MG300-700-WD采煤机变频器原理及常见故障检修方法

雷达技师

一、 采煤机
组成：机械化采煤工艺包括：落煤、装煤、运煤、支护顶板、处理采空区。其中采煤机完成落煤和装煤的工序。
采煤机由电动机、截割部、牵引部、辅助装置等组成。电动机给采煤机提供动力，截割部完成落煤，装煤，牵引部使机器行走，辅助装置包括喷雾装置、防滑装置、拖拽电缆装置等，用来保证采煤机安全、可靠的工作。
工作原理： 滚筒采煤机是以螺旋滚筒作为工作机构的采煤机械，当滚筒旋转并载入煤壁时，利用安装在滚筒上的截齿将煤破碎，并通过滚筒上的螺旋叶片将破碎下来的煤装入刮板输送机。
特点： 从采煤机的总体结构看为多电机横向布置，牵引采用销排式无链牵引系统，牵引力大，工作平稳可靠，使采煤机能适应底板起伏较大的工作面。摇臂滚筒采用镐型截齿强力滚筒，减少了截齿的消耗，提高了滚筒的使用寿命，并且能提高块煤率。电源用双电缆供电，电压等级为1140V，保证电源的可靠性，控制用计算机对运行状态随时检测显示并且显示内容全部是通俗易懂的中文。液压系统的主要元件都是集中在集成块上，管路连接点少，维护简单。
功能:  (1)自动与手动运行:自动运行为正常运行方式;手动运行是指在可编程序控制器出现故障的情况下由手动完成采煤机的各种操作；(2)单牵引方式:采煤机为一拖一(一台变频器拖动一台电机)设计,当主变频器出现故障时需要从变频器牵引采煤机工作；(3)对运行过程监控:采煤机运行时,要求对其进行可靠的实时监控,包括牵引状态、变频器运行参数、截割电机温度和电流等；(4)通信功能:通过通信完成对变频器的控制；(5)系统故障监测、报警、处理:采煤机运行时若发生故障,如出现变频器过流、过压及牵引电机故障等时能自动监测故障位置,并能按事先设定的故障级别进行处理,同时报警。

图1  单滚筒采煤机的组成
  
图2  单滚筒采煤机的组成
采煤机的故障分析与处理
1.采煤机不牵引
(1)原因分析。①刹车电磁阀电控失灵或阀芯蹩卡；②调高泵损坏，如发生两侧密封严重拉毛；③高低压油路严重漏损；④低压溢流阀的阀芯卡住以及调节弹簧损坏或调节弹簧座松动；⑤油位过低，吸不上油；⑥油液粘度过高；⑦调高泵损坏如发生键侧压溃、断轴；⑧调高泵转向相反。
(2)处理措施。①修理或更换刹车电磁阀；②检查油路泄漏处并处理；③修理或更换低压溢流阀；④排出堵塞物；⑤排空油箱，更换低粘度油；⑥改正电机接线。
2.泵嗓音过大
(1)原因分析。①吸油处管路部分堵塞；②由于泄漏使系统内有空气；③通气孔堵塞；④液压件磨损或损坏；⑤泵运行速度过高；⑥油液粘度过大。
(2)处理措施。①排除堵塞物；②检查接头是否泄露．如需要则紧固并进一步检查软管；③给管路系统排气；④更换损坏的元件；⑤检查更换密封垫，适当紧固；⑥经常检查电动机整定速度，检查电压是否过高；⑦换用适当的粘度油。
3.牵引电机发热故障
MG300／700采煤机在生产过程中发现牵引电机温度异常，经检查，该牵引电机声音正常，电流、电压也正常，拨开电机冷却水出水口，发理冷却水流量小，而采煤机供水流量、压力正常且无泄漏，判断是冷却水管路部分堵塞，将进出水管反向连接进行反冲，效果不太明显。 究其原因是由于水中可能有杂物或电机冷却水管路有垢、铁锈，而使冷却水管路畅通，喷雾水压力小不足以冲走杂物。为此采取将支架上的乳化液管引至出水口进行反冲，利用压力高的乳化液并适当调节流量冲走杂物，堵塞的冷却水管路很快畅通。
4.调高系统不能动作
(1)采煤机在工作面正常停机状态下摇臂抬升困难。①调高泵损坏，泄漏量太大；②高压胶管损坏或接头松脱；③安全阀失灵，压力调不到所需的压力值或调得过低；④调高油缸内活塞密封圈损坏或缸体焊接脱焊，相互窜油；⑤调高油缸液压锁密封不严，相互串油；⑥粗过滤器严重堵塞。
(2)采取措施。①更换密封或调高泵；②更换高压胶管或紧固接头；③维修或更换安全阀；④更换液压锁；⑤清洗粗过滤器滤芯。
5.系统压力过高
(1)原因分析。①安全阀压力整定不当或阀失效；②背压过高，回油不畅；③油液粘度过高；④调高泵安装过紧。
(2)采取措施。①检查调整压力，更换失效的安全阀；②检查回油环节是否有阻塞或蹩卡；③检查油液粘度是否合适，拆开并重新安装。
6.摇臂蠕动和抖动
(1)原因分析。①调高油缸、液压锁内部泄漏或调高油缸活塞杆腔外部泄漏；②调高电磁阀、手动换向阀未返回零位；③调高油缸节流塞与系统不匹配。
(2)采取措施。更换油缸密封如缸壁划伤，更换液压缸；更换液压锁；修理或更换调高电磁、手动换向阀；更换节塞流。
7.变频器不能得电
采煤机在运行中变频器没电，主要故障原因是：牵电接触器线圈损坏。快速熔断器坏。处理办法是更换接触器，更换快速熔断器
二、变频器工作原理
组成：  通常情况下根据变频器电压电流的变化形式，可以分为交一交变频和交一直一交变频两种形式。交一交变频器可以将工频交流直接变换成频率、电压均可控制的交流，又称作直接式变频器。而交一直交变频器则是把工频交流电通过整流器变换成直流电，再把直流电变换成电压、频率均可控制的交流电，又称为间接式变频器。通用变频器以交一直一交变频器为主，所以此处以交一直一交变频器来讨论变频器的构成。
通常变频器有以下几部分组成：整流器、中间支流环节、逆变器、控制电路。见图3。  
  
