煤礦電牽引采煤機變頻器的改造分析

王居文

（山西潞安礦業（集團）有限責任公司常村煤礦，山西長治 046100）

0 引言

在礦井采煤工作面，采煤機工作環境十分惡劣，不僅有大量采煤過程中產生的粉塵和水，機器工作時的振動也會在電牽引采煤機變頻器的使用過程中增加負擔。一個典型的例子是電控箱密封圈在使用過程中，變頻器不斷地進入粉塵和水，這兩者會嚴重損壞變頻器中的印刷電路板，機器在采煤的過程中會產生劇烈的振動，這種振動有概率振斷用來支撐變頻器電抗接線柱的原件，此外可能會損壞電路板，振動使電子元件從電路板上脫落。基于此，本文作者提出合適的改進措施，降低變頻器發生故障的概率，提高電牽引采煤機的使用壽命，降低其維護成本，保證采煤機在運行過程中的安全是必要進行的[1]。

1 改造變頻器結構時的注意事項

在工業生產中，普遍采用的是風冷式結構的變頻器，然而這種變頻器無法在電牽引采煤機中使用，原因在于采煤機采用的是密閉結構的電控箱，內部與機器內部與外部之間的空氣不能相互流通。因此，在電牽引采煤機中必須采用水冷式結構的變頻器，這種變頻器的散熱依靠的是冷卻水的循環，而不需要空氣。在將風冷式結構的變頻器改造為水冷式結構變頻器的過程中，需要注意的問題有以下幾個方面：

（1）改造的變頻器在進行封裝時需要設計成上下兩層的結構，底部裝載有散熱鋁板，用來放置諸如IGBT模塊這種發熱量大的元件，其他應該放在底層的元件還有重量較大的電子元件，比如充電接觸器和充電電容等。上層和下層之間使用支撐柱，將上層支撐起來，將體積小重量輕的元件放在上層，由于這些元件普遍較為精細，在支撐柱上還需要用減振墊進行緩沖，減少上下兩層的振動，電路板頻繁振動容易損壞，因此固定電路板的螺栓上必須要安裝減振墊用作防護[2]。

（2）固定主回路的螺栓一旦松動，機器運行中發生振動就有概率使得螺栓發生打火現象。

（3）在安裝電容的時候，一定要確認電容的極性是否正確，一旦接反變頻器在上電之后，電容就有很大的可能性發生炸裂。

（4）由于電路板上分布的插接件數量多且復雜，在操作過程中要格外小心插反或插錯的事件，否則會發生事故，以IGBT模塊而言，驅動縣一旦差錯整個模塊就會炸裂。此外還需注意在插拔插頭的時候不能使用蠻力，不能強行拽線，避免插頭中的線被拔出來[3]。

（5）變頻器中有些元件對靜電敏感，例如印刷電路板，針對這種元件在裝卸的時候，操作人員需要佩戴好接地腕帶并且帶好手套，防止元件受損。

2 提高變頻器散熱性能

在變頻器的運行過程中，有兩個器件的發熱量較大，分別為交流電抗器和IGBT模塊，這兩個器件的發熱量在采煤機進行爬坡操作和遇到大截割阻力的時候，會進一步提高。為降低這兩個元器件對整個機器散熱的影響，在封裝變頻器的時候要注意將交流電抗器裝到變頻器的外部，將交流電抗器和變頻器殼體之間的距離盡可能地擴大，以最大程度地降低電抗器散發出的熱量對電子元件造成的不利影響。除了電抗器之外，在變頻器正常工作的過程中，IGBT模塊會處于一個不斷開關的狀態，高頻率表的開關會進一步加大IGBT模塊的發熱量[4]。

對于電子元器件而言，對其使用壽命影響最大最關鍵的因素就是溫度，過高的溫度幾乎能夠對所有的電子元器件造成損害，尤其是半導體器件，這種器件對溫度格外敏感，其設計中的參數定額都和一定的溫度相關聯，溫度過高的時候，半導體器件會受到嚴重破壞，甚至于完全損毀。在變頻器中要實現對溫度的控制主要是通過其電力半導體器件的散熱功能進行的。

