電磁渦流剎車電氣控制系統(tǒng)常見故障分析

1、電磁渦流剎車電氣控制系統(tǒng)常見故障分析2009年第23卷第4期石油儀器petr0ijeuminstruments?89?經(jīng)驗交流?電磁渦流剎車電氣控制系統(tǒng)常見故障分析周驥邊倩李小梅王建軍(1.西安寶美電氣工業(yè)有限公司陜西西安)(2.西安思源學(xué)院陜西西安)(3.中石油測井有限公司測井儀器廠陜西西安)(4.寶雞石油機械有限責(zé)任公司陜西寶雞)摘要:電磁渦流剎車及其電氣控制系統(tǒng)是石油鉆機設(shè)備中一個常用設(shè)備,為了解決常見的系統(tǒng)故障,文章對電磁渦流剎車電氣控制系統(tǒng)常見故障進行了分類分析,并針對性地作了故障的檢測方法闡述,同時對報警,保護功能和實現(xiàn)的方法進行了歸納.通過對西安寶美電氣工業(yè)有限公司生產(chǎn)的電磁渦流

2、剎車故障檢測報警保護電路板應(yīng)用的舉例,對解決問題提出建議.關(guān)鍵詞:電磁渦流剎車;電氣控制系統(tǒng);故障分析;報警和保護中圖法分類號:te927文獻標識碼:b文章編號:1004-9134(2009)04-0089030引言目前國內(nèi)生產(chǎn)和正在運行的鉆機中,除了少數(shù)進口設(shè)備和絞車采用變頻傳動的鉆機以外,大都使用電磁渦流剎車作為輔助剎車.電磁渦流剎車本體的設(shè)計和制造已成熟,但其電氣控制系統(tǒng)在故障檢測和保護功能的設(shè)計和制造方面種類頗多.產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因,在于設(shè)計者對使用要求存在著解讀差異;其次,是由于用戶的使用習(xí)慣要求帶來的設(shè)計和制造的不同.本文廣泛收集了多方面的信息,進行了歸納總結(jié).同時,在電磁渦流

3、剎車的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計和制造方面提出推薦性做法j.1電磁渦流剎車的故障分析電磁渦流剎車系統(tǒng)的故障基本表現(xiàn)在下述三個方面:剎車本體故障,電氣控系統(tǒng)故障和操作系統(tǒng)故障.1.1剎車體故障引起剎車本體故障的因素:存在的于本體機械結(jié)構(gòu)方面,電樞繞組方面和本體發(fā)熱.其中本體機械結(jié)構(gòu)和電樞繞組因素是本體生產(chǎn)中解決的問題.剎車本體的散熱方式通常采用的是強制風(fēng)機冷卻或循環(huán)水冷卻.本體發(fā)熱是電磁渦流剎車工作時的正?，F(xiàn)象,但溫度過高就會對剎車本體帶來損壞,同時降低剎車的工作效率.這類故障對系統(tǒng)的影響是緩慢的,對于正在進行一個鉆柱的剎車操作,不需要即時剎車保護.1.2電氣控制系統(tǒng)故障電氣控制系統(tǒng)故障劃分為交流電源側(cè)

4、故障和直流側(cè)故障;交流電源側(cè)故障通常是由于電源的過壓,欠壓,缺相和斷電引起.直流側(cè)故障通常由于整流失敗或負載短路,斷路引起的失流引起.此類故障是瞬間出現(xiàn),對于正在進行一個鉆柱的剎車操作,此類故障不僅需要報警,更需要即時的剎車保護.1.3操作系統(tǒng)故障操作系統(tǒng)故障主要是指剎車手柄控制信號丟失引起的操控失靈,例如:手柄的輸入信號或者輸出信號丟失.此類故障是瞬間出現(xiàn),同樣的,對于正在進行一個鉆柱的剎車操作,此類故障不僅需要報警,更需要即時的剎車保護.2故障檢測與解決方法l22.1故障解析與檢測方法本體方面的故障主要表現(xiàn)在本體發(fā)熱,常時超過本體溫度允許范圍會帶來損壞,所以需要提供超溫報警功能,提醒使用人

