煤矿电牵引采煤机变频器的改造分析

王居文

（山西潞安矿业（集团）有限责任公司常村煤矿，山西长治 046100）

0 引言

在矿井采煤工作面，采煤机工作环境十分恶劣，不仅有大量采煤过程中产生的粉尘和水，机器工作时的振动也会在电牵引采煤机变频器的使用过程中增加负担。一个典型的例子是电控箱密封圈在使用过程中，变频器不断地进入粉尘和水，这两者会严重损坏变频器中的印刷电路板，机器在采煤的过程中会产生剧烈的振动，这种振动有概率振断用来支撑变频器电抗接线柱的原件，此外可能会损坏电路板，振动使电子元件从电路板上脱落。基于此，本文作者提出合适的改进措施，降低变频器发生故障的概率，提高电牵引采煤机的使用寿命，降低其维护成本，保证采煤机在运行过程中的安全是必要进行的[1]。

1 改造变频器结构时的注意事项

在工业生产中，普遍采用的是风冷式结构的变频器，然而这种变频器无法在电牵引采煤机中使用，原因在于采煤机采用的是密闭结构的电控箱，内部与机器内部与外部之间的空气不能相互流通。因此，在电牵引采煤机中必须采用水冷式结构的变频器，这种变频器的散热依靠的是冷却水的循环，而不需要空气。在将风冷式结构的变频器改造为水冷式结构变频器的过程中，需要注意的问题有以下几个方面：

（1）改造的变频器在进行封装时需要设计成上下两层的结构，底部装载有散热铝板，用来放置诸如IGBT模块这种发热量大的元件，其他应该放在底层的元件还有重量较大的电子元件，比如充电接触器和充电电容等。上层和下层之间使用支撑柱，将上层支撑起来，将体积小重量轻的元件放在上层，由于这些元件普遍较为精细，在支撑柱上还需要用减振垫进行缓冲，减少上下两层的振动，电路板频繁振动容易损坏，因此固定电路板的螺栓上必须要安装减振垫用作防护[2]。

（2）固定主回路的螺栓一旦松动，机器运行中发生振动就有概率使得螺栓发生打火现象。

（3）在安装电容的时候，一定要确认电容的极性是否正确，一旦接反变频器在上电之后，电容就有很大的可能性发生炸裂。

（4）由于电路板上分布的插接件数量多且复杂，在操作过程中要格外小心插反或插错的事件，否则会发生事故，以IGBT模块而言，驱动县一旦差错整个模块就会炸裂。此外还需注意在插拔插头的时候不能使用蛮力，不能强行拽线，避免插头中的线被拔出来[3]。

（5）变频器中有些元件对静电敏感，例如印刷电路板，针对这种元件在装卸的时候，操作人员需要佩戴好接地腕带并且带好手套，防止元件受损。

2 提高变频器散热性能

在变频器的运行过程中，有两个器件的发热量较大，分别为交流电抗器和IGBT模块，这两个器件的发热量在采煤机进行爬坡操作和遇到大截割阻力的时候，会进一步提高。为降低这两个元器件对整个机器散热的影响，在封装变频器的时候要注意将交流电抗器装到变频器的外部，将交流电抗器和变频器壳体之间的距离尽可能地扩大，以最大程度地降低电抗器散发出的热量对电子元件造成的不利影响。除了电抗器之外，在变频器正常工作的过程中，IGBT模块会处于一个不断开关的状态，高频率表的开关会进一步加大IGBT模块的发热量[4]。

对于电子元器件而言，对其使用寿命影响最大最关键的因素就是温度，过高的温度几乎能够对所有的电子元器件造成损害，尤其是半导体器件，这种器件对温度格外敏感，其设计中的参数定额都和一定的温度相关联，温度过高的时候，半导体器件会受到严重破坏，甚至于完全损毁。在变频器中要实现对温度的控制主要是通过其电力半导体器件的散热功能进行的。

