煤礦電牽引采煤機變頻器的改造研究

閆大紅

摘要：電牽引采煤機中的變頻器出現故障損壞后，修理周期相對較長且修復難度大、費用額高。為此，需針對常出現的問題加以改進變頻器，以確保電牽引采煤機正常運作。本文對電牽引采煤機中變頻器改造措施、散熱方法及抗振措施簡要闡述，希望為變頻器改造提供有效依據。

關鍵詞：電牽引采煤機；煤礦；變頻器

采煤機工作時條件相對惡劣，產生的水、振動及粉塵易對電牽引采煤機中的變頻器帶來問題，例如，因電控箱密封圈工作年限長老化后，導致水和粉塵進入變頻器，從而損壞印刷電路板，同時因機器劇烈振動，也會導致電抗接線柱診斷，使電子元件得以振掉，從而一定程度影響工作效率。因此，需加對采煤機中的變頻器加以改進，并提出合理、有效的解決方案，從而減輕變頻器運行故障，確保電牽引采煤機運行安全。

一、變頻器結構改造措施

工業上一般使用的變頻器多采取風冷式結構，由于電控箱主要是以密閉結構箱體為主，致使空氣和外界無法連通，因此，需把風冷式結構變為水冷式結構，利用冷卻水循環帶走變頻器工作時產生的熱量。同時在對變頻器進行改造時要尤其注意以下幾點，一是變頻器封裝結構為兩層，應把發熱量大的器件的IGBT模塊放于散熱鋁板上面，而較重的充電接觸、充電電熱電子元件放于底層。封裝上層則用于支撐柱支撐，用于放置較輕的主控制電路板和驅動電路板，支撐柱的加減振墊則用于振動小兩層板子，同時電路板螺栓固定時要加防振墊。二是電容極性一定防止接反，避免變頻器接電后導致電容炸裂。三是必須壓緊主回路的固定螺栓，防止在振動工作時導致松動打火現象。四是因變頻器的上的印刷電路板具有靜電敏感性，工人在安裝、拆卸電路板時，要佩戴接地手套和腕帶。五是因電路板插接件較多，防止插錯或是插反，特別是對于IGBT驅動線而言，若出現插錯，會使IGBT模塊炸裂。因此，在插頭拔插時切忌拽線，防止線從插頭內拔。

二、變頻器散熱的主要方法

變頻器一般在運行時IGBT模塊和交流電抗器會產生較大的發熱量，尤其是采煤機在進行阻力較大的爬坡、載割時，發熱量會相對更大。而變頻器在進行封裝時不應將交流電抗器主要封裝于變頻器殼體內，要使變頻器殼體和電抗器之間保持相對距離，才能降低電抗因發熱導致對電路板等元件工作性能產生的影響。而變頻器中IGBT模塊運行正常時不能長時間處于開關狀態，因為開關頻率越高就會導致發熱量越大。

溫度對于電子元器件壽命起決定性作用，同時半導體器件針對于溫度而言具有更強，敏感性，并且全部參數定額均是因規定的某一溫度值為條件得知，溫度過高是導致全部半導體器件損壞的重要原因。其中變頻器的電力半導體器件所產生的散熱是用于控制溫度升高的主要手段。一般而言要改善IGBT模塊散熱主要是將該模塊置于散熱鋁板上，同時散熱鋁板和模塊之間需墊上一層導熱硅脂，能夠有效降低大約25%-30%的熱阻。散熱鋁板應采取導熱性能相對良好的鋁合金，針對于散熱鋁板的強度和效果，其散熱鋁板厚度大約為15-22mm左右。在安裝變頻器時要在散熱鋁板上涂抹導熱硅脂，以防止加工精度導致電控箱和變頻器地板貼合性不強導致導熱性能較差，最終使變頻器在正常運行中產生過溫現象。

三、變頻器中的抗振措施

電牽引采煤機正常運行時一定會產生振動，尤其是在工作面具有夾矸時振動相對更嚴重，易使充電接觸器與變頻器電抗的支腿被振斷，從而導致電子元件常被振掉。因此，針對于變頻器抗振可實行以下的措施，一是分開固定變頻器主機和交流電抗器。二是固定電路板時，加減振墊固定螺栓，針對電路板上易振斷的元件要加固膠，同時易振松的插座插頭也要加固膠。三是將變頻器所固定的壓塊制成斜面，而在其底板也要導出斜面，將兩個斜面壓接，能一定程度減輕變頻器振動。四是在底層固定較重的電子元件，而上層則固定較輕的電氣元件。五是在固定電抗器時不能僅固定支撐腿，因為只對支撐腿進行固定，易被輕易折斷，而采取壓板或壓塊用于固定螺栓，并在其安裝底板上固定電抗器，在壓板或壓塊下使用橡膠墊減振。

四、改造后進行調試試驗

變頻器在改造完成后，應出廠試驗調試，以便于正常使用，在試驗時可由以下幾種方法，一是變頻器行加載試驗，把變頻器的輸出頻率調試至額定輸出頻率，通過逐漸加載后，其變頻器應具有歷時1分鐘、120%的輸出額定電流的過載能力。二是絕緣測試，通過500V搖表絕緣測試460V、380V的變頻器，同時使用1000V搖表絕緣測試1140V變頻器，以確保主回路對相間和地絕緣無問題時才對變頻器上電。三是變頻器升溫試驗，將變頻器設定為50Hz的輸出頻率，通過直接負載的方法讓變頻器不同部件電流均達到額定電流。試驗所持續時間要使溫度達到穩定值，而當溫度每小時變化低于1K時，則可確定為溫度以達到穩定值。四是修改參數后行通信測試，因變頻器參數處于出廠設置不利于采煤機控制，要以上位機通信協議、變頻器的主要控制方式和拖動電動機的相關參數修改變頻器參數，并對上位機和變頻器的通信進行測試，判斷其是否正常，等通信正常后需拖動電動機，并行加減速實驗，測試變頻器全部控制正常與否。

五、結束語

電牽引采煤機以電能為動力實行軌道運輸牽引，是綜采工作面的中心設備，具有反應靈敏、動態性能好等特點，對于煤層開采十分重要。但由于工作面惡劣導致粉塵、水吸入從而使變頻器出現問題。因此，需對采煤機中的變頻器加以改進，以確保電牽引采煤機運行正常，從而提高工作效率。同時進行變頻器改進時要與電控箱結構、特殊工作環境及上位機選型相結合，改動變頻器參數及結構，可有效確保變頻器功能完善。