煤矿电牵引采煤机变频器的改造研究

闫大红

摘要：电牵引采煤机中的变频器出现故障损坏后，修理周期相对较长且修复难度大、费用额高。为此，需针对常出现的问题加以改进变频器，以确保电牵引采煤机正常运作。本文对电牵引采煤机中变频器改造措施、散热方法及抗振措施简要阐述，希望为变频器改造提供有效依据。

关键词：电牵引采煤机；煤矿；变频器

采煤机工作时条件相对恶劣，产生的水、振动及粉尘易对电牵引采煤机中的变频器带来问题，例如，因电控箱密封圈工作年限长老化后，导致水和粉尘进入变频器，从而损坏印刷电路板，同时因机器剧烈振动，也会导致电抗接线柱诊断，使电子元件得以振掉，从而一定程度影响工作效率。因此，需加对采煤机中的变频器加以改进，并提出合理、有效的解决方案，从而减轻变频器运行故障，确保电牵引采煤机运行安全。

一、变频器结构改造措施

工业上一般使用的变频器多采取风冷式结构，由于电控箱主要是以密闭结构箱体为主，致使空气和外界无法连通，因此，需把风冷式结构变为水冷式结构，利用冷却水循环带走变频器工作时产生的热量。同时在对变频器进行改造时要尤其注意以下几点，一是变频器封装结构为两层，应把发热量大的器件的IGBT模块放于散热铝板上面，而较重的充电接触、充电电热电子元件放于底层。封装上层则用于支撑柱支撑，用于放置较轻的主控制电路板和驱动电路板，支撑柱的加减振垫则用于振动小两层板子，同时电路板螺栓固定时要加防振垫。二是电容极性一定防止接反，避免变频器接电后导致电容炸裂。三是必须压紧主回路的固定螺栓，防止在振动工作时导致松动打火现象。四是因变频器的上的印刷电路板具有静电敏感性，工人在安装、拆卸电路板时，要佩戴接地手套和腕带。五是因电路板插接件较多，防止插错或是插反，特别是对于IGBT驱动线而言，若出现插错，会使IGBT模块炸裂。因此，在插头拔插时切忌拽线，防止线从插头内拔。

二、变频器散热的主要方法

变频器一般在运行时IGBT模块和交流电抗器会产生较大的发热量，尤其是采煤机在进行阻力较大的爬坡、载割时，发热量会相对更大。而变频器在进行封装时不应将交流电抗器主要封装于变频器壳体内，要使变频器壳体和电抗器之间保持相对距离，才能降低电抗因发热导致对电路板等元件工作性能产生的影响。而变频器中IGBT模块运行正常时不能长时间处于开关状态，因为开关频率越高就会导致发热量越大。

温度对于电子元器件寿命起决定性作用，同时半导体器件针对于温度而言具有更强，敏感性，并且全部参数定额均是因规定的某一温度值为条件得知，温度过高是导致全部半导体器件损坏的重要原因。其中变频器的电力半导体器件所产生的散热是用于控制温度升高的主要手段。一般而言要改善IGBT模块散热主要是将该模块置于散熱铝板上，同时散热铝板和模块之间需垫上一层导热硅脂，能够有效降低大约25%-30%的热阻。散热铝板应采取导热性能相对良好的铝合金，针对于散热铝板的强度和效果，其散热铝板厚度大约为15-22mm左右。在安装变频器时要在散热铝板上涂抹导热硅脂，以防止加工精度导致电控箱和变频器地板贴合性不强导致导热性能较差，最终使变频器在正常运行中产生过温现象。

三、变频器中的抗振措施

电牵引采煤机正常运行时一定会产生振动，尤其是在工作面具有夹矸时振动相对更严重，易使充电接触器与变频器电抗的支腿被振断，从而导致电子元件常被振掉。因此，针对于变频器抗振可实行以下的措施，一是分开固定变频器主机和交流电抗器。二是固定电路板时，加减振垫固定螺栓，针对电路板上易振断的元件要加固胶，同时易振松的插座插头也要加固胶。三是将变频器所固定的压块制成斜面，而在其底板也要导出斜面，将两个斜面压接，能一定程度减轻变频器振动。四是在底层固定较重的电子元件，而上层则固定较轻的电气元件。五是在固定电抗器时不能仅固定支撑腿，因为只对支撑腿进行固定，易被轻易折断，而采取压板或压块用于固定螺栓，并在其安装底板上固定电抗器，在压板或压块下使用橡胶垫减振。

四、改造后进行调试试验

变频器在改造完成后，应出厂试验调试，以便于正常使用，在试验时可由以下几种方法，一是变频器行加载试验，把变频器的输出频率调试至额定输出频率，通过逐渐加载后，其变频器应具有历时1分钟、120%的输出额定电流的过载能力。二是绝缘测试，通过500V摇表绝缘测试460V、380V的变频器，同时使用1000V摇表绝缘测试1140V变频器，以确保主回路对相间和地绝缘无问题时才对变频器上电。三是变频器升温试验，将变频器设定为50Hz的输出频率，通过直接负载的方法让变频器不同部件电流均达到额定电流。试验所持续时间要使温度达到稳定值，而当温度每小时变化低于1K时，则可确定为温度以达到稳定值。四是修改参数后行通信测试，因变频器参数处于出厂设置不利于采煤机控制，要以上位机通信协议、变频器的主要控制方式和拖动电动机的相关参数修改变频器参数，并对上位机和变频器的通信进行测试，判断其是否正常，等通信正常后需拖动电动机，并行加减速实验，测试变频器全部控制正常与否。

五、结束语

电牵引采煤机以电能为动力实行轨道运输牵引，是综采工作面的中心设备，具有反应灵敏、动态性能好等特点，对于煤层开采十分重要。但由于工作面恶劣导致粉尘、水吸入从而使变频器出现问题。因此，需对采煤机中的变频器加以改进，以确保电牵引采煤机运行正常，从而提高工作效率。同时进行变频器改进时要与电控箱结构、特殊工作环境及上位机选型相结合，改动变频器参数及结构，可有效确保变频器功能完善。