煤礦電牽引采煤機(jī)變頻器的改造研究

閆大紅

摘要：電牽引采煤機(jī)中的變頻器出現(xiàn)故障損壞后，修理周期相對(duì)較長且修復(fù)難度大、費(fèi)用額高。為此，需針對(duì)常出現(xiàn)的問題加以改進(jìn)變頻器，以確保電牽引采煤機(jī)正常運(yùn)作。本文對(duì)電牽引采煤機(jī)中變頻器改造措施、散熱方法及抗振措施簡(jiǎn)要闡述，希望為變頻器改造提供有效依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電牽引采煤機(jī)；煤礦；變頻器

采煤機(jī)工作時(shí)條件相對(duì)惡劣，產(chǎn)生的水、振動(dòng)及粉塵易對(duì)電牽引采煤機(jī)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(dǎo)致水和粉塵進(jìn)入變頻器，從而損壞印刷電路板，同時(shí)因機(jī)器劇烈振動(dòng)，也會(huì)導(dǎo)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(duì)采煤機(jī)中的變頻器加以改進(jìn)，并提出合理、有效的解決方案，從而減輕變頻器運(yùn)行故障，確保電牽引采煤機(jī)運(yùn)行安全。

一、變頻器結(jié)構(gòu)改造措施

工業(yè)上一般使用的變頻器多采取風(fēng)冷式結(jié)構(gòu)，由于電控箱主要是以密閉結(jié)構(gòu)箱體為主，致使空氣和外界無法連通，因此，需把風(fēng)冷式結(jié)構(gòu)變?yōu)樗涫浇Y(jié)構(gòu)，利用冷卻水循環(huán)帶走變頻器工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。同時(shí)在對(duì)變頻器進(jìn)行改造時(shí)要尤其注意以下幾點(diǎn)，一是變頻器封裝結(jié)構(gòu)為兩層，應(yīng)把發(fā)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(qū)動(dòng)電路板，支撐柱的加減振墊則用于振動(dòng)小兩層板子，同時(shí)電路板螺栓固定時(shí)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(dǎo)致電容炸裂。三是必須壓緊主回路的固定螺栓，防止在振動(dòng)工作時(shí)導(dǎo)致松動(dòng)打火現(xiàn)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(shí)，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(cuò)或是插反，特別是對(duì)于IGBT驅(qū)動(dòng)線而言，若出現(xiàn)插錯(cuò)，會(huì)使IGBT模塊炸裂。因此，在插頭拔插時(shí)切忌拽線，防止線從插頭內(nèi)拔。

二、變頻器散熱的主要方法

變頻器一般在運(yùn)行時(shí)IGBT模塊和交流電抗器會(huì)產(chǎn)生較大的發(fā)熱量，尤其是采煤機(jī)在進(jìn)行阻力較大的爬坡、載割時(shí)，發(fā)熱量會(huì)相對(duì)更大。而變頻器在進(jìn)行封裝時(shí)不應(yīng)將交流電抗器主要封裝于變頻器殼體內(nèi)，要使變頻器殼體和電抗器之間保持相對(duì)距離，才能降低電抗因發(fā)熱導(dǎo)致對(duì)電路板等元件工作性能產(chǎn)生的影響。而變頻器中IGBT模塊運(yùn)行正常時(shí)不能長時(shí)間處于開關(guān)狀態(tài)，因?yàn)殚_關(guān)頻率越高就會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱量越大。

溫度對(duì)于電子元器件壽命起決定性作用，同時(shí)半導(dǎo)體器件針對(duì)于溫度而言具有更強(qiáng)，敏感性，并且全部參數(shù)定額均是因規(guī)定的某一溫度值為條件得知，溫度過高是導(dǎo)致全部半導(dǎo)體器件損壞的重要原因。其中變頻器的電力半導(dǎo)體器件所產(chǎn)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(shí)散熱鋁板和模塊之間需墊上一層導(dǎo)熱硅脂，能夠有效降低大約25%-30%的熱阻。散熱鋁板應(yīng)采取導(dǎo)熱性能相對(duì)良好的鋁合金，針對(duì)于散熱鋁板的強(qiáng)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(shí)要在散熱鋁板上涂抹導(dǎo)熱硅脂，以防止加工精度導(dǎo)致電控箱和變頻器地板貼合性不強(qiáng)導(dǎo)致導(dǎo)熱性能較差，最終使變頻器在正常運(yùn)行中產(chǎn)生過溫現(xiàn)象。

