电牵引采煤机变频器的优化研究

于 卿

（大同煤矿集团华盛万杰煤业有限公司， 山西 河津 043300）

引言

进行回采作业时会产生高浓度的粉尘、水和振动等，电牵引采煤机在这种环境中工作容易出现各种故障：电控箱的密封圈出现老化容易出现密封失效，粉尘和水就会渗入变频器中，造成变频器中的电路发生短路而发生损坏；进行割煤的过程中，截齿与煤壁之间摩擦产生的振动传到变频器容易使变频器内部接线柱的支撑腿脱落或者其他电子元件掉落等[1]。因此，对电牵引采煤的变频器进行优化改进。

1 优化基本原则

1）由于电牵引采煤机属于大功率用电设备，采煤机的变频器工作时会产生大量的热量，因此必须进行散热设计。但是电牵引采煤机的电控箱采用的都是密闭的箱体结构，因而不能采用工业上常用的风冷式散热，只能选择水冷式散热来带走变频器在工作时产生的大量热量。

2）将变频器的内部分为上、下两层。把电容器、接触器这类比较重的电子元件安设在下部，将驱动电路板、控制电路板和IGBT模块这类相对较轻和发热量较大的电子元件安置在上部。上部通过支撑柱与下部连接固定，并且在支撑柱的两端加装隔振垫以尽可能地避免上下层之间的振动。下层通过装有隔振垫的螺栓固定在电控箱内。

3）压紧固定螺栓避免在受到振动时发生松动打火，对电路安全的造成威胁。

4）安装插接件时应注意其插接方向和插接位置，否则会引发安全事故。如电容反接后通电会发生爆炸，IGBT模块插在错误的位置会炸裂。并且在拔插头时注意不能暴力拉扯，以防线与插头松动脱落。

5）变频器内部的精密电路板和电子元件，容易受静电干扰，因而安装或拆卸变频器时工人应做好消除静电的措施。

2 散热优化

高温不仅会降低电子元件的工作性能还会缩减其使用寿命，其中半导体受到的影响尤其明显。因为半导体几乎所有额定性能都是在特定温度条件下才能实现的，如果温度过高很可能会直接导致半导体元件失效破坏[2]。因此对变频器中半导体元件进行散热尤为重要。可以通过在散热铝板上安设IGBT模块来加速其的散热速度。并且在IGBT模块的下部涂上导热硅脂，以减小IGBT模块与散热铝板之间的热阻（可以降低25%～30%的热阻）。优先选用导热性能较好的铝合金作为散热铝板，综合铝板散热性能和铝板强度等因素，选用厚度在15～20mm的散热铝板。并且在散热铝板的底层也应铺设一层导热硅脂，以减小变频器与电控箱之间的热阻。

在变频器通电工作时，内部的交流电抗器和IGBT模块会产生大量的热量，尤其是采煤机进行荷载较大的作业时产生的热量更多。在对变频器进行封装时应将交流电抗器隔离在变频器的外部，并且使交流电抗器与变频器之间的距离尽可能地远离，以削弱电抗器产生的热量对变频器内电子元件性能的负面影响。

3 抗振优化

1）电容器通过下部的支撑腿固定，上部加设用固定螺栓与安装底板连接的压块或压板，并且在压块或压板与电容器之间设有缓振胶垫，上下同时加固避免支撑腿断裂。

2）因为质量较大的物体振动时产生更大的影响，因此把质量较大的元件优先安设在下层，质量较轻的则可以安设在上部。

3）对变频器进行组装时，所有的固定螺栓上加装隔振垫，容易被振断、振落或振松元件的连接部位必须涂有加固胶。

4）将电控箱内固定变频器的底板做成倾斜的，对应变频器的底板也做成相契合的斜面，依靠两个斜面的压接再次削弱变频器受到的振动。

4 性能调试

经过优化改装后的变频器必须经过相应的调试才能进行安装使用。根据行业规范，必须进行如下实验：

1）过载测试。通电后调节变频器至额定输出频率，然后进行缓慢加载。测试变频器持续1 min输出120%的额定电流是否会出现故障。

2）绝缘测试。在确保主回路对地和相间的绝缘正常的情况下，根据变频器的工作电压选用500 V或1000 V的摇表进行绝缘测试。

3）恒功率调速性能测试。接入变频器额定电压95%～110%的电源，设定变频调速装置的输出频率为最高的70 Hz，使其从空载缓慢加载至额定的功率，随后继续加大负载，测试转速的变化是否正常（正常情况下转速会降低至额定转速的97.5%及以下）。

4）恒转矩调速性能测试。接入变频器调速装置额定电压95%～110%的电源，设定变频调速装置的输出频率为50 Hz，使其从空载缓慢加载至额定的转矩，随后继续加大负载，测试转速是否正常（正常情况下转速会降低至额定转速的97.5%及以下）[3]。

5）散热能力测试。设定变频器的输出频率为50 Hz，通过对行走电动机直接加载调整电动机的转矩到额定转矩。使变频器的温度逐渐上升，最后达到一个稳定值（一般设定变频器温度的变化速度小于1 k/h时的温度为稳定值）。

6）通信测试。刚组装完成的变频器不能直接安装到采煤机的电控箱内，需要对变频器的参数进行修正（修正依据为变频器的控制方式、通信协议和电动机的参数等）。对变频器与上位机之间的通信情况进行测试，在确定正常通信后还必须对电动机进行变速测试，以保证变频器所有控制功能的实现[4]。

5 安装注意事项

1）首先检查电控箱的底板是否平整，若不平整需铺设一层导热硅脂来减小热阻以避免因不平整的底板阻碍散热。

2）在变频器与电控箱底板连接用的固定螺栓上加装隔振垫，如果条件允许在变频器上部加设用固定螺栓与安装地板连接的压块或管板，并且在压块或压板与变频器连接处设有缓振胶垫，上下同时加固来减小振动。

6 结论

1）由于采煤机工作环境限制采煤机的牵引装置要高强度小体积；

2）变频调速装置是最为实用的采煤机牵引部的调速装置；

3）通过在采煤机牵引部行星装置的末级上安装油膜离合器来对机械传动进行缓冲；

4）采煤机的各个装置要在满足必要功能的基础上，尽可能地减小牵引部分所占的空间，以保证采煤机的牵引部足够灵活。