WK-4型電鏟電氣分析

徐進(jìn)軍 林 磊 王躍鳳

(馬鋼(集團(tuán))南山礦業(yè)公司)

WK-4型電鏟電氣分析

徐進(jìn)軍 林 磊 王躍鳳

(馬鋼(集團(tuán))南山礦業(yè)公司)

WK-4型電鏟采用了直流發(fā)電機-直流電動機的控制結(jié)構(gòu)，通過對發(fā)電機勵磁的控制，使電鏟各運動機構(gòu)靈活地工作。為了確保直流電機有一個良好機構(gòu)特性曲線，WK-4型電鏟在控制系統(tǒng)中引入位移控制，電流負(fù)反饋和電壓負(fù)反饋控制。

直流發(fā)電機 電動機 電機勵磁 電流 電壓負(fù)反饋

1 WK-4型電鏟電氣結(jié)構(gòu)

WK-4型電鏟的提升、推壓、回轉(zhuǎn)、行走等4個運動機構(gòu)都采用了直流發(fā)電機-直流電動機的控制結(jié)構(gòu)。三相6 kV交流電由電纜從柱上開關(guān)一路接入主電機的控制元件——真空接觸器的主回路。變壓器GB二次側(cè)降壓輸出三組三相交流(～380、 ～220、～170 V)。其中170 V交流電經(jīng)過三相橋式整流形成直流220 V，作為直流工作電源，為各臺直流電動機提供勵磁電源，并對運動機構(gòu)進(jìn)行控制；三相380 V交流控制電源為空壓機、直流電動機的冷卻機、機棚風(fēng)機提供電源，并取兩相進(jìn)入380 V/ 36 V變壓器，為磁放大器的位移繞組提供電源；三相220 V除供給照明使用外，取兩相接入真空接觸的控制器的控制回路，控制主電機的起動和停止，同時還接入單相變壓器(220 V/36 V)供磁放大器的給定繞組使用，但最重的是，三相220 V電還要通過三組Y/△(220 V/127 V)變壓器，為三臺發(fā)電機勵磁機構(gòu)——磁放大器提供工作電源。

電鏟有3臺他勵式發(fā)電機，分別是220 kW的提升發(fā)電機(TF)；125 kW的回轉(zhuǎn)發(fā)電機(HF)和63 kW的推壓式發(fā)電機(YF)。TF供一臺175 kW的提升電動機(TD)使用，以驅(qū)動電鏟鏟斗的提升運動，屬位能性負(fù)載。YF供一臺54 kW的推壓電動機，控制電鏟鏟桿的推壓運動，在特定條件下，呈位能性負(fù)載。HF則要控制電鏟回轉(zhuǎn)和行走2個動作，當(dāng)電鏟回轉(zhuǎn)時，HF要為2臺電樞回路串聯(lián)、勵磁繞組并聯(lián)的54 kW回轉(zhuǎn)電動機(HD)提供電源，負(fù)載為反抗性負(fù)載；當(dāng)電鏟行走時，仍然呈反抗性負(fù)載，HF又要為一臺54 kW行走電動機(XD)供電。回轉(zhuǎn)與行走是由分別串在2個電樞回路的直流接觸器控制，并進(jìn)行了互鎖，以確保回轉(zhuǎn)與行走不能同時進(jìn)行。這3臺發(fā)電機共軸，由1臺高壓三相交流電動機(主電機GD250 kW/6 kV)拖動。當(dāng)電鏟工作時，直流發(fā)電機-直流電動機控制結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足以下要求：

(1)4機構(gòu)的電機能迅速實現(xiàn)正、反向運轉(zhuǎn)。

(2)負(fù)載變化，各機構(gòu)能自動進(jìn)行調(diào)速，當(dāng)負(fù)載力矩變化時，電機的機械特性較硬，轉(zhuǎn)速降要小。

(3)當(dāng)負(fù)載力矩超過額定力矩的2.5倍時，電機應(yīng)當(dāng)堵轉(zhuǎn)，并且，堵轉(zhuǎn)時的電機電流應(yīng)不超過電機的最大過載能力，各電機的換向火花在1.5級以下。

2 故障分析與總結(jié)

