电牵引采煤机变频器的故障分析与改进

杨美娟

（山西西山煤电股份公司西曲矿科研职教科， 山西 古交 030200）

引言

由于井下环境比较恶劣，且采煤工作面会产生比较多的粉尘与水，大型机电设备产生的噪音也会比较大[1]。粉尘、水与巨大的噪音都会对采煤机的变频器产生一些不良的影响，其中当采煤机电控箱密封出现问题时，大量的煤粉与水就有可能会进到变频器内部，水和煤粉会降低电路板的性能[2-3]。

1 变频器存在的问题

1.1 变频器温度过高

由于变频器所在的电控箱的密闭性不佳，导致煤尘与水会进入变频器内部，煤尘附着在变频器的线路板上会降低线路板的散热能力，导致部分电器元件会由于散热不良而出现损坏。这主要是长期没有得到良好的维修保养造成的，因此做好定期的维修保养以及清扫工作，能有效避免热量积聚[4]；由于变频器瞬间启动产生的热量较大，当变频器启动比较频繁时，变频器会在短时间内积聚大量的热量，当局部热量过高时，会严重损坏变频器内部的电器元件，因此要避免频繁启动变频器。

IGBT模块和交流电抗器是变频器内产生热量比较大的元件，当采煤机处于倾斜的坡面上进行作业时或者截割阻力比较大的情况时，IGBT模块和交流电抗器会产生更多的热量。变频器内部处于一个封闭的环境，而交流电抗器产生的热量比较大，因此交流电抗器不能封装在变频器的壳体内部，并且变频器的壳体需要与交流电抗器之间有一定的距离，这样可以减小交变电抗器产生的热量对其他元件的影响。位于变频器箱体内部的IGBT模块始终处于开关的状态，启动频率的高低直接影响发热量的大小。

1.2 变频器振动

由于采煤机在割煤过程中会产生较大的振动，当采煤机出现夹矸石时，振动会加剧。长时间的振动会降低变频器的密闭性，导致变频器内部进入煤尘与水。同时也会导致变频器内部的接线端口出现松动以及部分线路出现信号不稳定的状况。甚至充电接触器和变频器电抗的支腿也可能会振断，电路板上部分元件甚至会掉落，直接影响电路板的性能。

1.3 变频器电路电压过高

对直流母线支路的三相电压全波进行整流，整流后电压的平均值可以反映出电压是否超出规定范畴。当电压过高时，变频器电路中的电压就会过高，就有可能烧坏电路板中的电子元件。超电压存在很多形式，如：当电机的转速比较高，超过变频器的正常值时，电机输出的电压就会比较高，导致变频器出现超电压的现象；当同一电路中接入的其他负载变少时，输入的交流电压就会比平时高。

当两个电机同时对采煤机输出电压时，电压不同就可能导致两个电机的运转功率存在差异，一个运转速度快而另一个电机运转速度慢，进而导致采煤机上的电压超过其承载极限。

2 变频器结构的改进注意要点

常见的变频器运用的是风冷式结构，但井下的电牵引采煤机变频器所在的电控箱属于一个密闭的结构，密闭的空间会导致空气无法与外界环境流通，因此采煤机变频器就无法通过空气的流通来进行散热，需要通过水的循环来进行有效的散热。但在变频器改造过程中，需要注意以下几点：

1）变频器的改造需要分两层来进行，充电接触器以及充电电容等体积比较大和比较重的元件可以放到变频器的底部，同时将产热量大的IGBT模块放到散热比较好的铝板上。用支撑柱来支撑上层，为了避免两层板子发生比较大的晃动，可以在每层上增加减振垫。上层放置一些比较轻的元件，如主控制电路板以及驱动电路板等。

2）为了降低振动导致的电路板松动，进而损坏电路板，需要用螺栓对主回路板进行固定。

3）电容极性接反会彻底损坏电容，因此在电容安装时需要特别的注意。

4）由于电路板上的元件比较多，在安装时要避免插错以及插反。部分元件在插接错误的情况下通电会直接损坏元件。同时在拆卸时，不能粗暴的拽线，以免损坏线路。

5）为了降低电路板对静电的影响，安装电路板的相关人员需要在佩戴防静电手套后进行装卸电路板。

3 变频器改进措施

3.1 提高变频器散热的方法

由于变频器内部存在大量的半导体元件，而半导体的性能受温度的直接影响，温度过高直接降低变频器内半导体元件的性能与使用年限，因此变频器良好的散热功能是变频器实现良好性能的关键。

为了加大IGBT模块的散热能力，将IGBT模块直接敷设在散热性能比较好的铝板上，且应该选用导热性能更好的铝合金，同时为了加快散热的速率，降低热阻，可以在散热铝板与IGBT模块之间在敷上一层导热硅脂。综合考虑铝板的强度与散热效果，铝板的厚度一般在15～20mm之间。为了避免电控箱与变频器接触不良造成的导热电阻大的问题，需要在铝板的底部在涂抹一层导热硅脂。

3.2 变频器的抗振措施

可以通过以下措施来增加变频器的抗振性能，将交流电抗器安装在变频器箱体的外部；对交变电抗器的腿进行固定，用螺栓固定交变电抗器，将电抗器与底板固定在一起，另外还需要安装橡胶垫来降低振动对交变电阻器的影响；将比较轻的元件布置在变频器箱体的上部，将比较重的元件布置在箱体的下部，以增加变频器箱体下部的重量，减小其发生振动的可能性；用螺栓对电路板进行固定，同时在螺栓上安装必要的减振配件，另外在振动过程中容易发生掉落的元件、插头以及插座，需要用胶水对其进行加固；将变频器箱体底板的斜面与固定变频器压块的斜面进行压接，以增大变频器的稳定性。

3.3 变频器电路电压过高的解决办法

增加采煤机的负载体系，确保两个电机所输出的电压比较平衡，有效避免由于两电机运转功率不同导致的超电压现象。在采煤机处于低负载运转时，由于负载比较小，导致电机的运转速度比较快，产生的惯性也会相应的比较大，由于减速的时间相对比较短，高速运转的电机的减速度会比较大，造成输出端的速度也会相应比较大。由于采煤机减速时间要比电机的长，造成采煤机变频器的运转速度要比电机的小，造成变频器的电压比较大。因此为了保证变频器的电压在正常范围内，可以额外增加制动元件，确保电机速度在一个合理的范围内；当采煤机的负载比较小时，把采煤机调整到低速运转状态；修正变频器的相关参数，把其减速的时间延长。

4 结论

变频器作为电牵引采煤机的重要部件，如果其出现问题将直接影响采煤机的性能，影响生产效率，通过增强变频器的散热能力、提高其抗振能力以及保持电压在合理的范围，可降低变频器发生故障的概率，提高其安全性，有效保证采煤机的性能，提高采煤机的工作效率。