图3  变频器的基本组成框图

图3中各部分功能说明如下：
1．整流器。电网侧的变流器通常称作整流器，其功能是把三相交流电整流成直流电；
2．逆变器。负载侧的整流器通常称作称作逆变器，其功能是把直流 电转换成三相交流电；
3．中间直流环节。由于逆变器的负载是异步电动机，属于感性负载。无论电动机处于电动状态还是发电状台，其功率因数都不会是1。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率在进行交换。而这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件电抗器或电容器来缓冲，所以通常又把中间直流环节成为中间储能环节。
4．控制电路。控制电路一般由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路来构成。其主要功能是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。
工作原理：  变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。
变频器主要是由主电路、控制电路组成。
  主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。
  （1）整流器：最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。
  （2）平波回路：在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。
  （3）逆变器：同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型PWM逆变器为例示出开关时间和电压波形。
  控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。
（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。
     （2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。
     （3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。
     （4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。
（5）保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。
三、 控制电路的组成  
  
图4  电控系统框图

如图4所示，本电控系统的主要由主/从变频器、可编程序控制器(PLC)、FX2N-8AD模/数转换模块、触摸屏、信号检测电路等组成。采煤机电控系统框图如图4所示。
系统采用ABB公司的ACS811系列变频器,它具有回馈制动功能,能够在四个象限运行。日本三菱公司生产的FX2N系列PLC作为中央处理器, FX2N-8AD作为特殊功能模块,采样两台截割电机的电流以及温度,牵引变压器的温度等模拟量信号,转化为数字信号后反馈给PLC主机,在电流或温度过大时,立即断电来实现相关的保护功能。触摸屏能够直观显示采煤机的工作状态和重要参数,实现故障报警、显示等。

