分析礦用電動輪自卸車制動時電機過流故障原因及解決措施

摘 要：礦用電動輪自卸車，應用于礦業(yè)和大型工程建設(shè)中，可發(fā)揮較好的效果。實際進行運行的時候，可觀察到電力傳動系統(tǒng)中，自卸車高速運行狀態(tài)制動容易產(chǎn)生過流問題。因為系統(tǒng)硬件所限制，不能夠合理應用以往的調(diào)試方式，對程序的運行狀況進行觀察。為此，對電動輪自卸車過流故障的成因進行分析，制定了過流故障的保護措施，過流故障的保護工作處理對策，現(xiàn)進行具體闡述。

關(guān)鍵詞：礦用電動輪；自卸車；制動電機；過流故障

經(jīng)過流保護，一般的調(diào)試方式，可實現(xiàn)實時采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)的目的。通過通訊協(xié)議的模式，完善程序內(nèi)部變量發(fā)送的控制工作，旨在促使其順利發(fā)送到上位機，達到實時監(jiān)測程序運行的目的[1]。受到自卸車電控系統(tǒng)的硬件配置的影響，使得其不能全面且實時觀測到程序的內(nèi)部變量狀況。與此同時，還不能明確過流前、后程序的運行情況。為順利的處理過流保護情況，應明確適宜的調(diào)試方式。

1 電動輪自卸車過流故障的成因分析

本研究針對小松830E-AC礦用自卸車分析，對于自卸車電力傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要有柴油機、同步發(fā)電機，還有一個二極管整流器。在這一控制系統(tǒng)的底層，使用了SVPWM系統(tǒng)進行實際操作。電機電流的幅值增加，且>變化器過流故障的保護閾值時，電力傳動系統(tǒng)會得到保護。當自卸車出現(xiàn)制動，在很短的時間內(nèi)，異步電機電流就會出現(xiàn)過流保護。此時其功率為590kW，定電壓和定電流、定頻率、逆變器開關(guān)頻率分別為：1140V、350A、60Hz、800Hz。過流現(xiàn)象、正常電流增加的情況存在較大的差異。正常情況下，電流的增加，和系統(tǒng)控制情況有較大的聯(lián)系。長時間的增加，使得過流情況能夠在幾個開關(guān)周期增加電流，直到過流受到保護[2]。過流前，實行運行，電流實行電流過流前，正常運行的電流幅值在130A左右。過流的時間較短，電流的幅值就會出現(xiàn)嚴重的過流情況，使得電流幅值可增加為804A。

2 保證流故障的措施分析

過流故障產(chǎn)生的原因和底層-頂層方向有關(guān)，為此需做好底層、頂層的排查工作。然后，做好底層SVPWM程序的檢查工作，以便明確這一程度的合理性、可行性。因為系統(tǒng)的硬件所限制，導致實際應用的調(diào)試方式，不能夠?qū)嵤┯^測到程序具體的運行狀況。為此，可經(jīng)逆向的技術(shù)，實行過流故障的分析。主要可采取逆變器輸出的情況，合理的換算出控制程序中的空間電壓，以便獲得電壓參考矢量幅值、相位實時值，進而做好故障的分析工作。

2.1 對逆向情況的具體分析

SVPWM中，想要得到逆變器的開關(guān)管驅(qū)動脈沖，就必須結(jié)合輸入空間電壓。結(jié)合瞬時頻率的概念，使用逆變器輸出的電壓Ua、Ub、Uc，獲得Uref、？漬（t）。經(jīng)t的表達方式中，能夠獲得瞬時頻率及控制程序同步角頻，主要是輸出電壓的參數(shù)。如果電壓波形能夠測得其瞬時頻率波形，就可以利用間接的方式獲得程序中同步的角頻實時值。當逆變器輸出電壓是PWM波形時，可對（t）的求導中，出現(xiàn)尖峰值。為此制定了改進后的瞬時頻率計算公式，瞬時頻率：

f（t）=■■

其中公式中的，？漬（t）為開關(guān)周期的空間電壓參考矢量相位；△？漬（t）為相近的開關(guān)周期空間電壓參考矢量相位差；Tcs是程序控制周期。為了有效分析，就要對瞬時頻率進行改進，在計算過程中，其操作如下：可使用錄波設(shè)備采樣，并經(jīng)逆變器開關(guān)頻率關(guān)系進行合理的劃分。需要注意的是，需加強對數(shù)據(jù)區(qū)段的劃分，保證在相同周期的數(shù)據(jù)，可在相同的區(qū)段。然后，確保各個開關(guān)周期的數(shù)據(jù)，均能夠處于相同的區(qū)段。經(jīng)上述操作，采取逆向分析，合理使用逆變器輸出電壓的實測值，計算出控制程序空間電壓的參考矢量幅值及相位實時值，以便保證瞬時的頻率準確性。

2.2 對故障波形有效進行記錄

自卸車進行現(xiàn)場運行時，需使用錄波儀對過流保護前、后逆變器輸出的電壓情況，以及電流波形等進行嚴格的觀察和記錄。其中采樣率為1MS/s，然后做好波形圖的記錄工作。

