变频器在采煤机上的应用及常见问题分析

【摘 要】时代在进步，人们的思想观念发生了翻天覆地的变化，在发展经济的时候，人们不仅要求提高生产效率，还要求使用更少的资源来完成产品的生产工作。近几年，随着煤矿产量的增加。人们希望提高煤矿机电设备的工作效率，并且将煤矿机电设备的能源消耗降到最低。所以，煤矿开采人员将变频器应用到煤矿机电设备上，从而提高煤矿机电设备的性能和工作效率，提高产量，促进煤矿开采行业的发展，实现经济的持续增长并实现资源的合理利用。

【关键词】变频器；采煤机；应用；常见问题

引言：

变频器是通过改变电动机电源频率来控制电动机的现代化电控设备，其具有节能、调速、过流过压保护等多种功能。目前，变频器被广泛应用于矿山、冶金、化工和建筑等多个领域，资料显示，变频器的安装容量增长率一直保持在20%以上。由于变频器具备多种优点，其在煤矿生产中起到了重要的作用，尤其对于采煤机而言，变频器的应用解决了以往采煤机在运行过程中存在的诸多问题，提高了采煤机的使用寿命、稳定可靠程度，降低了采煤机的制造成本和系统空间，同时对采煤机起到过流、过压和过载保护作用。由于受到工作条件和工艺水平限制，变频器在使用过程中常会出现元件损坏、保护功能失效等故障，严重时甚至会影响到工作面的正常生产，故有必要对采煤机变频器常见故障进行研究和分析。

1、变频器的工作原理

1.1变频器调速功能的产生机理。变频器调速功能的产生机理是变频器内部的半导体材料在工作的过程中通过接通或断开材料与其他器件的连接，从而更改变频器其他频率下的控制装置，进而让变频器进行调速，调速功能的使用使变频器的使用更加符合变频器所处的工作环境，使变频器的功能发挥到最大，加快煤矿机电设备的工作效率，减轻煤矿开采人员的工作负担增加煤矿的产量，提高煤的品质。变频器在接入工作电源时，会将接入的交流电压转变为直流电压，再经过逆变器的作用将直流电压转换为可调的交流电压，煤矿机电设备就可以使用此电压来进行煤矿开采工作，设备在使用的过程中还可以对交流电压进行调整。众所周知，转速n=60*（1-S）*f/P，其中S是变频器中电动机转差率，P是变频器中电动机的极对数，如果式中的S和P的值不变，那么就可得出转速，与电源频率f之间的关系，并且转速的改变可以实现电源频率的改变，这就完成了变频器的变频原理。

1.2变频器节能的产生机理。使用变频器的设备工作时消耗的功率是转速除以额定工况下的流量，两者商的三次幂乘以额定工况下的功率。所以当变频器变速时，煤矿机电设备消耗的电能就会大幅度下降，从而达到节能的效果。

2、变频器在采煤机上的应用

电牵引采煤机电控采用一拖一双电机控制方式，即在采煤机机身上采用两台变频器控制牵引电机行走，解决采煤机的运行问题。根据变频器的不同作用，将其分为主变频器和从变频器，分别对主电机和从电机进行控制，完成转矩控制和速度限幅。变频器在采煤机上的工作原理为：采煤机变频器接收上位机反馈的信息，根据信息分析和计算电机转矩，并与上位电机信号进行对比，根据采面实际情况确定采煤机运行速度；采煤机控制系统通过485、CAN总线等通讯方式与主变频器进行通信，在采煤机运行过程中实时跟踪采煤机主变频器的运行速度、转矩、停车、设备故障等多种信息。变频器在采煤机上发挥着重要作用，完善了采煤机电控系统，大幅度地提高了采煤机的运行状况和使用寿命，变频器在采煤机上的应用带来如下好处：①可以通过设置采煤机变频器转矩提高对采煤机传动系统机械零件的安全运行水平，确保采煤机处于最佳运行状态；②可以优化采煤机运行方式，降低采煤机机械传动部件的冲击性，提高采煤机运行系统的稳定性，延长采煤机使用寿命；③通过变频器的配置，可以促使采煤机获得高转矩，简化了机械传动系统，降低了采煤机的制造成本和空间尺寸；④可以优化采煤工艺，通过可编程控制器对采煤机运行进行远程控制；⑤控制采煤机启动电流和电压波动，起到过流、过载和过压保护的作用，对于提高采煤机的稳定性具有重要意义；⑥可以实现主从变频器的信息交换，实时掌握采煤机的运行信息，保证采煤机牵引电机的负荷均衡和采煤机的安全运行。