结合前文所述，一般而言为了解决IGBT模块发热量过大的问题，在对变频器进行封装时，将IGBT模块放置在下层的散热铝板上。此外还要在二者之间附加一层导热硅脂，导热硅脂能够起到降低热阻的作用，其效率大概在25%～30%左右。选择散热铝板的时候最好使用铝合金，铝合金的导热性能较好，在选择铝板的时候，通常选用20mm厚的散热铝板，在这个厚度下能够兼顾散热效果和铝板坚固程度。和IGBT模块与铝板相同，将散热铝板安装到变频器中的时候，也要在铝板底部附加一层导热硅脂，这层硅脂是为了防止变频器的地板与电控箱之间因为加工精度的差异产生贴合问题，进而对降低散热性，最终因为温度过高影响变频器的运行[5]。

3 提高变频器的抗振性能

由于电牵引采煤机在运行的过程中一定会发生振动，并且有夹研存在于工作面的时候振动会更剧烈，用来支撑变频器电抗接线柱的支撑柱在这种情况下容易被振断，并且会振掉电子元件，为了减少这种事件，可以采取一些措施提高变频器的抗振性：

（1）不要将交流电抗器和变频器主机固定在一起。

（2）固定电抗器的时候除了固定支撑腿，还需要将电抗器和底板利用压板用螺栓进行固定，用橡胶垫放在压板下增强抗振性。

（3）在对变频器进行封装的过程中，分为上下两层，下层安装重量较大的器件，上层安装重量较轻的器件。

（4）固定螺栓用来固定电路板时必须附加减振垫，并且要使用加固胶加固电路板上脆弱的电子元件，防止被振断。对于一些容易被振松的插头和插座，也应该使用加固胶进行加固。

（5）将固定变频器的压块做成斜面，相对的，在其底板处也要做出斜面，将两个斜面进行压接可以大幅度地提高变频器的抗振性能[6]。

4 针对改装成品的调试试验

变频器在完成改装后出厂运行前还需要经过调试过程，只有调试通过才能投入使用，试验过程如下：

（1）测试绝缘性。不同的变频器使用不同的摇表进行测试，变频器为380 V和460 V的时候，摇表选用500 V，变频器为1 140 V的时候，摇表选用1 000 V，测试目的是为了保障主回路的绝缘性，通过测试后变频器才能上电。

（2）变频器加载试验。在这个试验中需要确定变频器的加载能力和过载能力，合格的变频器所具有的电流应该是额定120%的，并且能够在1 min内过载。

（3）测试变频器恒转矩调速性能。首先稳定调速装置的输出频率在50 Hz，然后把转矩从空载慢速提高至额定至，接着提高负载，这个时候的转速应该自行降低。

（4）测试变频器恒功率调速性能。将输入电源电压稳定在95%～110%，并且设定调速装置的输出频率为70 Hz，测试的时候从空载开始增加，到达指定值后继续提高负载，此时应该自行减速。

（5）测试变频器温升。设定变频器的输出频率为50 Hz，通过直接增加行走电动机的负载，将变频器输出的转矩达到额定值（此时变频器内部元件中的电流达到额定值），持续一段时间，时间长度以正常情况下温度能够升至稳定为标准，判断温度是否稳定，只需观察每小时的温度变化有没有超过1 K即可[7]。

（6）修改参数后测试通信。变频器出厂时设置的参数在实际使用的过程中需要根据具体的控制方式进行修改，针对通信协议和电动机的参数修改变频器的参数，对通信进行测试，通信如果是正常的则接下来加减速电动机的运行速度，观察此过程中变频器能否正常控制。

5 变频器安装注意事项

（1）安装变频器的时候，首先要对电控箱内部的安装位置进行检查，如果有底面不平整的情况出现，变频器的散热功能会受到影响。

（2）由于制作精度的差异，电控箱的安装底面和变频器底板之间一般会存在有缝隙，缝隙会提高热阻，因此必须在底面附加一层导热硅脂填补缝隙。

（3）固定变频器时，最好使用压块将变频器的底板压紧，没有条件时也必须要在固定螺栓上附加抗振垫[8]。

6 结语

概述对电牵引采煤机变频器进行改造的技术方法，用以解决采煤机的散热问题。在实际生产中，改造采煤机变频器时只有结合采煤机的工作条件，才能使改造效益最大化。