產(chǎn)生過流情況前、后，空間的電壓參考矢量幅值比較平穩(wěn)，經(jīng)相位波形圖并不易于觀察到明顯的變化。需要注意的是，在瞬時頻率波形過流之前，其容易發(fā)生突變，因此要進行預防。當發(fā)生跌落-過沖問題后，就容易出現(xiàn)一系列的異常問題。電機在正常的運行中，要有效對逆變器輸出電壓進行控制，這樣就會形成圓形電機磁鏈。發(fā)生瞬時頻率突變之后，電壓在開關(guān)的周期內(nèi)，會形成磁鏈偏離圓形軌跡，當開關(guān)頻率是800Hz時如果也發(fā)生了過流，定子電流頻率是130Hz，控制不到位，開關(guān)周期電壓就容易出現(xiàn)問題。在這種情況下，其會出現(xiàn)偏離圓形的軌跡，進而導致電機過流問題的出現(xiàn)。

2.3 分析仿真驗證的重點

為了更好的解決問題，清楚工作重點，一定要明白確瞬時頻率發(fā)生突變問題，和電機過流二者之間的關(guān)系，結(jié)合系統(tǒng)對框圖，科學合理的建立Matlab仿真系統(tǒng)，然后根據(jù)理論知識對其進行控制，除此之外，操作人員要注意仿真系統(tǒng)參數(shù)和實際系統(tǒng)參數(shù)必須一致。對于電機的同步角頻率而言，要想在一個穩(wěn)定的狀態(tài)，要求其在達到440rad/s、t=3s時，空間電壓是50Hz。

仿真空間獲得電壓參考矢量瞬時的頻率、轉(zhuǎn)子磁鏈αβ分量，以及C相電流、定子電壓的αβ分量波形。通過仿真結(jié)果可見，過流與瞬時頻率發(fā)生突變情況，存在密切聯(lián)系。瞬時頻率突變后，SVPWM輸出電壓發(fā)生異常，導致電機在較短的時間出現(xiàn)過流。

2.4 發(fā)生瞬時頻率突變的原因分析

對系統(tǒng)程序進行控制時，空間電壓會有一定的變化，但是其變化的幅值和電流調(diào)節(jié)器有較大的關(guān)系，如果發(fā)生類似的情況，利用同步角頻率積分就可以得到具體情況。當系統(tǒng)中發(fā)生了瞬時頻率突變，就是同步角頻突變。突變的原因和電機轉(zhuǎn)速反饋信號及滑差頻值突變，均有一定聯(lián)系?；铑l率主要經(jīng)頻率值構(gòu)成突變，滑差的頻率經(jīng)控制系統(tǒng)的指令發(fā)出，實際出現(xiàn)突變的幾率較低。為此，可判定為電機轉(zhuǎn)速反饋信息發(fā)生突變，導致同步角的頻率出現(xiàn)突變情況，引發(fā)過流。這時，應再次實行對程度的控制和檢查，若觀察到程序中轉(zhuǎn)速采樣信號，應做好相關(guān)的抗電磁干擾處理工作。車輛在高速運行情況下，會有嚴重的機械震動情況，而且/電磁會對其產(chǎn)生一定的影響，電機碼盤在輸出轉(zhuǎn)速信號時，不可避免的出現(xiàn)高頻信號。如果不能有效處理，轉(zhuǎn)速反饋信號就會發(fā)生變化，而且還會影響到后續(xù)的滑差控制工作中，程序同步角頻突變，使得空間電壓容易發(fā)生突變，進而引發(fā)過流故障，造成不必要的損失。

3 有效處理過流故障的措施分析

為了有效消除轉(zhuǎn)速采樣信號中的高頻，減少其對系統(tǒng)的影響，降低其對控制程序造成的干擾，一定要做好抗干擾工作。確保轉(zhuǎn)速采樣信號能夠經(jīng)低通濾波設(shè)備，參與于程序的運算中。通常情況下，轉(zhuǎn)速采樣的信號一般為慢速機械量信號，必須有效控制低通濾波器的頻率，當前的截止頻率是20Hz，針對問題對系統(tǒng)控制圖進行了完善，可以進行參考分析。該系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速反饋信號頻率屬于高頻，利用濾波器就可以消除高頻。在高速運行狀態(tài)下，電壓頻率不會突然發(fā)生變化，可經(jīng)過流故障處理。

4 結(jié)束語

通過以上對逆向技術(shù)過流故障的分析，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過逆變器有效對電壓進行檢測，可以準確計算出控制程序的電壓、相位實時值，以便有效的處理故障問題。電動輪自卸車現(xiàn)場過流的處理，可經(jīng)程序空間電壓參考矢量瞬時頻率突變引發(fā)過流故障。因為瞬時頻率突變，轉(zhuǎn)速采樣信號會受到高頻影響。因此，應通過完善的控制程序抗干擾措施進行處理。而控制程序可經(jīng)增加低通濾波設(shè)備，減少轉(zhuǎn)速采樣信號的高頻干擾，進而更好的處理過流故障情況。

參考文獻

[1]解繼紅，杜勇.電動輪礦用自卸車動力系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動建模分析[J].礦山機械，2015（8）：45-49.

[2]林茂，張新正，劉增秋.礦用108t電動輪自卸車液壓系統(tǒng)故障剖析[J].露天采礦技術(shù)，2015（8）：61-63.