5、員采取相應(yīng)措施,例如停機和加強散熱.本體溫度的檢測通常采用以下手段:1)在采用循環(huán)水冷卻方式的水流管道中,裝入流體檢測器和溫度檢測器;2)在強制風(fēng)機冷卻方式的電氣接線箱中安裝風(fēng)壓檢測器;3)在剎車本體中安裝熱敏元件并配置溫度顯示及報警器.電氣控制系統(tǒng)方面的故障主要表現(xiàn)為制動力矩降第一作者簡介:周驥,男,1971年生,1998年于西安公路交通大學(xué)(現(xiàn)長安大學(xué))信控系自動化專業(yè)畢業(yè),現(xiàn)就職西安寶美電氣工業(yè)有限公司,工l程技術(shù)部設(shè)計師.同時在西安建筑科技大學(xué)攻讀碩士學(xué)位,專業(yè)方向是控制自動化.郵編:710065?90?石油儀器petroleuminstruments2009年08月低,過低甚至完全丟

6、失,在正在進行一個鉆柱的剎車操作時,需要提供制動力矩過低,甚至完全丟失情況下的保護功能,以避免事故發(fā)生.制動力矩的大小取決于直流勵磁電流的大小.制動力矩不正常降低的情況需要提供報警功能,提醒使用人員檢查故障原因.交流電源測的欠壓,缺相故障通常造成制動力矩降低,電控系統(tǒng)的制造可以采用三相電路保護繼電器對交流電源側(cè)的過壓,欠壓和缺相進行檢測,并可提供一個無源的觸點來表征故障狀態(tài).直流故障主要是整流電路故障,可引起制動力矩過低完甚至全丟失,電控系統(tǒng)的制造可以采用電子電路對此進行檢測.整流故障檢測的原理圖如圖1所示.圖1整流故障檢測原理圖端子5引入的是整流觸發(fā)給定信號,信號范圍是0l0vdc,對應(yīng)0一

7、最大直流輸出電壓.直流故障檢測通常設(shè)定在整流觸發(fā)給定信號達到60%時,對直流勵磁電流檢測.對應(yīng)調(diào)節(jié)w3電位器使得z26管腳的電壓設(shè)定在6vdc,完成對60%時的設(shè)定.端子9引入的是直流電流互感器采樣的直流電流信號,05vdc線性對應(yīng)0100a.以一個7000m鉆機的電磁渦流剎車為例,額定工最大作電流約8oa,根據(jù)測算整流觸發(fā)給定信號達到60%時,直流勵磁電流達到40a.系統(tǒng)設(shè)計假定低于2oa為電流過低,需要保護.對應(yīng)調(diào)節(jié)w2電位器使得z23管腳的電壓設(shè)定在1vdc,完成對20a的設(shè)定.端子19,20提供一個無源的觸點來提供保護信號的輸出.參見圖1的電路可完成大多數(shù)整流故障的檢測和故障信號的傳送

8、.操作系統(tǒng)方面的故障主要表現(xiàn)為剎車手柄的操控失靈,通常是無給定信號的輸出.在正在進行一個鉆柱的剎車操作時,需要提供保護和報警.針對這一現(xiàn)象,筆者建議在剎車手柄內(nèi)部給定的最大位置,加裝一個微動開關(guān),利用開關(guān)的無源觸點,直接將一個1ovdc信號送給電氣控制系統(tǒng),送入圖1整流故障檢測原理圖中的端子5用于故障檢測.此種方式可以檢測剎車手柄的操控失靈和故障信號的傳送.2.2保護的實現(xiàn)通過上述各種故障分析和檢測,需要完成的是根據(jù)系統(tǒng)故障的危害對系統(tǒng)實施保護和報警的實現(xiàn).電磁渦流剎車的保護功能有兩類方式:第一類方式,是在電氣控制系統(tǒng)中引入ups(不間斷電源系統(tǒng))的概念;第二類方式,是提供檢測到故障的信號,啟