WK-4型電鏟故障可規(guī)納為4大類。

(1)交流故障，包括高壓交流故障和低壓交流故障，這些故障現(xiàn)象、原因比較直觀，處理措施相對簡單，常見的有交流接觸器等元件損壞或是交流電機燒壞，一般可更換。

(2)直流工作電源線路故障，其概率比較高，且有時在某些特定的條件下，會產(chǎn)生嚴(yán)重后果。由于直流工作電源是為直流電動機提供勵磁電源，在電鏟采掘裝車作業(yè)中，它的勵磁支路一但發(fā)生斷路，運行的各臺直流電動機就會突然失磁，根據(jù)直流電動機機械特性方程可知，電機的轉(zhuǎn)速突然升高，產(chǎn)生飛車現(xiàn)象，對人身、設(shè)備安全可能造成極大的危害。檢查時，可用鐵制的器件碰電動機的外殼，沒有感到磁力，或磁力很弱，說明電動機勵磁線路斷路，只要找到斷點或者用備用線替換即可排除。

(3)直流發(fā)電機與直流電動機電樞回路故障，又稱主回路故障，該類型故障表面上看一目了然，但其本質(zhì)原因卻很復(fù)雜。如某些機構(gòu)工作時，電機發(fā)熱，主要是換向器表面情況惡劣，在換向時產(chǎn)生較強的火花，或者電刷刷架與大線連接處出現(xiàn)氧化甚至斷路，雖然根據(jù)表相，對電刷或大線進(jìn)行認(rèn)真處理后，機構(gòu)工作也未見異常，但幾日之后這些情況又會出現(xiàn)。其實這些狀況是主電流過大引起的，實質(zhì)可能是電流負(fù)反饋回路、給定信號環(huán)節(jié)或者機構(gòu)機械性原因?qū)е仑?fù)載力矩過大，造成主電流過大。所以，遇到此情況時，除了處理好主回路，還需檢查電流負(fù)反饋回路，給定回路以及電鏟機械狀況等。

(4)發(fā)電機勵磁回路故障是電鏟上最復(fù)雜、出現(xiàn)頻繁最高的故障。它主要是發(fā)電機勵磁回路和磁放大器控制繞組的故障。對于這些故障，實踐中應(yīng)結(jié)合故障現(xiàn)象分析磁放大器的工作狀態(tài)，再來判斷具體的故障。如電鏟某機構(gòu)工作時出現(xiàn)機構(gòu)力矩很大，主回路過熱，電機換向惡化等情況，如果當(dāng)時機構(gòu)正常，負(fù)載力矩也正常，發(fā)電機輸出的端電壓是額定值，磁放大器組的工作繞組電源正常，根據(jù)發(fā)電機機械特性方程分析可知，發(fā)電機轉(zhuǎn)速不變，電磁常數(shù)Ce不變，在額定狀況下發(fā)電機端電壓U不變，電樞電阻Ra不變,電樞電流Ia過大，那么發(fā)電機勵磁φ肯定很大。發(fā)電機勵磁磁通φ又與勵磁電流|IF|有關(guān)，|IF|與勵磁電壓有關(guān)，勵磁電壓與磁放大器組的磁通改變量有關(guān)，于是，可以推出Ia上升→發(fā)電機勵磁φ上升→勵磁電流|IF|上升→磁放大器組磁通改變量△φ上升→φg上升或φu+φi下降，但是由于發(fā)電機端電壓U不變，因而φu不變，由此可見，引起主回路電流過大的原因只有φg上升(給定電流過大)或者φi下降(電流負(fù)反饋量沒有或過小)。于是在給定繞組回路中串聯(lián)1只毫安表，觀測給定電流是否超出額定值(75 mA)，若大于額定值，那么φg上升，應(yīng)減少給定輸入；若小于或等于額定值，則要用萬用表檢查電流負(fù)反饋回路是否通路，或是主回路截止點是否正常。

3 結(jié) 論

WK-4型電鏟的電氣控制系統(tǒng)雖然相對落后，但適宜在惡劣的環(huán)境下工作，特別在采場高溫多塵，磁電干擾強烈的條件下，與較新型的電鏟相比，故障率要少。

2015-05-18)

徐進(jìn)軍(1963—)，男，高級工程師，243000 安徽省馬鞍山市向山鎮(zhèn)。