三、變頻器中的抗振措施

電牽引采煤機(jī)正常運(yùn)行時(shí)一定會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，尤其是在工作面具有夾矸時(shí)振動(dòng)相對(duì)更嚴(yán)重，易使充電接觸器與變頻器電抗的支腿被振斷，從而導(dǎo)致電子元件常被振掉。因此，針對(duì)于變頻器抗振可實(shí)行以下的措施，一是分開固定變頻器主機(jī)和交流電抗器。二是固定電路板時(shí)，加減振墊固定螺栓，針對(duì)電路板上易振斷的元件要加固膠，同時(shí)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(dǎo)出斜面，將兩個(gè)斜面壓接，能一定程度減輕變頻器振動(dòng)。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(shí)不能僅固定支撐腿，因?yàn)橹粚?duì)支撐腿進(jìn)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(jìn)行調(diào)試試驗(yàn)

變頻器在改造完成后，應(yīng)出廠試驗(yàn)調(diào)試，以便于正常使用，在試驗(yàn)時(shí)可由以下幾種方法，一是變頻器行加載試驗(yàn)，把變頻器的輸出頻率調(diào)試至額定輸出頻率，通過逐漸加載后，其變頻器應(yīng)具有歷時(shí)1分鐘、120%的輸出額定電流的過載能力。二是絕緣測(cè)試，通過500V搖表絕緣測(cè)試460V、380V的變頻器，同時(shí)使用1000V搖表絕緣測(cè)試1140V變頻器，以確保主回路對(duì)相間和地絕緣無問題時(shí)才對(duì)變頻器上電。三是變頻器升溫試驗(yàn)，將變頻器設(shè)定為50Hz的輸出頻率，通過直接負(fù)載的方法讓變頻器不同部件電流均達(dá)到額定電流。試驗(yàn)所持續(xù)時(shí)間要使溫度達(dá)到穩(wěn)定值，而當(dāng)溫度每小時(shí)變化低于1K時(shí)，則可確定為溫度以達(dá)到穩(wěn)定值。四是修改參數(shù)后行通信測(cè)試，因變頻器參數(shù)處于出廠設(shè)置不利于采煤機(jī)控制，要以上位機(jī)通信協(xié)議、變頻器的主要控制方式和拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)修改變頻器參數(shù)，并對(duì)上位機(jī)和變頻器的通信進(jìn)行測(cè)試，判斷其是否正常，等通信正常后需拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)，并行加減速實(shí)驗(yàn)，測(cè)試變頻器全部控制正常與否。

五、結(jié)束語

電牽引采煤機(jī)以電能為動(dòng)力實(shí)行軌道運(yùn)輸牽引，是綜采工作面的中心設(shè)備，具有反應(yīng)靈敏、動(dòng)態(tài)性能好等特點(diǎn)，對(duì)于煤層開采十分重要。但由于工作面惡劣導(dǎo)致粉塵、水吸入從而使變頻器出現(xiàn)問題。因此，需對(duì)采煤機(jī)中的變頻器加以改進(jìn)，以確保電牽引采煤機(jī)運(yùn)行正常，從而提高工作效率。同時(shí)進(jìn)行變頻器改進(jìn)時(shí)要與電控箱結(jié)構(gòu)、特殊工作環(huán)境及上位機(jī)選型相結(jié)合，改動(dòng)變頻器參數(shù)及結(jié)構(gòu)，可有效確保變頻器功能完善。