9、動鉆機主剎車系統(tǒng),例如帶剎或盤剎.第一類方式的實現(xiàn),需要提供蓄電池組和充電設(shè)備.有的設(shè)計還增加一套整流裝置.這種方式的缺點,是設(shè)計復(fù)雜,造價高,對于本體斷路和短路的故障起不到保護作用.第二類方式實現(xiàn)較簡單,在以帶式剎車為主剎車的鉆機中,只需要利用圖1整流故障檢測原理圖中端子19,20提供一個無源的觸點,控制帶剎的助力氣囊的進氣電磁閥,在故障時通氣,拉動帶剎提供制動力矩.或者在盤剎作為主剎車的鉆機中,也可以利用整流故障檢測原理圖1中端子19,2o,提供一個無源的觸點,控制盤剎啟動,實現(xiàn)剎車.這種方式的最大優(yōu)點,是故障保護不再依靠電氣控制系統(tǒng),而且造價低.目前,國外的電磁渦流剎車,其電氣控制系統(tǒng)剎

10、車手柄的設(shè)計有可以借鑒的優(yōu)點.剎車手柄的控制邏輯是在初始位置時,輸出18vac信號;在給定最大位置時,輸出0vac信號.電磁渦流剎車電氣控制系統(tǒng)在剎車手柄信號從l8vac到0vac變化時,對應(yīng)輸出0vdc到最大直流勵磁電壓.這種設(shè)計可以很好的實現(xiàn)剎車手柄操控失靈無給定信號的輸出時,輸出最2009年第23卷第4期周驥等:電磁渦流剎車電氣控制系統(tǒng)常見故障分析?9l?大直流勵磁電壓,從而實現(xiàn)剎車手柄失靈的自動保護功能.而我國生產(chǎn)的電磁渦流剎車電氣控制系統(tǒng),有效控制信號是0到10vdc變化時,對應(yīng)輸出0vdc到最大直流勵磁電壓.這就需要對手柄的控制信號進行轉(zhuǎn)換.為此,我們設(shè)計的一種簡單的信號轉(zhuǎn)換電路如

11、圖2所示.圖2信號轉(zhuǎn)換電路圖2中端子2,端子3之間輸人18vac手柄信號,通過zl整流和w1分壓在2上得到12vdc電平.z2完成求差比例放大運算,端子4得到0vdc電平.不難算出當(dāng)輸人手柄信號從18vac到0vac變化時,端子4的電平從0vdc到l0vdc變化,這個0vdc到l0vdc的信號就可以適應(yīng)我國生產(chǎn)的電磁渦流剎車電氣控制系統(tǒng).不難想象,利用上述方法,在電氣控制系統(tǒng)剎車手柄失靈的情況下,給定信號可以自動的補償并傳遞到整流系統(tǒng)的觸發(fā)電路,起到自動保護的目的.但目前在國內(nèi)還沒有應(yīng)用實例.3結(jié)束語綜上所述,電磁渦流剎車及電氣控制系統(tǒng)故障的報警和保護是可以有效的實現(xiàn).本文中圖l一整流故障檢測

12、原理圖所介紹的電子線路,就是該電磁渦流剎車故障檢測報警保護電路板中的部分原理.同時該電路板預(yù)留了部分器件,十分利于擴展圖2一信號轉(zhuǎn)換電路的內(nèi)容.電磁渦流剎車故障檢測報警保護電路板,提供一路剎車手柄信號輸入及變換單元(可擴展),兩路故障檢測信號有源輸入端口;一組整流故障檢測功能單元輸入端口;三路分項報警輸出有源端口;一路報警輸出無源觸點端口和一路保護輸出無源觸點端口.電磁渦流剎車電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計制造,可以充分利用電磁渦流剎車故障檢測報警保護電路板,實現(xiàn)對剎車本體故障的本體高溫和電氣控系統(tǒng)故障的交流故障的報警和保護功能.例如,可分別利用兩路故障檢測信號輸入端口進行故障信號的采集,并分別有兩路可分項報警輸出有源端口進行分項報警,更加便利于檢修.電氣控制系統(tǒng)方面的故障問題,可利用一組整流故障檢測功能單元輸入端口,進行電氣控系統(tǒng)故障的直流故障檢測,并利用一路保護輸出無源觸點端口,啟動外部的保護功能.同時有一路分項報警輸出有源端口進行分項報警.可利用一路報警輸出無源觸點端口延伸到司鉆臺進行報警.操作系統(tǒng)方面故障的問題解決依賴剎車手柄改變,如果使用本文建議改良的剎車手柄,解決方案本文已闡述.如果使用國外的剎車手柄,可以利用圖2一信號轉(zhuǎn)換電路直接實現(xiàn)操作系統(tǒng)故障的剎車手柄操控失靈檢測的保護.也就是說