如图5所示，在本系统中,来自采煤机中间箱控制面板的操作命令、经过变换处理后的端头操作信号、来自无线电遥控接收机的控制信号及水路故障信号等经过接线逻辑处理后,由32点开关量输入模块MDL655(接点输入)送入PLC。ALG442为4路12位模拟量输入/2路模拟量输出模块。由霍尔效应电流传感器检测到的两截割电机和牵引电机电流信号由该模块进行采样和A/D转换。用于控制变频器的输出频率,调节采煤机牵引速度的模拟信号,也由该模块输出。截割电机绕组内和调速箱内的温度检测热电阻Pt-100,直接与RTD600温度模块相连,该模块将Pt-100的电阻值转变为与检测点温度对应的数字量。控制采煤机变频器送/断电、牵引方向和摇臂调高电磁阀的信号从16点继电器输出模块MDL655输出。日本DEC公司生产的带触摸屏功能的LCD智能GP显示器以SNP串行通信协议和PLC电源模块上的RS-485兼容串口相连。由于该显示器内带32位RISC CPU和丰富的显示控制软件,与PLC接口简便,PLC只需耗费很少的时间和存储空间来控制显示。安装在采煤机机身两头的端头控制站离PLC较远且控制项目较多,其控制信号要先在控制站内进行脉冲编码后,再串行地发送到中间电控箱。由于该信号不能由PLC直接处理,必需先经端头操作接口单元进行变换后再进入PLC。同样,从遥控发射机发出的154MHz无线电遥控信号,被无线接收单元接收并经变频、解调、解码等处理后,再送入PLC进行处理。
四、 故障判断及修理
1. 采煤机出现间断不牵引
采煤机在工作过程中停止牵引，截割和油泵电机工作正常，再启动牵引电机无法启动，显示屏无故障显示，重复操作时出现故障消失牵引正常现象。变频器工作原理如图6所示。
  
