分析矿用电动轮自卸车制动时电机过流故障原因及解决措施

分析矿用电动轮自卸车制动时电机过流故障原因及解决措施

作者：姚远

来源：《科技创新与应用》2016年第30期

摘 要：矿用电动轮自卸车，应用于矿业和大型工程建设中，可发挥较好的效果。实际进行运行的时候，可观察到电力传动系统中，自卸车高速运行状态制动容易产生过流问题。因为系统硬件所限制，不能够合理应用以往的调试方式，对程序的运行状况进行观察。为此，对电动轮自卸车过流故障的成因进行分析，制定了过流故障的保护措施，过流故障的保护工作处理对策，现进行具体阐述。

关键词：矿用电动轮；自卸车；制动电机；过流故障

经过流保护，一般的调试方式，可实现实时采集系统数据的目的。通过通讯协议的模式，完善程序内部变量发送的控制工作，旨在促使其顺利发送到上位机，达到实时监测程序运行的目的[1]。受到自卸车电控系统的硬件配置的影响，使得其不能全面且实时观测到程序的内部变量状况。与此同时，还不能明确过流前、后程序的运行情况。为顺利的处理过流保护情况，应明确适宜的调试方式。

1 电动轮自卸车过流故障的成因分析

本研究针对小松830E-AC矿用自卸车分析，对于自卸车电力传动系统结构，主要有柴油机、同步发电机，还有一个二极管整流器。在这一控制系统的底层，使用了SVPWM系统进行实际操作。电机电流的幅值增加，且>变化器过流故障的保护阈值时，电力传动系统会得到保护。当自卸车出现制动，在很短的时间内，异步电机电流就会出现过流保护。此时其功率为590kW，定电压和定电流、定频率、逆变器开关频率分别为：1140V、350A、60Hz、800Hz。过流现象、正常电流增加的情况存在较大的差异。正常情况下，电流的增加，和系统控制情况有较大的联系。长时间的增加，使得过流情况能够在几个开关周期增加电流，直到过流受到保护[2]。过流前，实行运行，电流实行电流过流前，正常运行的电流幅值在130A左右。过流的时间较短，电流的幅值就会出现严重的过流情况，使得电流幅值可增加为804A。 2 保证流故障的措施分析

过流故障产生的原因和底层-顶层方向有关，为此需做好底层、顶层的排查工作。然后，做好底层SVPWM程序的检查工作，以便明确这一程度的合理性、可行性。因为系统的硬件所限制，导致实际应用的调试方式，不能够实施观测到程序具体的运行状况。为此，可经逆向的技术，实行过流故障的分析。主要可采取逆变器输出的情况，合理的换算出控制程序中的空间电压，以便获得电压参考矢量幅值、相位实时值，进而做好故障的分析工作。

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2.1 对逆向情况的具体分析

SVPWM中，想要得到逆变器的开关管驱动脉冲，就必须结合输入空间电压。结合瞬时频率的概念，使用逆变器输出的电压Ua、Ub、Uc，获得Uref、？渍（t）。经t的表达方式中，能够获得瞬时频率及控制程序同步角频，主要是输出电压的参数。如果电压波形能够测得其瞬时频率波形，就可以利用间接的方式获得程序中同步的角频实时值。当逆变器输出电压是PWM波形时，可对（t）的求导中，出现尖峰值。为此制定了改进后的瞬时频率计算公式，瞬时频率： f（t）=■■

其中公式中的，？渍（t）为开关周期的空间电压参考矢量相位；△？渍（t）为相近的开关周期空间电压参考矢量相位差；Tcs是程序控制周期。为了有效分析，就要对瞬时频率进行改进，在计算过程中，其操作如下：可使用录波设备采样，并经逆变器开关频率关系进行合理的划分。需要注意的是，需加强对数据区段的划分，保证在相同周期的数据，可在相同的区段。然后，确保各个开关周期的数据，均能够处于相同的区段。经上述操作，采取逆向分析，合理使用逆变器输出电压的实测值，计算出控制程序空间电压的参考矢量幅值及相位实时值，以便保证瞬时的频率准确性。 2.2 对故障波形有效进行记录

