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WK-4型电铲电气分析

2015-02-24徐进军王跃凤

现代矿业 2015年6期
关键词:电铲励磁直流

徐进军 林 磊 王跃凤

(马钢(集团)南山矿业公司)

WK-4型电铲电气分析

徐进军 林 磊 王跃凤

(马钢(集团)南山矿业公司)

WK-4型电铲采用了直流发电机-直流电动机的控制结构,通过对发电机励磁的控制,使电铲各运动机构灵活地工作。为了确保直流电机有一个良好机构特性曲线,WK-4型电铲在控制系统中引入位移控制,电流负反馈和电压负反馈控制。

直流发电机 电动机 电机励磁 电流 电压负反馈

1 WK-4型电铲电气结构

WK-4型电铲的提升、推压、回转、行走等4个运动机构都采用了直流发电机-直流电动机的控制结构。三相6 kV交流电由电缆从柱上开关一路接入主电机的控制元件——真空接触器的主回路。变压器GB二次侧降压输出三组三相交流(~380、 ~220、~170 V)。其中170 V交流电经过三相桥式整流形成直流220 V,作为直流工作电源,为各台直流电动机提供励磁电源,并对运动机构进行控制;三相380 V交流控制电源为空压机、直流电动机的冷却机、机棚风机提供电源,并取两相进入380 V/ 36 V变压器,为磁放大器的位移绕组提供电源;三相220 V除供给照明使用外,取两相接入真空接触的控制器的控制回路,控制主电机的起动和停止,同时还接入单相变压器(220 V/36 V)供磁放大器的给定绕组使用,但最重的是,三相220 V电还要通过三组Y/△(220 V/127 V)变压器,为三台发电机励磁机构——磁放大器提供工作电源。

电铲有3台他励式发电机,分别是220 kW的提升发电机(TF);125 kW的回转发电机(HF)和63 kW的推压式发电机(YF)。TF供一台175 kW的提升电动机(TD)使用,以驱动电铲铲斗的提升运动,属位能性负载。YF供一台54 kW的推压电动机,控制电铲铲杆的推压运动,在特定条件下,呈位能性负载。HF则要控制电铲回转和行走2个动作,当电铲回转时,HF要为2台电枢回路串联、励磁绕组并联的54 kW回转电动机(HD)提供电源,负载为反抗性负载;当电铲行走时,仍然呈反抗性负载,HF又要为一台54 kW行走电动机(XD)供电。回转与行走是由分别串在2个电枢回路的直流接触器控制,并进行了互锁,以确保回转与行走不能同时进行。这3台发电机共轴,由1台高压三相交流电动机(主电机GD250 kW/6 kV)拖动。当电铲工作时,直流发电机-直流电动机控制结构应满足以下要求:

(1)4机构的电机能迅速实现正、反向运转。

(2)负载变化,各机构能自动进行调速,当负载力矩变化时,电机的机械特性较硬,转速降要小。

(3)当负载力矩超过额定力矩的2.5倍时,电机应当堵转,并且,堵转时的电机电流应不超过电机的最大过载能力,各电机的换向火花在1.5级以下。

2 故障分析与总结

WK-4型电铲故障可规纳为4大类。

(1)交流故障,包括高压交流故障和低压交流故障,这些故障现象、原因比较直观,处理措施相对简单,常见的有交流接触器等元件损坏或是交流电机烧坏,一般可更换。

(2)直流工作电源线路故障,其概率比较高,且有时在某些特定的条件下,会产生严重后果。由于直流工作电源是为直流电动机提供励磁电源,在电铲采掘装车作业中,它的励磁支路一但发生断路,运行的各台直流电动机就会突然失磁,根据直流电动机机械特性方程可知,电机的转速突然升高,产生飞车现象,对人身、设备安全可能造成极大的危害。检查时,可用铁制的器件碰电动机的外壳,没有感到磁力,或磁力很弱,说明电动机励磁线路断路,只要找到断点或者用备用线替换即可排除。

(3)直流发电机与直流电动机电枢回路故障,又称主回路故障,该类型故障表面上看一目了然,但其本质原因却很复杂。如某些机构工作时,电机发热,主要是换向器表面情况恶劣,在换向时产生较强的火花,或者电刷刷架与大线连接处出现氧化甚至断路,虽然根据表相,对电刷或大线进行认真处理后,机构工作也未见异常,但几日之后这些情况又会出现。其实这些状况是主电流过大引起的,实质可能是电流负反馈回路、给定信号环节或者机构机械性原因导致负载力矩过大,造成主电流过大。所以,遇到此情况时,除了处理好主回路,还需检查电流负反馈回路,给定回路以及电铲机械状况等。

(4)发电机励磁回路故障是电铲上最复杂、出现频繁最高的故障。它主要是发电机励磁回路和磁放大器控制绕组的故障。对于这些故障,实践中应结合故障现象分析磁放大器的工作状态,再来判断具体的故障。如电铲某机构工作时出现机构力矩很大,主回路过热,电机换向恶化等情况,如果当时机构正常,负载力矩也正常,发电机输出的端电压是额定值,磁放大器组的工作绕组电源正常,根据发电机机械特性方程分析可知,发电机转速不变,电磁常数Ce不变,在额定状况下发电机端电压U不变,电枢电阻Ra不变,电枢电流Ia过大,那么发电机励磁φ肯定很大。发电机励磁磁通φ又与励磁电流|IF|有关,|IF|与励磁电压有关,励磁电压与磁放大器组的磁通改变量有关,于是,可以推出Ia上升→发电机励磁φ上升→励磁电流|IF|上升→磁放大器组磁通改变量△φ上升→φg上升或φu+φi下降,但是由于发电机端电压U不变,因而φu不变,由此可见,引起主回路电流过大的原因只有φg上升(给定电流过大)或者φi下降(电流负反馈量没有或过小)。于是在给定绕组回路中串联1只毫安表,观测给定电流是否超出额定值(75 mA),若大于额定值,那么φg上升,应减少给定输入;若小于或等于额定值,则要用万用表检查电流负反馈回路是否通路,或是主回路截止点是否正常。

3 结 论

WK-4型电铲的电气控制系统虽然相对落后,但适宜在恶劣的环境下工作,特别在采场高温多尘,磁电干扰强烈的条件下,与较新型的电铲相比,故障率要少。

2015-05-18)

徐进军(1963—),男,高级工程师,243000 安徽省马鞍山市向山镇。

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