電牽引采煤機變頻器故障分析與改進策略

姚明

摘要：近年來，變頻技術與采掘設備的機械化和智能化均取得了快速發展，依托變頻器牽引的采煤機也逐漸發展成綜合機械化采煤核心設備，為礦井生產的高產高效提供了必要保障。但電牽引采煤機變頻器在運行期間很容易發生故障，導致采煤機停止運轉，甚至還會誘發采煤事故。基于此，文章將電牽引采煤機變頻器作為主要研究對象，重點闡述具體的改進策略，希望有所幫助。

關鍵詞：電牽引采煤機;變頻器;故障分析;改進策略

當前，電牽引采煤機技術被廣泛應用于采煤作業中，大大提高了煤礦企業的生產效率，為企業快速發展提供必要保障。其中，變頻器與電牽引采煤機運行效果存在直接關聯，在采煤作業實踐中，維修工作人員應高度重視電牽引采煤機變頻器，盡量避免變頻器故障所引發的采煤機故障。由此可見，深入研究并分析電牽引采煤機變頻器的故障與改進策略十分有必要。

一、電牽引采煤機變頻器的原理

電牽引采煤機變頻器構成包括控制系統和功能平衡板。對于變頻器控制系統，主要包括一個整流回饋單元、兩個逆變單元與控制回路，能夠將牽引變壓器輸出的電能有效轉變成電壓和頻率電流，進而為采煤機運行提供便利。對于功率平衡板而言，因工作面的地形平整度不高，在電牽引采煤機行走狀態下，兩側牽引電機的負載電流很容易受力不均勻，進而出現不平衡的情況，對采煤機工作效率產生不利影響[1]。為此，企業需將功率平衡板應用于電牽引采煤機當中。在使用功率平衡板后，設備信號就會經I1和I2輸入，依托比較器向單片機傳輸并加以控制，使得左右兩邊牽引電機的功率平衡。若I2端的電流降低，比較器就會將接受的信號及時向單片機傳輸，并利用控制變頻器將I1端的輸出電流增大，在兩側功率平衡的狀況下實現左邊牽引電機的提速目標。為此，無論是哪一端電流增大亦或是減小，均需利用單片機調整，使得左右兩邊的牽引電機處于平衡狀態。

二、簡述電牽引采煤機變頻器的常見故障

（1）溫度過高

變頻器所在電控箱密閉性不理想，就會使煤塵和水進入內部。而煤塵附著于變頻器線路板，使線路板散熱性能受到影響，部分電器元件會受散熱不理想的因素受損。究其原因，維修與保養工作不到位，因而要定期開展維修保養和清掃，以免熱量大量積聚[2]。另外，變頻器瞬時啟動熱量大，若頻繁啟動，必然會在短時間內積聚熱量，一旦局部的熱量過高，必然會使變頻器內部電器元件受損。

（2）變頻器振動

采煤機在割煤狀態下振動較大，若存在夾矸石必然會加劇振動。長期振動使變頻器密閉性下降，且煤塵和水會進入其內部。另外，變頻器內部接線端口也會松動，部分線路的信號缺乏穩定性。嚴重的情況，充電接觸器與變頻器電抗支腿也有振斷的可能，同時電路板部分元件也會掉落，進而對電路板性能產生影響。

（3）電路電壓過高

整流直流母線支路三相電壓全波，可通過電壓平均值對電壓是否處于規定范圍加以反映。若電壓相對較高，變頻器電路內電壓也高，使電路板電子元件被燒壞。而超電壓的形式諸多，在電機轉動速度過高的情況下，且超出變頻器正常數值，實際輸出電壓也更高，致使變頻器發生超電壓的情況。若相同電路內其他負載介入少，那么輸入交流電壓也會高于正常數值[3]。在兩電機同時針對采煤機輸出電壓的情況下，若電壓不同就會使兩電機運轉的功率有所區別，最終導致采煤機電壓比承載極限大。

（4）單向牽引故障

單向牽引即向右行走正常，向左行走不牽引，變頻與功能顯示均正常，但是頻率是零。若采煤機向右行走正常，即代表變頻器運行狀態正常。若向左行走不牽引，即證實采煤機左行走控制信號不正常。究其原因，在采煤機向左行走時，會受機械振動因素影響，使線頭虛接亦或是左行走掉線頭，進而出現左行走控制信號中斷的情況。

（5）不牽引故障

一方面，軟故障。不牽引軟故障就是在采煤機不牽引狀態，顯示窗口無法顯示故障信息，且難以準確辨別故障點的信息，增加處理故障難度。一般情況下，在割煤過程中采煤機會突然停止牽引，但截割滾筒和油泵電機仍運行，牽引指令失效，導致牽引電機無法啟動，難以將故障的信息顯示出來。究其原因，功率平衡板可能受損亦或是插座出現斷線的情況，難以將控制信號輸出，進而出現逆變器停止運行的情況。

另一方面，硬故障。不牽引硬故障就是在采煤機出現不牽引故障時，可通過顯示窗口將故障信息顯示，便于工作人員了解。但在發生硬故障以后，若顯示代碼為F9，就代表發生了欠電壓故障，導致采煤機難以牽引。一般來講，牽引變壓器的輸出電壓為400V，而欠壓限值為牽引變壓器輸出最小數值0.65倍。如果經直流母線判斷變頻裝置是欠壓狀態，就會出現F9故障信息。

（6）病態牽引故障分析

病態牽引即采煤機的牽引功能正常，但行走過程中容易出現停機，偶爾出現故障顯示，復位以后開機可運行[4]。引發此類故障的原因是設備輸出缺乏平衡性，可能是兩逆變參數不同，也可能是變頻器內的功率平衡板受損。

