回路部分的輸入電壓過(guò)低，與供電架線電壓相差懸殊，則查找直流輸入端或主回路內(nèi)是否有問(wèn)題。

由于550V的直流電經(jīng)過(guò)電抗、可控硅，給直流主回路以及電源板、下主板等供電，而該類型機(jī)車使用的KKG-5型可控硅的開(kāi)通需要為其提供6V的直流電源，為可控硅提供6V直流電源的是電源板。

所以用萬(wàn)用表測(cè)量電源板上為可控硅提供6V左右直流電源的插頭電壓是否正常。如果電壓低于6V，會(huì)導(dǎo)致可控硅開(kāi)通不完全，造成直流電壓過(guò)低，此時(shí)更換電源板即可排除故障。如果電源板上為可控硅提供的6V直流電源正常，可判斷可控硅不能正常開(kāi)通，說(shuō)明可控硅本身出現(xiàn)問(wèn)題，此時(shí)需要更換同樣型號(hào)的可控硅，一般情況下故障都會(huì)消除。

2 過(guò)流

BPT-2×45/550Z型變頻器輸出額定電壓為380V、額定電流為169.0A的三相交流電，用來(lái)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)45KW的三相交流異步電機(jī)。該型變頻器程序內(nèi)設(shè)置的最大電流為196.8A，當(dāng)變頻器輸出的電流大于196.8A時(shí)，機(jī)車就會(huì)報(bào)警，故障代碼為2310，同時(shí)顯示OVERCURRENT，《ACS800標(biāo)準(zhǔn)控制程序7.X固件手冊(cè)》內(nèi)解釋為輸出電流過(guò)大即過(guò)流保護(hù)。

造成過(guò)流保護(hù)的原因有機(jī)械部分和電氣部分兩種。

2.1 機(jī)械部分

對(duì)其機(jī)械負(fù)載進(jìn)行檢查，看是否有卡死等現(xiàn)象，如有排除即可。

2.2 電氣部分

2.2．1 檢查電機(jī)電纜、電機(jī)等有無(wú)破損、連接處有無(wú)松動(dòng)

如果給電機(jī)輸送電源的電纜有破損，可導(dǎo)致與機(jī)車車體及電機(jī)外殼連接，造成輸出電流過(guò)大。此時(shí)，將破損處用絕緣膠帶包裹或更換上新的電纜，故障即會(huì)排除。

2.2.2 檢查霍爾傳感器

如果檢查后發(fā)現(xiàn)電機(jī)電纜沒(méi)有問(wèn)題，那么就應(yīng)該考慮電流的檢測(cè)元件—— 霍爾傳感器。BPT-2×45/550Z型變頻器使用的是HE-3型的霍爾傳感器，當(dāng)變頻器正常工作時(shí)，霍爾傳感器插頭上三根信號(hào)線從上到下對(duì)地的電壓分別為+15V、-15V以及10mV。用萬(wàn)用表測(cè)量，如果不是這個(gè)數(shù)值，說(shuō)明該霍爾傳感器出現(xiàn)故障，更換即可。

如果變頻器內(nèi)三個(gè)霍爾都完好，故障點(diǎn)可判斷在下主板上，一般是下主板檢測(cè)霍爾輸出信號(hào)的程序出現(xiàn)問(wèn)題，此時(shí)，更換下主板即可。

3 故障代碼2330(EARTH FAUL)、2340(SHORT CIRC)

在維修過(guò)程中，經(jīng)常遇到故障代碼為2340、2330的故障記錄，《ACS800標(biāo)準(zhǔn)控制程序7.X固件手冊(cè)》對(duì)2330解釋為:傳動(dòng)檢測(cè)到負(fù)載不平衡，一般是由于電機(jī)或電機(jī)電纜的接地故障造成的;2340解釋為:并行連接的逆變模塊單元短路、電機(jī)電纜或電機(jī)短路。

3.1 檢查電機(jī)電纜和電機(jī)

由《ACS800標(biāo)準(zhǔn)控制程序7.X固件手冊(cè)》給出的解釋可以知道，2330、2340兩類故障代碼都反映了電機(jī)電纜或電機(jī)短路的故障，所以在檢測(cè)時(shí)應(yīng)該先測(cè)量電機(jī)電纜或者電機(jī)是否有短路的情況。其方法是把電機(jī)電纜與電機(jī)斷開(kāi)，然后用搖表(此處用萬(wàn)用表亦可，但是根據(jù)維修經(jīng)驗(yàn)，使用搖表效果更好)測(cè)量電機(jī)的三相接頭是否對(duì)地短路，這樣能夠保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性。如果是電機(jī)電纜或電機(jī)短路，更換電纜或電機(jī)即可排出故障。

3.2 檢查霍爾傳感器

如果電機(jī)或者電機(jī)電纜沒(méi)有短路，那么考慮2330的故障代碼解釋:負(fù)載不平衡。根據(jù)這個(gè)解釋可以聯(lián)想到霍爾傳感器，因?yàn)榛魻杺鞲衅魇菣z測(cè)變頻器輸出的三相交流電的元器件，電機(jī)電纜或者電機(jī)出現(xiàn)短路時(shí)，會(huì)導(dǎo)致三相電中其中某一相或者兩相電流變大，這個(gè)故障信息是通過(guò)霍爾檢測(cè)到的，再由霍爾傳感器反饋到下主板，檢測(cè)出負(fù)載不平衡。