自卸车进行现场运行时，需使用录波仪对过流保护前、后逆变器输出的电压情况，以及电流波形等进行严格的观察和记录。其中采样率为1MS/s，然后做好波形图的记录工作。 产生过流情况前、后，空间的电压参考矢量幅值比较平稳，经相位波形图并不易于观察到明显的变化。需要注意的是，在瞬时频率波形过流之前，其容易发生突变，因此要进行预防。当发生跌落-过冲问题后，就容易出现一系列的异常问题。电机在正常的运行中，要有效对逆变器输出电压进行控制，这样就会形成圆形电机磁链。发生瞬时频率突变之后，电压在开关的周期内，会形成磁链偏离圆形轨迹，当开关频率是800Hz时如果也发生了过流，定子电流频率是130Hz，控制不到位，开关周期电压就容易出现问题。在这种情况下，其会出现偏离圆形的轨迹，进而导致电机过流问题的出现。 2.3 分析仿真验证的重点

为了更好的解决问题，清楚工作重点，一定要明白确瞬时频率发生突变问题，和电机过流二者之间的关系，结合系统对框图，科学合理的建立Matlab仿真系统，然后根据理论知识对其进行控制，除此之外，操作人员要注意仿真系统参数和实际系统参数必须一致。对于电机的同步角频率而言，要想在一个稳定的状态，要求其在达到440rad/s、t=3s时，空间电压是50Hz。

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仿真空间获得电压参考矢量瞬时的频率、转子磁链αβ分量，以及C相电流、定子电压的αβ分量波形。通过仿真结果可见，过流与瞬时频率发生突变情况，存在密切联系。瞬时频率突变后，SVPWM输出电压发生异常，导致电机在较短的时间出现过流。 2.4 发生瞬时频率突变的原因分析

对系统程序进行控制时，空间电压会有一定的变化，但是其变化的幅值和电流调节器有较大的关系，如果发生类似的情况，利用同步角频率积分就可以得到具体情况。当系统中发生了瞬时频率突变，就是同步角频突变。突变的原因和电机转速反馈信号及滑差频值突变，均有一定联系。滑差频率主要经频率值构成突变，滑差的频率经控制系统的指令发出，实际出现突变的几率较低。为此，可判定为电机转速反馈信息发生突变，导致同步角的频率出现突变情况，引发过流。这时，应再次实行对程度的控制和检查，若观察到程序中转速采样信号，应做好相关的抗电磁干扰处理工作。车辆在高速运行情况下，会有严重的机械震动情况，而且/电磁会对其产生一定的影响，电机码盘在输出转速信号时，不可避免的出现高频信号。如果不能有效处理，转速反馈信号就会发生变化，而且还会影响到后续的滑差控制工作中，程序同步角频突变，使得空间电压容易发生突变，进而引发过流故障，造成不必要的损失。 3 有效处理过流故障的措施分析

为了有效消除转速采样信号中的高频，减少其对系统的影响，降低其对控制程序造成的干扰，一定要做好抗干扰工作。确保转速采样信号能够经低通滤波设备，参与于程序的运算中。通常情况下，转速采样的信号一般为慢速机械量信号，必须有效控制低通滤波器的频率，当前的截止频率是20Hz，针对问题对系统控制图进行了完善，可以进行参考分析。该系统中的转速反馈信号频率属于高频，利用滤波器就可以消除高频。在高速运行状态下，电压频率不会突然发生变化，可经过流故障处理。 4 结束语

通过以上对逆向技术过流故障的分析，发现经过逆变器有效对电压进行检测，可以准确计算出控制程序的电压、相位实时值，以便有效的处理故障问题。电动轮自卸车现场过流的处理，可经程序空间电压参考矢量瞬时频率突变引发过流故障。因为瞬时频率突变，转速采样信号会受到高频影响。因此，应通过完善的控制程序抗干扰措施进行处理。而控制程序可经增加低通滤波设备，减少转速采样信号的高频干扰，进而更好的处理过流故障情况。 参考文献

[1]解继红，杜勇.电动轮矿用自卸车动力系统扭转振动建模分析[J].矿山机械，2015（8）：45-49.

[2]林茂，张新正，刘增秋.矿用108t电动轮自卸车液压系统故障剖析[J].露天采矿技术，2015（8）：61-63.

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