图6   变频器工作原理框图
     故障分析：仔细观察故障出现时，显示屏显示两变频器均无直流母线电压显示，变频器控制盘无显示，无故障显示，表示变频器是非故障停车，无直流母线电压，初步断定故障可能出现在变频器电源或整流部分。
现场检查及处理：①首先检查变频器快速熔断器，打开后发现正常；②拆开变频器的电源输入线，检查整流部分，首先找到变频器内部直流电源的P端和N端，将万用表调到电阻x10档，红表棒接到P，黑表棒分别依到R、S、T，大约有几十欧的阻值，且基本平衡。然后将黑表棒接到P端，红表棒依次接到R、S、T，有一个接近于无穷大的阻值。将红表棒接到N端，重复以上步骤，得到相同结果，初步判断变频器整流部分工作正常；③检查 变频器外围电路，由于两个变频器的电源并联在一起，且同时出现故障，尽而判断故障可能出现在变压器、接触器或电源连接端子3个部位之中，根据煤安规程规定，井下设备严禁开盖带电检修，采用了排除法对故障点进行逐一排查，变压器引出线柱和连接端子未发现虚接或烧损现象，把变频器送电接触器甩开，直接给变频器供电试车，故障排除。后将接触器拆卸检查，发现其吸合线圈整流电路一整流管虚接，接触器吸合无力，造成三相电源通过接触器不能可靠送到变频器上，造成采煤机出现间断不牵引现象。
2. 采煤机不牵引
采煤机在运行正常，交接班后重新送电，机组不能牵引，按左、右加速钮，不能给定速度，显示变频器通讯故障。
故障分析：显示通讯故障，应该有两种情况，一是主控PLC与变频器的通讯电缆故障；二是主控PLC或变频器故障。          由于其他控制功能均正常，所以，可以排除主控PLC的故障可能。
现场处理：开盖对机组进行检查，发现左变频器（1变频器）、右变频器（2变频器）单独工作均正常，联机不能正常工作，1变频器作主机时，1变频器工作正常，2变频器不工作，也没有 故障显示；2变频器作主机时，1、2变频器均不能工作，并显示通讯故障。检查通讯光纤正常。再次单独测试两个变频器，1机正常，2机出现故障信息（FF52失去电动机参数），判断2变频器故障。将备用变频器（3变频器）更换后，单机工作均正常，联机后出现1、3变频器，分别作主机时，主机都能正常工作，但作为从机的变频器不工作，也没有故障显示。怀疑主从设置出现问题，分别调出设置检查，主从设置正常；将一新主板替换3变频器主板，故障排除，单机工作正常，但是联机后发现，3变频器只有作为主机时机组牵引工作正常， 作为从机时3变频器不工作，并显示从机通讯故障。怀疑变频器主从通讯模块故障，更换通讯模块故障依旧，进一步怀疑1变频器主板故障，更换1变频器主板，故障排除，此时，机组牵引故障彻底排除。原机组1、2、3变频器主板均发生故障，仔细检查故障主板，发现主板有结露现象，分析故障原因是因为井下现场的潮湿空气进入变频器腔，设备运转时腔内温度高，以水蒸气的形式存在，当停机时温度下降，水蒸气凝结成水珠附着在集成电路板上，送电时造成短路烧毁主板，事后更换了变频器腔内的吸潮剂。
3.上电后CDP312R远程显示屏无显示
由于CDP312R远程显示屏的电源为24V直流电源,因此出现该故障可能是预充电电阻或充电二极管上电瞬间损坏所致,所以应更换损坏的器件。
    4.预充电电阻连续性烧坏
ABB变频器的预充电电阻为3.3kΩ,在变频器初通电时预充电电阻工作,如果该系统某一处接地,将导致预充电电阻一直处于工作状态而被烧坏,因此须排查接地处。
   5.整流可控硅模块损坏
整流可控硅模块损坏有两种情况,一种为断路,另一种为短路。当可控硅断路时,变频器滤波电容供电不足,出现直流母线欠压故障;当出现短路时,造成相间短路,将前端的快速熔断器烧断。由于煤矿的供电电压偏高且电网的波动较大,对变频器的冲击是造成可控硅模块损坏的主要原因,解决办法是更换损坏的可控硅模块。
6.逆变模块输出故障
当逆变电路输出出现故障时,变频器显示短路故障信息,因此首先应测定逆变电路是否损坏,方法如下:将万用表的红表笔接到直流电源的正端,黑表笔分别接到U、V、W上,应测有几十欧姆值,且各相阻值基本相同,反相应为无穷大,则逆变模块正常。否则,模块被损坏。逆变模块损坏一般是由于电机或电缆损坏及驱动电路故障引起,检查并排除上述故障后,更换IGBT模块。
7.变频器通电时显示正常但带载出现欠压
出现该现象一般是由于输入模块故障所致。因此,应检查变频器输入侧的快速熔断器有无损坏,检查整流桥有无损坏情况。
8.启动时显示过流
该现象的发生一般
是由于驱动电路或逆变模块引起,还有可能是电机、电缆出现短路引起。因此对这三种情况应逐步进行排查,如果是外电路引起则应更换外电路器件,如是内部模块问题则更换相应模块。  
通用变频的检查及维护
变频器虽然是一种精密可靠的电子装置，但是在实际使用过程中，为了防患于未然，防止由于长期使用以及温度、湿度、尘埃、振动等环境因素的影响，导致器件老化而性能F降等故障发生，影响设备的正常运行，减少不必要的生产损失。因而在变频器运行过程中，定期对其进行必要的检查和维护必不可少的。
(一)日常检查和维护
日常检查和维护即变频器在运行状态下对其进行的检查和维护，重点是对下列方面异常进行排查：