在電機(jī)或者電機(jī)電纜正常情況下，如果三個(gè)霍爾傳感器中有一個(gè)或者兩個(gè)出了問(wèn)題，那么霍爾傳感器給下主板輸出的三個(gè)信號(hào)就會(huì)有差別，也可導(dǎo)致下主板檢測(cè)到負(fù)載不平。此時(shí)，通過(guò)測(cè)量可以判斷出霍爾傳感器的完好情況，及時(shí)更換即可。那么，根據(jù)故障代碼2340的解釋，也有可能是霍爾傳感器出現(xiàn)故障造成的。

3.3 檢查逆變IGBT

故障代碼2340還提到了并行連接的逆變模塊單元短路，也就是逆變IGBT。由于550V直流電變成380V交流電是通過(guò)三組逆變IGBT在不同時(shí)間高速的開(kāi)斷形成的。假如其中一個(gè)或者兩個(gè)逆變IGBT損壞，一直處于開(kāi)通或者關(guān)斷的狀態(tài)，就會(huì)造成形成的三相交流電不符合規(guī)律，此時(shí)霍爾傳感器會(huì)輸出異常的信號(hào)，并將信號(hào)傳輸給下主板。同樣，故障代碼2330也有可能是逆變IGBT損壞造成的。所以，當(dāng)出現(xiàn)2340和2330故障代碼時(shí)，如果經(jīng)檢測(cè)電機(jī)電纜、電機(jī)、霍爾傳感器均無(wú)異常，就需要用萬(wàn)用表檢測(cè)逆變IGBT的通斷是否正常，及時(shí)更換即可。

3.4 檢查下主板

下主板具有驅(qū)動(dòng)、信號(hào)觸發(fā)、放大的程序。如果以上各處均無(wú)問(wèn)題，那么就需要更換下主板了，有可能是下主板檢測(cè)的程序出現(xiàn)了問(wèn)題。

4 機(jī)車送電即燒變頻器內(nèi)的保險(xiǎn)

BPT-2*45/550Z型變頻器內(nèi)主電路上與可控硅并聯(lián)了一個(gè)RR-7型阻值為70Ω的電阻和一個(gè)2A的保險(xiǎn)，用來(lái)保護(hù)機(jī)車啟動(dòng)過(guò)程中變頻器內(nèi)部的電子元件。當(dāng)變頻器剛剛啟動(dòng)時(shí)，可控硅未開(kāi)通，550V直流電先經(jīng)過(guò)RR-7型電阻及2A保險(xiǎn)形成電流較小的直流回路，緩慢啟動(dòng)變頻器內(nèi)部各個(gè)電子元件。當(dāng)可控硅開(kāi)通后，并聯(lián)的電阻及保險(xiǎn)即被甩掉，變頻器開(kāi)始正常工作。

在工作過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)機(jī)車一啟動(dòng)馬上就燒保險(xiǎn)的故障。保險(xiǎn)被燒斷，是因?yàn)榛芈分杏休^大電流。

4.1 制動(dòng)IGBT損壞

CJY14-9GP型變頻調(diào)速電機(jī)車在減速制動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，經(jīng)IGBT續(xù)流二極管反送回變頻器內(nèi)部，使變頻器主回路電壓增高，過(guò)高的直流電會(huì)造成變頻器不能正常工作以及穩(wěn)定性。根據(jù)以上情況機(jī)車采用了能耗制動(dòng)，即在直流主回路上并聯(lián)一電阻值為6.5Ω左右的制動(dòng)電阻，與制動(dòng)IGBT下管串聯(lián)。當(dāng)機(jī)車制動(dòng)時(shí)，直流回路電壓高到一定值(一般為680～690V)時(shí)，制動(dòng)板控制制動(dòng)IGBT開(kāi)通，使多余的電能消耗在制動(dòng)電阻上，當(dāng)直流回路電壓電壓降到合理的數(shù)值后，制動(dòng)板又控制制動(dòng)IGBT關(guān)斷。

如果制動(dòng)IGBT損壞，一直處于開(kāi)通的狀態(tài)，那么機(jī)車啟動(dòng)時(shí)直流回路中只有6.5Ω左右的制動(dòng)電阻為負(fù)載，所以會(huì)導(dǎo)致直流回路中電流過(guò)大，燒斷保險(xiǎn)。此時(shí)，可用萬(wàn)用表測(cè)量制動(dòng)IGBT是否損壞，如果損壞，更換即可。

4.2 控制制動(dòng)IGBT的制動(dòng)板損壞

如果制動(dòng)IGBT完好，就需要考慮控制制動(dòng)IGBT開(kāi)通、關(guān)斷的控制程序—— 制動(dòng)板。如果制動(dòng)板程序出現(xiàn)問(wèn)題，使制動(dòng)IGBT一直處于開(kāi)通狀態(tài)，也會(huì)出現(xiàn)直流回路中只有6.5歐姆左右的制動(dòng)電阻為負(fù)載，導(dǎo)致直流回路中電流過(guò)大，燒斷保險(xiǎn)。此時(shí)，跟換制動(dòng)板即可。

5 結(jié)語(yǔ)

變頻調(diào)速電機(jī)車具有粘著性好、牽引力大、調(diào)速范圍廣、可靠性高、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在工礦領(lǐng)域的使用正在逐步擴(kuò)大，在提高礦井運(yùn)輸能力。

參考文獻(xiàn)

[1]ACS800標(biāo)準(zhǔn)控制程序7.X固件手冊(cè).北京ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司，2010.