3、采煤机变频器常见故障分析及对策

3.1变频器常见故障分析

在工作面生产过程中，采煤机的变频器因工作条件、工艺水平和使用状况的限制，会出现各种故障，包括主板损坏、绝缘栅双极型晶体管损坏、电容炸裂和二极管击穿等等。分析認为，造成变频器损坏的原因较多，具体有：①采煤机变频器工作电压允许变动范围为±10%，如果供电电压超过变频器的安全电压或者处在安全电压临界值上则可能损坏变频器的综合保护装置；变频器的主要作用是对采煤机进行保护，对自身保护能力较弱，若输入电压过高，则变频器不仅不能实现自我保护，也难以完成对采煤机的保护；对变频器的工作电路进行分析，变频器的高电压主要表现在其母线电压上，促使母线上的电容进行充电，当电压达到一定值时变频器发挥保护作用，促使采煤机停车，当电压超过变频器的工作安全电压范围时，变频器的绝缘栅双极型晶体管损坏；②由于采煤机变频器内部元件功率较大，在其使用过程中会产生一定的热量；研究发现，采煤机变频率随着温度的升高，其故障率大幅度提升，实践发现采煤机变频器工作环境温度提高10℃，其使用寿命会降低50%左右，若允许工作环境温度进一步提高，还会造成变频器因高温而损坏；对采煤机变频器降温主要是通过电控箱底板作用，若电控箱底板与变频器接触程度较差，则容易造成变频器温度急剧增高，在现实中往往采用导热硅胶来连接变频器和电控箱底板，但是导热硅胶涂抹不均容易造成二极管温度过高，在采煤机启动时造成二极管击穿，甚至还会发生连带作用，造成变频器的绝缘栅双极型晶体管损坏；③变频器应处于经常使用的状态，长期搁置不用会造成变频器滤波电容的电解液将绝缘层腐蚀，致使漏电，变频器在此情况下若被施加高电压，则极易引起电容器温度升高，大量能量积聚使得电容发生炸裂，造成变频器失效，影响采煤机的正常运转；④理论认为，采煤机变频器在正常情况下电控板不会出现故障，但当I/O端口存在外接线路时则会造成变频器主板损坏。变频器的温度过高和湿度过大也容易造成主板损坏，过高的温度容易促使线路绝缘性降低，过高的湿度容易促使变频器内部出现结露，造成线路出现短路的概率。

3.2变频器故障解决方法

3.2.1在保证安全工作电压的前提下，要明确采煤机变频器的额定工作电压，在满足变频器正常工作情况下适当降低输入电压，在电压不稳定时，要安装相应的稳压装置。

3.2.2确保采煤机变频器在工作时处在合适的温度条件下，在利用导热硅胶进行变频器散热时要确保导热硅胶涂抹均匀，确保变频器与电控箱底板处于良好的连接状态。

3.2.3对于搁置暂时不用的变频器要进行定期激活，理论认为变频器搁置时间超过六个月即需对其进行充电活化；在对变频器进行充电活化时要采用直流电压依照电压逐渐升高的形式进行充电，变频器的充电活化结束以滤波电容漏电流降低为准。

此外，还应加强采煤机变频器的定期检修，确保固定螺丝稳固，同时采取合理手段和方法确保变频器内部干燥，杜绝变频器内部电路短路现象发生。

结语：

变频器凭借其诸多优势在采煤机上发挥着重要的作用，可以提高采煤机的使用寿命，降低了采煤机的制造成本和系统空间，同时对采煤机过流、过压和过载起到一定的保护作用。在采煤机变频器使用过程中，应掌握常见故障发生的原因和处理方法，加强检修力度，使其处在最佳运行状态，确保工作面采煤工作的正常进行。

参考文献：

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作者简介：罗阳，1986年2月，男，大学本科，现任助理工程师，从事机电方面工作。