三、故障的改進要點

變頻器一般為風冷式結構，而井下電牽引采煤機變頻器電控箱屬于密閉結構，致使空氣難以和外界環境流通。此時，采煤機變頻器難以借助空氣流通散熱，因而要借助水循環實現散熱目標。然而，在改造變頻器期間，應注意以下要點：

第一，改造變頻器應分成兩層開展，充電接觸器與充電電容等大體積或者較重元件應在變頻器底部放置，并在散熱性能理想的鋁板之上放置高產熱量的IGBT模塊。使用支撐柱對上層支撐，為規避兩層板晃動較大，應將減振墊加在各層，并將輕元件放置于上層。

第二，要想規避振動所引發的電路板松動與受損的問題，應使用螺栓固定主回路板。

第三，電路板中元件數量較多，所以安裝期間應避免錯插或者是反插的情況發生。一旦插接錯誤，在通電以后，元件會直接受損。另外，在拆卸的過程中，不要隨意拽線，以免線路受損[5]。

第四，電容極性如果反接，會使電容被徹底損壞，所以安裝的時候要給予高度重視。

第五，為減少電路板對于靜電的影響，在電路板安裝的時候，要求操作人員佩戴防靜電的手套，并完成電路板裝卸工作。

四、故障的改進對策研究

（1）提高變頻器散熱

因變頻器內部半導體元件數量較多，且性能會直接受到溫度影響。一旦溫度過高，就會使半導體元件性能和使用壽命降低，所以必須保證變頻器散熱性能良好。另外，要想使IGBT模塊散熱能力不斷增強，就需要將其敷設于具有良好散熱性能的鋁板之上，使用導熱性理想的鋁合金。通過導熱硅脂敷設在散熱鋁板和IGBT模塊間的方式，使散熱速率明顯加快，有效降低熱阻。對鋁板強度以及散熱效果考慮的基礎上，應將鋁板厚度控制在15-20毫米范圍內。

（2）抗振對策

在變頻器箱體外部安裝交流電抗器能夠使變頻器抗振性能明顯增強。另外，固定交流電抗器腿，并使用螺栓將其固定，確保電抗器和底板有效固定牢靠，借助橡膠墊使振動降低，盡可能對交變電阻器帶來影響[6]。于變頻器箱體上部布置輕元件，于箱體下部布置重元件，使得變頻器箱體的下部重量增加，也能夠使振動發生幾率下降。同時，可利用螺栓固定電路板，將減振配件安裝在螺栓上。若元件、插座與插頭等在振動中容易掉落，應使用膠水加固處理。

（3）電路電壓過高解決對策

對采煤機加設負載體系，保證兩電機輸出電壓平衡，以免因運轉功率不同出現超電壓的情況。當采煤機處于低負載狀態，因負載過小，使電機運轉速度加快，且慣性較大，加之減速時間短，在電機高速運轉的情況下減速度過大，致使輸出端速度過大。因采煤機的減速時間比電機長，所以采煤機變頻器運轉的速度要低于電機，增加了變頻器電壓。為此，要想確保變頻器電壓正常，需要引進制動原件，使電機速度合理。

（4）單向牽引故障的處理對策

對左行線聯接情況進行檢查，如果存在掉線頭亦或是虛接情況應重新壓線。如果是按鈕板亦或是端頭站右行、左行按鈕卡住，會使采煤機產生單向牽引和速度增加的現象，要多次按壓按鈕使其恢復正常位置。此外，要對功能顯示器所顯示的內容進行觀察，進而對控制中心異常與否做出判斷。如果執行信號紅燈不亮而操作信號綠燈亮，即代表控制中心已經接收牽引信號但尚未執行。為此，要中斷電源并復位。若故障始終存在要更換控制中心。

（5）不牽引故障的處理對策

對于軟故障，要更換功率平衡板。由于功率平衡板的損壞幾率過高，因而要提前準備備用板，便于在發生故障后及時更換。對于硬故障的處理，最重要的是對接觸器快速熔斷器的熔斷情況進行檢查，同時要系統檢查整流回饋單元控制板。如果紅燈亮即說明有故障，而綠燈亮則代表通電狀態理想。

（6）病態牽引故障的處理對策

在電牽引采煤機發生病態牽引故障以后，維修工作人員要對變頻器逆變控制線重新進行插接，在去IGBT觸發信號線以后，重置左右逆變參數，以保證其相同。另外，維修工作人員要檢測采煤機電源模塊，了解是否存在直流電源±15V輸出的情況。若不存在應采用相應手段恢復電源模塊的供電狀態。

結束語：

綜上所述，電牽引采煤機變頻器在采煤機中占據重要地位，技術含量高且維護難度大。在這種情況下，工作人員必須對故障范圍予以有效掌握，并在處理故障的過程中對各現象仔細觀察，結合具體現象進行分析和判斷，確定相應的故障點，通過采用針對性方法確保變頻器運行的正常。

參考文獻：

[1]楊書偉.電牽引采煤機變頻器主要故障分析與維修方法[J].科技創新導報，2020，17（5）：95，98.

[2]馮濤.電牽引采煤機變頻器主要故障分析與維修方法[J].科技風，2019（22）：157.

[3]季國.關于MG500/1140型采煤機電氣部件安全運行與故障診斷探討[J].礦業裝備，2019（4）：106-107.

[4]郭建來.采煤機機載式變頻器的故障分析與維護保養研究[J].機械管理開發，2018，33（1）：174-175.

[5]布朋生.電牽引采煤機行走部變頻控制方案的設計與實現[J].煤礦機電，2020，41（2）：45-47.

[6]王兆朋，薛智國.電牽引采煤機變頻器設備常見故障分析與處理對策探究[J].內蒙古煤炭經濟，2017（13）：37，56.