930E重型礦用卡車變頻系統故障分析

【摘 要】930E卡車是煤礦生產的主要運輸設備，承載著重要的生產任務。同時，由于變頻系統故障存在誘發因素多、故障難以定點、故障排查時間長等特點，出現驅動故障時會引起長時間停車狀況，影響車輛整體出動率。本文以電動輪卡車的主要驅動系統元器件進行敘述，對930E交流電動輪卡車在運行過程中出現的驅動故障的原因及原理做詳細分析。

【關鍵詞】綜合控制盤；電動輪

1.930E卡車的工作原理

930E礦用自卸卡車是目前大型露天礦山的主要運輸工具，承擔著礦山開采中主要的運輸任務。它采用交-直-交電傳動系統。交流發電機發出三相交流電，經過硅整流器整流變成直流電以后，再經過逆變器，直流電變成可變頻率的三相交流電，以供給各個牽引電機使用。逆變后的三相交流電的頻率根據需要是可控制的。這就是目前AC型礦用車的傳動方式[1]。

930E電動卡車主要由發動機、發電機（與發動機同軸，帶冷卻風機）、輪馬達、電阻柵和電阻柵風機等幾個部分構成，其主回路簡圖見圖。

2.930E卡車變頻系統故障分析

930E電動交流卡車采用GE INVERTEXTM控制系統，該交流變頻控制系統中的變頻器使用的是IGBT元器件 ，相對于GTO速度塊、成本低，安全可靠，IGBT根據變化的頻率在開和關之間切換，產生一個來自DC供電的AC電源信號，該AC電源信號為一個可變電壓、可變頻率信號。

2.1 ICP（綜合控制盤）

GE INVERTEXTM控制系統的核心部件是ICP（綜合控制盤）。ICP盤內裝有系統的控制卡件，其內部包括四個獨立的控制器：PSC（牽引系統控制器）、TCI（卡車控制接口）、TMC1（1#電動輪控制器）、TMC2（2#電動輪控制器）。

PSC是系統中最主要的控制器。它向TMC和卡車控制接口發出控制指令。TCI提供卡車和司機的人機界面。TCI對DID進行控制，并獲取系統統計數據。TMC1控制1#變頻器，調節左側電動輪的功率輸出。FODC1（1#光纖驅動卡）為TMC1和1#變頻器提供光纖接口。1#變頻器包括兩個并聯的逆變橋，分別為逆變橋11和逆變橋12。TMC2控制2#變頻器，調節左側電動輪的功率輸出。FODC2（2#光纖驅動卡）為TMC2和2#變頻器提供光纖接口。2#變頻器包括兩個并聯的逆變橋，分別為逆變橋21和逆變橋22。

TMC（電動輪控制器）是逆變器的核心控制元件。930E交流電動輪卡車左右逆變器各有一個TMC。TMC通過光纖通信，向A/B/C 三相相位模塊的門驅動板發送IGBT導通信號，并接收上述門驅動板經光纖發送的反饋信號；通過串口通信連接，TMC與電動輪卡車的PSC互相通信，出現相應的驅動故障時，TMC向PSC發送反饋信號，由PSC進行故障報警；TMC也接收直流回路電壓互感器的反饋信號和電動輪A相、B相和C相的電流互感器反饋信號；同時，TMC也接收并運算來自電動輪速度傳感器的反饋信號。相位模塊內部出現問題時，門驅動板反饋信號異常。當TMC檢測到門驅動板信號反饋異常時，會向PSC報警。此時出現的驅動故障代碼一般為A/B/C相柵極故障，此類驅動故障將在第二部分的相位模塊內容中具體說明。當TMC通過直流回路電壓互感器的反饋信號檢測到直流回路電壓小于600V時或者當直流回路電壓大于1500V時，系統會觸發輔助逆變器故障；盡管電壓互感器屬于直流回路部分，但互感器反饋信號是發送至TMC的。因此這些故障也被劃分為驅動系統故障。

2.2 電動輪

電動輪是驅動系統的最終執行元件。從近年現場實際維修情況來看，電動輪故障在所有類別的驅動故障中所占比例相對TMC和相位模塊較低，但是電動輪出現故障時，處理時間長，處理程序較為繁雜。經逆變器的可變頻三相交流電驅動電動輪，電動輪轉子軸上過盈配合有速度傳感器磁環，磁環隨轉子轉動后，速度傳感器上的磁力頭感知磁環磁力變化，從而將信號反饋至TMC。若電動輪定子內部某一相的繞阻短路，通過該相的電流增大，則通過電流互感器的反饋以及TMC的運算，系統將觸發該相的“過流故障”和“硬件過流故障”。當出現此類驅動故障時，在現場需使用電橋檢測電動輪三相繞阻阻值是否均衡，若阻值存在異常，則必須拆解電動輪修復定子繞阻?？ㄜ囌＿\行過程中，TMC接收速度傳感器發送的反饋信號，通過方波以及脈寬調制PWM 對電動輪輪速以及扭力進行控制；當速度傳感器出現故障時，速度傳感器發送至TMC的反饋信號出現異常。TMC對電動輪的輪速和力矩調節異常，逆變器電流輸出超出正常范圍，導致轉子轉速異常，這樣就出現了左右電動輪轉速不匹配，卡車兩后輪拖滯擺動現象；同時，由于逆變器輸出電流超常，系統將觸發驅動故障，故障子碼顯示為A/B/C 某一相“重復過載”以及“大扭力超時”故障。同理，當速度傳感器磁環出現異常時，也會出現同樣的故障現象。

3.結論

本文詳細分析了導致930E電動輪卡車變頻系統故障的原因及原理，從而可以找到快速高效的解決方法，故障發生而導致部件的損壞頻率得到了控制，降低了配件損耗，節約了維修成本，并提高了卡車出動率。

【參考文獻】

[1]袁瑜.大型礦用卡車動力傳動系統漫談[J].礦業裝備，2013，11：84-88.

[2]狄瑞.淺談現代礦用卡車電傳動控制系統[J].科技創業月刊，2013，01：185-186.

[3]胡圣堯，關靜.模擬電路應用設計[M].北京：科學出版社，2009.