結合前文所述，一般而言為了解決IGBT模塊發熱量過大的問題，在對變頻器進行封裝時，將IGBT模塊放置在下層的散熱鋁板上。此外還要在二者之間附加一層導熱硅脂，導熱硅脂能夠起到降低熱阻的作用，其效率大概在25%～30%左右。選擇散熱鋁板的時候最好使用鋁合金，鋁合金的導熱性能較好，在選擇鋁板的時候，通常選用20mm厚的散熱鋁板，在這個厚度下能夠兼顧散熱效果和鋁板堅固程度。和IGBT模塊與鋁板相同，將散熱鋁板安裝到變頻器中的時候，也要在鋁板底部附加一層導熱硅脂，這層硅脂是為了防止變頻器的地板與電控箱之間因為加工精度的差異產生貼合問題，進而對降低散熱性，最終因為溫度過高影響變頻器的運行[5]。

3 提高變頻器的抗振性能

由于電牽引采煤機在運行的過程中一定會發生振動，并且有夾研存在于工作面的時候振動會更劇烈，用來支撐變頻器電抗接線柱的支撐柱在這種情況下容易被振斷，并且會振掉電子元件，為了減少這種事件，可以采取一些措施提高變頻器的抗振性：

（1）不要將交流電抗器和變頻器主機固定在一起。

（2）固定電抗器的時候除了固定支撐腿，還需要將電抗器和底板利用壓板用螺栓進行固定，用橡膠墊放在壓板下增強抗振性。

（3）在對變頻器進行封裝的過程中，分為上下兩層，下層安裝重量較大的器件，上層安裝重量較輕的器件。

（4）固定螺栓用來固定電路板時必須附加減振墊，并且要使用加固膠加固電路板上脆弱的電子元件，防止被振斷。對于一些容易被振松的插頭和插座，也應該使用加固膠進行加固。

（5）將固定變頻器的壓塊做成斜面，相對的，在其底板處也要做出斜面，將兩個斜面進行壓接可以大幅度地提高變頻器的抗振性能[6]。

4 針對改裝成品的調試試驗

變頻器在完成改裝后出廠運行前還需要經過調試過程，只有調試通過才能投入使用，試驗過程如下：

（1）測試絕緣性。不同的變頻器使用不同的搖表進行測試，變頻器為380 V和460 V的時候，搖表選用500 V，變頻器為1 140 V的時候，搖表選用1 000 V，測試目的是為了保障主回路的絕緣性，通過測試后變頻器才能上電。

（2）變頻器加載試驗。在這個試驗中需要確定變頻器的加載能力和過載能力，合格的變頻器所具有的電流應該是額定120%的，并且能夠在1 min內過載。

（3）測試變頻器恒轉矩調速性能。首先穩定調速裝置的輸出頻率在50 Hz，然后把轉矩從空載慢速提高至額定至，接著提高負載，這個時候的轉速應該自行降低。

（4）測試變頻器恒功率調速性能。將輸入電源電壓穩定在95%～110%，并且設定調速裝置的輸出頻率為70 Hz，測試的時候從空載開始增加，到達指定值后繼續提高負載，此時應該自行減速。

（5）測試變頻器溫升。設定變頻器的輸出頻率為50 Hz，通過直接增加行走電動機的負載，將變頻器輸出的轉矩達到額定值（此時變頻器內部元件中的電流達到額定值），持續一段時間，時間長度以正常情況下溫度能夠升至穩定為標準，判斷溫度是否穩定，只需觀察每小時的溫度變化有沒有超過1 K即可[7]。

（6）修改參數后測試通信。變頻器出廠時設置的參數在實際使用的過程中需要根據具體的控制方式進行修改，針對通信協議和電動機的參數修改變頻器的參數，對通信進行測試，通信如果是正常的則接下來加減速電動機的運行速度，觀察此過程中變頻器能否正?？刂啤?/p>

5 變頻器安裝注意事項

（1）安裝變頻器的時候，首先要對電控箱內部的安裝位置進行檢查，如果有底面不平整的情況出現，變頻器的散熱功能會受到影響。

（2）由于制作精度的差異，電控箱的安裝底面和變頻器底板之間一般會存在有縫隙，縫隙會提高熱阻，因此必須在底面附加一層導熱硅脂填補縫隙。

（3）固定變頻器時，最好使用壓塊將變頻器的底板壓緊，沒有條件時也必須要在固定螺栓上附加抗振墊[8]。

6 結語

概述對電牽引采煤機變頻器進行改造的技術方法，用以解決采煤機的散熱問題。在實際生產中，改造采煤機變頻器時只有結合采煤機的工作條件，才能使改造效益最大化。