1．安装地点的环境是否有异常，用温度计检查周围环境温度是否在 -10℃～+50℃之间，用湿度计检查周围湿度是否在90％以下且不结露。 2．冷却系统(冷冻风扇)是否有异常。
3．变频器和电动机是否存在异常振动、异常声音。
4．变频器、电动机、变压器、电抗器等是否出现异常过热、变色或有异昧。 5．各种显示是否正常，可使用万用表检查变频器的输入输出电压。 6．滤波电容器是否有异味、安全阀是否胀出。
(二)定期检查和维护
定期检查和维护的重点是变频器运行时无法检查的部位。需要变频器定期停止运行，以便检查维护的项目，其周期大约是一年一次。停电时，要注意变频器断开电源后短时问内，其内部的电解电容器仍然处于高压充电状态，要使电容器充分放电后才能进行正常的检查维护。检查维护工作，要在印刷板上的电荷指示灯熄灭后，且用万用表等仪器通过测量确认变频器主回路端子间P、N的电压在DC30V以下以后才能进行。
1．检查冷却系统是否正常，清扫空气过滤器；
2．检查个紧固部位是否牢固符合要求，重点是各紧固螺钉、螺栓是否松动，并加以必要的紧固；
3．检查导体、绝缘体是否发生腐蚀、过热变色老化或破损现象；
4．检查端子排是否损伤，触点是否粗糙、破裂；
5．检查绝缘电阻阻值是否在正常范围内：需要特别注意的是无论新投入、停止运行很长时间再投入或维修过的变频器再投入都须测定其绝缘电阻。测试绝缘电阻要从以下几方面进行：
(1)外部回路绝缘电阻用兆欧表测试时，需要将变频器的全部端子拆下，使测试电压不会加在变频器上；
(2)变频器机身的绝缘电阻用兆欧表测试时，仅在主回路中实施，拆下变频器接线，将端子R、S、T、U、V、W一齐短路用500VDC兆欧表测量它与接地端子间的电阻，应在5MΩ以上；
(3)控制回路的通断测试请用万用表的高阻档，不要使用兆欧表和蜂鸣器；
6．检查冷却风扇、滤波电容器、接触器等是否老化、损坏，并进行更换。
7．根据现场环境条件，定期用电动风机对变频器内部及散热风道进行除尘清灰，保持其清洁。
8．确认控制电压的正确性，进行顺序保护动作实验，确认保护、显示回路无异常；
9，确认变频器在单体运行时的输出电压的平衡度。
10．检查逆变器模块和整流桥模块：
逆变器模块和整流桥模块是变频器的核心元件，其检查方法如下： (1)拆下与外部连接的电源线(R、S、T)和电机连接线(U、V、W)。 (2)准备好万用表，使用档次为1Ω电阻测量档。
(3)在变频器的端子排R、S、T、U、V、W、P、N处，交换万用表的极性，测定它们的导通状态，不导通时，万用表将指示为∞值；导通时，万用表指示几十欧，由于模块种类不同、采用的万用表型号不同测得数值不一样，但是各项数值几乎一致时，就可判断其是良好的。 (三)零部件的更换
变频器有多种部件组装而成的一种精密的电子装置，经过长期的使用后，其一些部件必然会发生老化导致性能降低、劣化，这也是变频器故障发生的主要原因。因此为了长期的安全生产，某些部件必须及时更换。
1．更换冷却风扇变频器主回路半导体器件的散热主要依靠冷却风扇来进行，通过风扇送过来的冷风带走热量保证这些器件工作在允许温度以下。而风扇的使用寿命受限于轴承，大约为(10~35)×103
h。当变频器连续工作时，需要2~3年更换一次风扇或轴承。
2．更换电容器在主回路直流部分作为平滑用的大容量的电解电容器和在控制回路使用的稳定控制电源的电解电容器，受周围环境和使用条件的影响很大，它的老化经过一定时期会急速的加快，因此，应最少一年检查一次。当平滑电容器出现以下情况： (1)外壳状态：外壳的侧面、底面的尺寸变大扩张； (2)封口板的状态：明显的弯随，极端的裂痕； (3)防爆阀(保险阀)的状态：阀扩张显著，已经动作；
(4)其他：外观包装裂痕，已经变色和泄漏液体等，或用容量计测定其容量，当其容量到了其额定容量80％以下时；可判断其寿命已到，应于更换。
3．熔断器的额定电流大于负载电流，正常情况下，寿命约为lO年，可按此条件进行更换。 4．定时器的更换定时器在使用数年后，动作时间会有很大变化，所以在检查动作时间之后进行更换。继电器和接触器经过长期使用后会发生接触不良现象，需要根据触点开关寿命进行更换。
使用维护及注意事项
（1）采煤机开机前，应先检查冷却水的水量和水压，先通水、后开机，严禁断水使用。 （2）采煤机停机时，应先停牵引，再按总停断整机电源；在牵引断电后，需待变频器的指示灯完全熄灭后，才允许再次按牵送按钮送电。
（3）测量牵引电机的绝缘时，必须把牵引电机和变频器的连接电缆断开，避免变频器损坏。 （4）维护前必须切断主电源5min以上，并确认电路电容放完电以后再进行操作；ACS800变频器控制电路板对静电放电极其敏感，必须采取有效的防静电措施。
（5）在维护和检修变频器时，绝对不能将变频器的主电源接在其输出端子上，否则将造成变频器永久性损坏。
（6）每次开盖检修时，注意观察变频器的元件外观有无异常，电解电容是否变形、漏液，充电电阻是否有过热痕迹，螺栓紧固件是否松动并进行必要的紧固。导线、绝缘体是否腐蚀、过热，是否变色、破裂等，发现问题及时处理。
（7）井下现场环境潮湿、粉尘大，变频器的集成电路板，受潮湿和粉尘的侵袭极易损坏，应该采取防潮措施，在变频器腔内防治变色硅等吸潮剂，并尽量避免在粉尘大的环境下打开防爆壳盖。

ttdd

煤矿=金矿