電牽引采煤機變頻器的故障分析與改進

楊美娟

（山西西山煤電股份公司西曲礦科研職教科， 山西 古交 030200）

引言

由于井下環境比較惡劣，且采煤工作面會產生比較多的粉塵與水，大型機電設備產生的噪音也會比較大[1]。粉塵、水與巨大的噪音都會對采煤機的變頻器產生一些不良的影響，其中當采煤機電控箱密封出現問題時，大量的煤粉與水就有可能會進到變頻器內部，水和煤粉會降低電路板的性能[2-3]。

1 變頻器存在的問題

1.1 變頻器溫度過高

由于變頻器所在的電控箱的密閉性不佳，導致煤塵與水會進入變頻器內部，煤塵附著在變頻器的線路板上會降低線路板的散熱能力，導致部分電器元件會由于散熱不良而出現損壞。這主要是長期沒有得到良好的維修保養造成的，因此做好定期的維修保養以及清掃工作，能有效避免熱量積聚[4]；由于變頻器瞬間啟動產生的熱量較大，當變頻器啟動比較頻繁時，變頻器會在短時間內積聚大量的熱量，當局部熱量過高時，會嚴重損壞變頻器內部的電器元件，因此要避免頻繁啟動變頻器。

IGBT模塊和交流電抗器是變頻器內產生熱量比較大的元件，當采煤機處于傾斜的坡面上進行作業時或者截割阻力比較大的情況時，IGBT模塊和交流電抗器會產生更多的熱量。變頻器內部處于一個封閉的環境，而交流電抗器產生的熱量比較大，因此交流電抗器不能封裝在變頻器的殼體內部，并且變頻器的殼體需要與交流電抗器之間有一定的距離，這樣可以減小交變電抗器產生的熱量對其他元件的影響。位于變頻器箱體內部的IGBT模塊始終處于開關的狀態，啟動頻率的高低直接影響發熱量的大小。

1.2 變頻器振動

由于采煤機在割煤過程中會產生較大的振動，當采煤機出現夾矸石時，振動會加劇。長時間的振動會降低變頻器的密閉性，導致變頻器內部進入煤塵與水。同時也會導致變頻器內部的接線端口出現松動以及部分線路出現信號不穩定的狀況。甚至充電接觸器和變頻器電抗的支腿也可能會振斷，電路板上部分元件甚至會掉落，直接影響電路板的性能。

1.3 變頻器電路電壓過高

對直流母線支路的三相電壓全波進行整流，整流后電壓的平均值可以反映出電壓是否超出規定范疇。當電壓過高時，變頻器電路中的電壓就會過高，就有可能燒壞電路板中的電子元件。超電壓存在很多形式，如：當電機的轉速比較高，超過變頻器的正常值時，電機輸出的電壓就會比較高，導致變頻器出現超電壓的現象；當同一電路中接入的其他負載變少時，輸入的交流電壓就會比平時高。

當兩個電機同時對采煤機輸出電壓時，電壓不同就可能導致兩個電機的運轉功率存在差異，一個運轉速度快而另一個電機運轉速度慢，進而導致采煤機上的電壓超過其承載極限。

2 變頻器結構的改進注意要點

常見的變頻器運用的是風冷式結構，但井下的電牽引采煤機變頻器所在的電控箱屬于一個密閉的結構，密閉的空間會導致空氣無法與外界環境流通，因此采煤機變頻器就無法通過空氣的流通來進行散熱，需要通過水的循環來進行有效的散熱。但在變頻器改造過程中，需要注意以下幾點：

1）變頻器的改造需要分兩層來進行，充電接觸器以及充電電容等體積比較大和比較重的元件可以放到變頻器的底部，同時將產熱量大的IGBT模塊放到散熱比較好的鋁板上。用支撐柱來支撐上層，為了避免兩層板子發生比較大的晃動，可以在每層上增加減振墊。上層放置一些比較輕的元件，如主控制電路板以及驅動電路板等。

2）為了降低振動導致的電路板松動，進而損壞電路板，需要用螺栓對主回路板進行固定。

3）電容極性接反會徹底損壞電容，因此在電容安裝時需要特別的注意。

4）由于電路板上的元件比較多，在安裝時要避免插錯以及插反。部分元件在插接錯誤的情況下通電會直接損壞元件。同時在拆卸時，不能粗暴的拽線，以免損壞線路。

5）為了降低電路板對靜電的影響，安裝電路板的相關人員需要在佩戴防靜電手套后進行裝卸電路板。

3 變頻器改進措施

3.1 提高變頻器散熱的方法

由于變頻器內部存在大量的半導體元件，而半導體的性能受溫度的直接影響，溫度過高直接降低變頻器內半導體元件的性能與使用年限，因此變頻器良好的散熱功能是變頻器實現良好性能的關鍵。

為了加大IGBT模塊的散熱能力，將IGBT模塊直接敷設在散熱性能比較好的鋁板上，且應該選用導熱性能更好的鋁合金，同時為了加快散熱的速率，降低熱阻，可以在散熱鋁板與IGBT模塊之間在敷上一層導熱硅脂。綜合考慮鋁板的強度與散熱效果，鋁板的厚度一般在15～20mm之間。為了避免電控箱與變頻器接觸不良造成的導熱電阻大的問題，需要在鋁板的底部在涂抹一層導熱硅脂。

3.2 變頻器的抗振措施

可以通過以下措施來增加變頻器的抗振性能，將交流電抗器安裝在變頻器箱體的外部；對交變電抗器的腿進行固定，用螺栓固定交變電抗器，將電抗器與底板固定在一起，另外還需要安裝橡膠墊來降低振動對交變電阻器的影響；將比較輕的元件布置在變頻器箱體的上部，將比較重的元件布置在箱體的下部，以增加變頻器箱體下部的重量，減小其發生振動的可能性；用螺栓對電路板進行固定，同時在螺栓上安裝必要的減振配件，另外在振動過程中容易發生掉落的元件、插頭以及插座，需要用膠水對其進行加固；將變頻器箱體底板的斜面與固定變頻器壓塊的斜面進行壓接，以增大變頻器的穩定性。

3.3 變頻器電路電壓過高的解決辦法

增加采煤機的負載體系，確保兩個電機所輸出的電壓比較平衡，有效避免由于兩電機運轉功率不同導致的超電壓現象。在采煤機處于低負載運轉時，由于負載比較小，導致電機的運轉速度比較快，產生的慣性也會相應的比較大，由于減速的時間相對比較短，高速運轉的電機的減速度會比較大，造成輸出端的速度也會相應比較大。由于采煤機減速時間要比電機的長，造成采煤機變頻器的運轉速度要比電機的小，造成變頻器的電壓比較大。因此為了保證變頻器的電壓在正常范圍內，可以額外增加制動元件，確保電機速度在一個合理的范圍內；當采煤機的負載比較小時，把采煤機調整到低速運轉狀態；修正變頻器的相關參數，把其減速的時間延長。

4 結論

變頻器作為電牽引采煤機的重要部件，如果其出現問題將直接影響采煤機的性能，影響生產效率，通過增強變頻器的散熱能力、提高其抗振能力以及保持電壓在合理的范圍，可降低變頻器發生故障的概率，提高其安全性，有效保證采煤機的性能，提高采煤機的工作效率。