930E重型矿用卡车变频系统故障分析

【摘 要】930E卡车是煤矿生产的主要运输设备，承载着重要的生产任务。同时，由于变频系统故障存在诱发因素多、故障难以定点、故障排查时间长等特点，出现驱动故障时会引起长时间停车状况，影响车辆整体出动率。本文以电动轮卡车的主要驱动系统元器件进行叙述，对930E交流电动轮卡车在运行过程中出现的驱动故障的原因及原理做详细分析。

【关键词】综合控制盘；电动轮

1.930E卡车的工作原理

930E矿用自卸卡车是目前大型露天矿山的主要运输工具，承担着矿山开采中主要的运输任务。它采用交-直-交电传动系统。交流发电机发出三相交流电，经过硅整流器整流变成直流电以后，再经过逆变器，直流电变成可变频率的三相交流电，以供给各个牵引电机使用。逆变后的三相交流电的频率根据需要是可控制的。这就是目前AC型矿用车的传动方式[1]。

930E电动卡车主要由发动机、发电机（与发动机同轴，带冷却风机）、轮马达、电阻栅和电阻栅风机等几个部分构成，其主回路简图见图。

2.930E卡车变频系统故障分析

930E电动交流卡车采用GE INVERTEXTM控制系统，该交流变频控制系统中的变频器使用的是IGBT元器件 ，相对于GTO速度块、成本低，安全可靠，IGBT根据变化的频率在开和关之间切换，产生一个来自DC供电的AC电源信号，该AC电源信号为一个可变电压、可变频率信号。

2.1 ICP（综合控制盘）

GE INVERTEXTM控制系统的核心部件是ICP（综合控制盘）。ICP盘内装有系统的控制卡件，其内部包括四个独立的控制器：PSC（牵引系统控制器）、TCI（卡车控制接口）、TMC1（1#电动轮控制器）、TMC2（2#电动轮控制器）。

PSC是系统中最主要的控制器。它向TMC和卡车控制接口发出控制指令。TCI提供卡车和司机的人机界面。TCI对DID进行控制，并获取系统统计数据。TMC1控制1#变频器，调节左侧电动轮的功率输出。FODC1（1#光纤驱动卡）为TMC1和1#变频器提供光纤接口。1#变频器包括两个并联的逆变桥，分别为逆变桥11和逆变桥12。TMC2控制2#变频器，调节左侧电动轮的功率输出。FODC2（2#光纤驱动卡）为TMC2和2#变频器提供光纤接口。2#变频器包括两个并联的逆变桥，分别为逆变桥21和逆变桥22。

TMC（电动轮控制器）是逆变器的核心控制元件。930E交流电动轮卡车左右逆变器各有一个TMC。TMC通过光纤通信，向A/B/C 三相相位模块的门驱动板发送IGBT导通信号，并接收上述门驱动板经光纤发送的反馈信号；通过串口通信连接，TMC与电动轮卡车的PSC互相通信，出现相应的驱动故障时，TMC向PSC发送反馈信号，由PSC进行故障报警；TMC也接收直流回路电压互感器的反馈信号和电动轮A相、B相和C相的电流互感器反馈信号；同时，TMC也接收并运算来自电动轮速度传感器的反馈信号。相位模块内部出现问题时，门驱动板反馈信号异常。当TMC检测到门驱动板信号反馈异常时，会向PSC报警。此时出现的驱动故障代码一般为A/B/C相栅极故障，此类驱动故障将在第二部分的相位模块内容中具体说明。当TMC通过直流回路电压互感器的反馈信号检测到直流回路电压小于600V时或者当直流回路电压大于1500V时，系统会触发辅助逆变器故障；尽管电压互感器属于直流回路部分，但互感器反馈信号是发送至TMC的。因此这些故障也被划分为驱动系统故障。

2.2 电动轮

电动轮是驱动系统的最终执行元件。从近年现场实际维修情况来看，电动轮故障在所有类别的驱动故障中所占比例相对TMC和相位模块较低，但是电动轮出现故障时，处理时间长，处理程序较为繁杂。经逆变器的可变频三相交流电驱动电动轮，电动轮转子轴上过盈配合有速度传感器磁环，磁环随转子转动后，速度传感器上的磁力头感知磁环磁力变化，从而将信号反馈至TMC。若电动轮定子内部某一相的绕阻短路，通过该相的电流增大，则通过电流互感器的反馈以及TMC的运算，系统将触发该相的“过流故障”和“硬件过流故障”。当出现此类驱动故障时，在现场需使用电桥检测电动轮三相绕阻阻值是否均衡，若阻值存在异常，则必须拆解电动轮修复定子绕阻。卡车正常运行过程中，TMC接收速度传感器发送的反馈信号，通过方波以及脉宽调制PWM 对电动轮轮速以及扭力进行控制；当速度传感器出现故障时，速度传感器发送至TMC的反馈信号出现异常。TMC对电动轮的轮速和力矩调节异常，逆变器电流输出超出正常范围，导致转子转速异常，这样就出现了左右电动轮转速不匹配，卡车两后轮拖滞摆动现象；同时，由于逆变器输出电流超常，系统将触发驱动故障，故障子码显示为A/B/C 某一相“重复过载”以及“大扭力超时”故障。同理，当速度传感器磁环出现异常时，也会出现同样的故障现象。

3.结论

本文详细分析了导致930E电动轮卡车变频系统故障的原因及原理，从而可以找到快速高效的解决方法，故障发生而导致部件的损坏频率得到了控制，降低了配件损耗，节约了维修成本，并提高了卡车出动率。

【参考文献】

[1]袁瑜.大型矿用卡车动力传动系统漫谈[J].矿业装备，2013，11：84-88.

[2]狄瑞.浅谈现代矿用卡车电传动控制系统[J].科技创业月刊，2013，01：185-186.

[3]胡圣尧，关静.模拟电路应用设计[M].北京：科学出版社，2009.