電牽引采煤機變頻器的改進及應用

封宇翔

（陽煤集團二礦調度室采煤二隊， 山西 陽泉 045000）

引言

變頻器是電牽引采煤機上的重要部件，它的穩定性直接決定了電牽引采煤機的工作效率。然而，我國煤礦井下回采工作面條件往往較為惡劣，采煤機在采煤過程中會產生大量的粉塵、煤塵，加之頂板時常有滲水現象，這些都會給采煤機變頻器正常穩定的工作帶來巨大挑戰。

陽煤集團二礦80802工作面使用的MGTY400/930-3.3D型電牽引采煤機時常出現故障，根據檢修人員的統計，造成故障的主要原因是變頻器無法正常工作。通過對更換下來的變頻器分析，發現因其電控箱密封圈老化，致使粉塵、煤塵以及水入內，導致其印刷電路板損壞或者在回采工作時其變頻器支撐接線柱的支撐腿以及印刷電路板上的元件會因其強烈振動而被損壞。因此，對電牽引采煤機變頻器的技術改進迫在眉睫[1]。

1 變頻器改進時需注意的問題

電牽引采煤機的變頻器因與工業上通用變頻器使用條件有很大差異，在對其進行技術改進時應注意以下問題：

1）不同于工業上通用變頻器采用的風冷式結構，電牽引采煤機受限于其不與外界空氣交換的密閉箱體結構的電控箱，其變頻器不得不使用水冷式結構，該結構將變頻器工作時所產生的熱量帶走的方式一般為使用循環冷卻水。

2）變頻器電路板改進時其電容的極性和IGBT驅動線容易接反或接錯，極性接反后的電容和IGBT驅動模塊在通電后會炸裂，從而導致整個電路出現故障。

3）主回路上的固定螺栓如果不擰緊則會導致其在電牽引采煤機工作振動時出現打火現象和松動現象。

4）現場操作的工人在插頭需要插拔時應切記不拽線，以避免長期拽線導致的電線外露，形成安全隱患。此外，由于變頻器電路板對靜電的敏感性，其在被安裝或拆卸時，應避免與工人的手部和腕部直接接觸。

2 變頻器的抗振改進

電牽引采煤機在回采工作時其變頻器支撐接線柱的支撐腿以及印刷電路板上的元件會因其強烈振動而常常被損壞或被振掉，尤其當有大量夾矸存在于回采煤層時，其振動強度會更加劇烈。因此，從以下幾方面做出改進：

1）調整元件的固定位置。將印刷電路板上相對較重的元件固定在電路板底層，而相對較輕的則固定在上層。此外，交流電抗器與變頻器主機也應被單獨固定，以減少某一固定位置承受的重力。

2）印刷電路板上易被振斷的元件和易被振松的插頭插座用膠與電路板額外加固。為了減少整個電路板的振動，橡膠減振墊被增加在螺栓的固定位置。

3）將電抗器原先采用的只固定支撐腿的方式改進為使用底部有橡膠墊減振的壓板或壓塊，并將其固定在電抗器底板上[2]。

3 變頻器的散熱改進

MGTY400/930-3.3D型電牽引采煤機在進行回采工作時，IGBT模塊以及交流電抗器會散發大量熱量，尤其當采煤機處于爬坡等截割阻力比較大的使用條件下。采煤機電路板上的元器件壽命會極大地受到溫度的影響，尤其是半導體器件，散熱能力低導致的溫度過高會嚴重縮短半導體器件的使用壽命。可以說，電牽引采煤機變頻器散熱效果的好壞會直接決定采煤機工作效率的高低。因此，針對上述問題對變頻器的散熱做出以下幾方面的改進：

1）將原先交流電抗器被密閉地裝在變頻器殼的內部改進為讓其二者之間保持一定距離，以促進散熱，并且避免溫度過高影響印刷電路板上元件的工作性能。

2）為解決IGBT模塊的散熱問題，將其與15～20 mm導熱性能較好的鋁合金制成的散熱鋁板安裝在一起增加散熱效率。此外，將導熱硅脂涂在兩者之間。實踐證明此方式可提高25%～30%的散熱效率。導熱硅脂同樣也可涂在安裝變頻器的散熱鋁板的底層，從而可以避免電控箱與變頻器地板因加工精度低導致的貼合不到位而影響變頻器運行時的溫度高及散熱慢的問題。同時還要在變頻器安裝前檢查電控箱內安裝變頻器的底面平整度，避免因安裝底面過于不平整而導致的變頻器散熱效果差的問題的出現。

4 現場調試及應用

4.1 現場調試

將MGTY400/930-3.3D型電牽引采煤機的變頻器按如上措施進行改進后，進行試驗調試首先應當確保變頻器功能的正常，排除因功能缺陷對改進措施帶來的影響。具體調試步驟如下：

1）對變頻器用1 000 V的搖表進行絕緣測試，以保證給變頻器上電時是在主回路對地和相間絕緣良好的條件下完成的。

2）對變頻器進行加載試驗以確定其過載功能的正常。設定變頻器的輸出頻率為額定頻率后，逐漸加載至120%額定電流并保持1min以測試其過載能力。

3）對變頻器進行恒轉矩調速性能的試驗以確定其恒轉矩調速性能的正常。首先設定50 Hz的變頻調速裝置輸出頻率和電源電壓輸出95%～110%的額定值，然后從空載狀態逐漸加載至額定轉矩狀態，再此情況下增加額外負載，正常狀況下轉速應自動降低，但自動降低的幅度不少于其額定轉速的2.5%。

4）對變頻器進行恒功率調速性能試驗以確定其恒功率調速性能的正常。首先設定70 Hz的變頻調速裝置最高輸出頻率和電源電壓輸出95%～110%的額定值，然后從空載狀態逐漸加載至額定功率，再此情況下增加額外負載，正常狀況下轉速應自動降低，但自動降低的幅度不少于其額定轉速的2.5%。

5）對變頻器進行溫升試驗以確定其工作狀態下溫度上升的穩定性。設定50 Hz的變頻器輸出頻率，并通過在電動機施加直接負載的方式使變頻器達到額定電流下的額定輸出轉矩。變頻器溫升試驗的持續時間應持續至其每小時的溫度變化在1 K的范圍內時，這時即可認為其溫升試驗成功且溫度達到穩定值。

6）對變頻器參數改進后進行通信測試，以確定參數改進后其功能的正常。首先測試參數改進后采煤機控制方式是否正常。然后測試上位機的通信協議參數改進后其通信功能是否正常。最后測試拖動電動機的參數改進后，拖動電動機進行加減速實驗中的變頻器，加減速控制功能是否正常。

4.2 現場應用

經過半年的現場試驗，證明改進后的變頻器抗振性能顯著提高，電路板上的元器件不易被振動損壞或被振掉，電牽引采煤機的連續工作時間明顯增長。此外，采煤機在工作時其變頻器的散熱性能顯著提高，始終維持在元器件可正常運行的范圍內。由現場應用結果可知，改進后的電牽引采煤機變頻器在保障了電牽引采煤機穩定工作的同時，也提高了其工作效率，現場應用效果良好。

5 結語

針對變頻器的抗振性能和變頻器散熱性能兩方面對MGTY400/930-3.3D型電牽引采煤機變頻器進行改造，改進后的電牽引采煤機變頻器運行穩定，工作效率得到提高，應用效果良好。