电牵引采煤机变频器的改进及应用

2018-02-15封宇翔

机械管理开发 2018年11期

封宇翔

（阳煤集团二矿调度室采煤二队，山西阳泉 045000）

引言

变频器是电牵引采煤机上的重要部件，它的稳定性直接决定了电牵引采煤机的工作效率。然而，我国煤矿井下回采工作面条件往往较为恶劣，采煤机在采煤过程中会产生大量的粉尘、煤尘，加之顶板时常有渗水现象，这些都会给采煤机变频器正常稳定的工作带来巨大挑战。

阳煤集团二矿80802工作面使用的MGTY400/930-3.3D型电牵引采煤机时常出现故障，根据检修人员的统计，造成故障的主要原因是变频器无法正常工作。通过对更换下来的变频器分析，发现因其电控箱密封圈老化，致使粉尘、煤尘以及水入内，导致其印刷电路板损坏或者在回采工作时其变频器支撑接线柱的支撑腿以及印刷电路板上的元件会因其强烈振动而被损坏。因此，对电牵引采煤机变频器的技术改进迫在眉睫[1]。

1 变频器改进时需注意的问题

电牵引采煤机的变频器因与工业上通用变频器使用条件有很大差异，在对其进行技术改进时应注意以下问题：

1）不同于工业上通用变频器采用的风冷式结构，电牵引采煤机受限于其不与外界空气交换的密闭箱体结构的电控箱，其变频器不得不使用水冷式结构，该结构将变频器工作时所产生的热量带走的方式一般为使用循环冷却水。

2）变频器电路板改进时其电容的极性和IGBT驱动线容易接反或接错，极性接反后的电容和IGBT驱动模块在通电后会炸裂，从而导致整个电路出现故障。

3）主回路上的固定螺栓如果不拧紧则会导致其在电牵引采煤机工作振动时出现打火现象和松动现象。

4）现场操作的工人在插头需要插拔时应切记不拽线，以避免长期拽线导致的电线外露，形成安全隐患。此外，由于变频器电路板对静电的敏感性，其在被安装或拆卸时，应避免与工人的手部和腕部直接接触。

2 变频器的抗振改进

电牵引采煤机在回采工作时其变频器支撑接线柱的支撑腿以及印刷电路板上的元件会因其强烈振动而常常被损坏或被振掉，尤其当有大量夹矸存在于回采煤层时，其振动强度会更加剧烈。因此，从以下几方面做出改进：

1）调整元件的固定位置。将印刷电路板上相对较重的元件固定在电路板底层，而相对较轻的则固定在上层。此外，交流电抗器与变频器主机也应被单独固定，以减少某一固定位置承受的重力。

2）印刷电路板上易被振断的元件和易被振松的插头插座用胶与电路板额外加固。为了减少整个电路板的振动，橡胶减振垫被增加在螺栓的固定位置。

3）将电抗器原先采用的只固定支撑腿的方式改进为使用底部有橡胶垫减振的压板或压块，并将其固定在电抗器底板上[2]。

3 变频器的散热改进

MGTY400/930-3.3D型电牵引采煤机在进行回采工作时，IGBT模块以及交流电抗器会散发大量热量，尤其当采煤机处于爬坡等截割阻力比较大的使用条件下。采煤机电路板上的元器件寿命会极大地受到温度的影响，尤其是半导体器件，散热能力低导致的温度过高会严重缩短半导体器件的使用寿命。可以说，电牵引采煤机变频器散热效果的好坏会直接决定采煤机工作效率的高低。因此，针对上述问题对变频器的散热做出以下几方面的改进：

1）将原先交流电抗器被密闭地装在变频器壳的内部改进为让其二者之间保持一定距离，以促进散热，并且避免温度过高影响印刷电路板上元件的工作性能。

2）为解决IGBT模块的散热问题，将其与15～20 mm导热性能较好的铝合金制成的散热铝板安装在一起增加散热效率。此外，将导热硅脂涂在两者之间。实践证明此方式可提高25%～30%的散热效率。导热硅脂同样也可涂在安装变频器的散热铝板的底层，从而可以避免电控箱与变频器地板因加工精度低导致的贴合不到位而影响变频器运行时的温度高及散热慢的问题。同时还要在变频器安装前检查电控箱内安装变频器的底面平整度，避免因安装底面过于不平整而导致的变频器散热效果差的问题的出现。

4 现场调试及应用

4.1 现场调试

将MGTY400/930-3.3D型电牵引采煤机的变频器按如上措施进行改进后，进行试验调试首先应当确保变频器功能的正常，排除因功能缺陷对改进措施带来的影响。具体调试步骤如下：

1）对变频器用1 000 V的摇表进行绝缘测试，以保证给变频器上电时是在主回路对地和相间绝缘良好的条件下完成的。

2）对变频器进行加载试验以确定其过载功能的正常。设定变频器的输出频率为额定频率后，逐渐加载至120%额定电流并保持1min以测试其过载能力。

3）对变频器进行恒转矩调速性能的试验以确定其恒转矩调速性能的正常。首先设定50 Hz的变频调速装置输出频率和电源电压输出95%～110%的额定值，然后从空载状态逐渐加载至额定转矩状态，再此情况下增加额外负载，正常状况下转速应自动降低，但自动降低的幅度不少于其额定转速的2.5%。

4）对变频器进行恒功率调速性能试验以确定其恒功率调速性能的正常。首先设定70 Hz的变频调速装置最高输出频率和电源电压输出95%～110%的额定值，然后从空载状态逐渐加载至额定功率，再此情况下增加额外负载，正常状况下转速应自动降低，但自动降低的幅度不少于其额定转速的2.5%。

5）对变频器进行温升试验以确定其工作状态下温度上升的稳定性。设定50 Hz的变频器输出频率，并通过在电动机施加直接负载的方式使变频器达到额定电流下的额定输出转矩。变频器温升试验的持续时间应持续至其每小时的温度变化在1 K的范围内时，这时即可认为其温升试验成功且温度达到稳定值。

6）对变频器参数改进后进行通信测试，以确定参数改进后其功能的正常。首先测试参数改进后采煤机控制方式是否正常。然后测试上位机的通信协议参数改进后其通信功能是否正常。最后测试拖动电动机的参数改进后，拖动电动机进行加减速实验中的变频器，加减速控制功能是否正常。

4.2 现场应用

经过半年的现场试验，证明改进后的变频器抗振性能显著提高，电路板上的元器件不易被振动损坏或被振掉，电牵引采煤机的连续工作时间明显增长。此外，采煤机在工作时其变频器的散热性能显著提高，始终维持在元器件可正常运行的范围内。由现场应用结果可知，改进后的电牵引采煤机变频器在保障了电牵引采煤机稳定工作的同时，也提高了其工作效率，现场应用效果良好。