电牵引采煤机变频器故障分析与改进策略

姚明

摘要：近年来，变频技术与采掘设备的机械化和智能化均取得了快速发展，依托变频器牵引的采煤机也逐渐发展成综合机械化采煤核心设备，为矿井生产的高产高效提供了必要保障。但电牵引采煤机变频器在运行期间很容易发生故障，导致采煤机停止运转，甚至还会诱发采煤事故。基于此，文章将电牵引采煤机变频器作为主要研究对象，重点阐述具体的改进策略，希望有所帮助。

关键词：电牵引采煤机;变频器;故障分析;改进策略

当前，电牵引采煤机技术被广泛应用于采煤作业中，大大提高了煤矿企业的生产效率，为企业快速发展提供必要保障。其中，变频器与电牵引采煤机运行效果存在直接关联，在采煤作业实践中，维修工作人员应高度重视电牵引采煤机变频器，尽量避免变频器故障所引发的采煤机故障。由此可见，深入研究并分析电牵引采煤机变频器的故障与改进策略十分有必要。

一、电牵引采煤机变频器的原理

电牵引采煤机变频器构成包括控制系统和功能平衡板。对于变频器控制系统，主要包括一个整流回馈单元、两个逆变单元与控制回路，能够将牵引变压器输出的电能有效转变成电压和频率电流，进而为采煤机运行提供便利。对于功率平衡板而言，因工作面的地形平整度不高，在电牵引采煤机行走状态下，两侧牵引电机的负载电流很容易受力不均匀，进而出现不平衡的情况，对采煤机工作效率产生不利影响[1]。为此，企业需将功率平衡板应用于电牵引采煤机当中。在使用功率平衡板后，设备信号就会经I1和I2输入，依托比较器向单片机传输并加以控制，使得左右两边牵引电机的功率平衡。若I2端的电流降低，比较器就会将接受的信号及时向单片机传输，并利用控制变频器将I1端的输出电流增大，在两侧功率平衡的状况下实现左边牵引电机的提速目标。为此，无论是哪一端电流增大亦或是减小，均需利用单片机调整，使得左右两边的牵引电机处于平衡状态。

二、简述电牵引采煤机变频器的常见故障

（1）温度过高

变频器所在电控箱密闭性不理想，就会使煤尘和水进入内部。而煤尘附着于变频器线路板，使线路板散热性能受到影响，部分电器元件会受散热不理想的因素受损。究其原因，维修与保养工作不到位，因而要定期开展维修保养和清扫，以免热量大量积聚[2]。另外，变频器瞬时启动热量大，若频繁启动，必然会在短时间内积聚热量，一旦局部的热量过高，必然会使变频器内部电器元件受损。

（2）变频器振动

采煤机在割煤状态下振动较大，若存在夹矸石必然会加剧振动。长期振动使变频器密闭性下降，且煤尘和水会进入其内部。另外，变频器内部接线端口也会松动，部分线路的信号缺乏稳定性。严重的情况，充电接触器与变频器电抗支腿也有振断的可能，同时电路板部分元件也会掉落，进而对电路板性能产生影响。

（3）電路电压过高

整流直流母线支路三相电压全波，可通过电压平均值对电压是否处于规定范围加以反映。若电压相对较高，变频器电路内电压也高，使电路板电子元件被烧坏。而超电压的形式诸多，在电机转动速度过高的情况下，且超出变频器正常数值，实际输出电压也更高，致使变频器发生超电压的情况。若相同电路内其他负载介入少，那么输入交流电压也会高于正常数值[3]。在两电机同时针对采煤机输出电压的情况下，若电压不同就会使两电机运转的功率有所区别，最终导致采煤机电压比承载极限大。

（4）单向牵引故障

单向牵引即向右行走正常，向左行走不牵引，变频与功能显示均正常，但是频率是零。若采煤机向右行走正常，即代表变频器运行状态正常。若向左行走不牵引，即证实采煤机左行走控制信号不正常。究其原因，在采煤机向左行走时，会受机械振动因素影响，使线头虚接亦或是左行走掉线头，进而出现左行走控制信号中断的情况。

（5）不牵引故障

一方面，软故障。不牵引软故障就是在采煤机不牵引状态，显示窗口无法显示故障信息，且难以准确辨别故障点的信息，增加处理故障难度。一般情况下，在割煤过程中采煤机会突然停止牵引，但截割滚筒和油泵电机仍运行，牵引指令失效，导致牵引电机无法启动，难以将故障的信息显示出来。究其原因，功率平衡板可能受损亦或是插座出现断线的情况，难以将控制信号输出，进而出现逆变器停止运行的情况。

另一方面，硬故障。不牵引硬故障就是在采煤机出现不牵引故障时，可通过显示窗口将故障信息显示，便于工作人员了解。但在发生硬故障以后，若显示代码为F9，就代表发生了欠电压故障，导致采煤机难以牵引。一般来讲，牵引变压器的输出电压为400V，而欠压限值为牵引变压器输出最小数值0.65倍。如果经直流母线判断变频装置是欠压状态，就会出现F9故障信息。

（6）病态牵引故障分析

病态牵引即采煤机的牵引功能正常，但行走过程中容易出现停机，偶尔出现故障显示，复位以后开机可运行[4]。引发此类故障的原因是设备输出缺乏平衡性，可能是两逆变参数不同，也可能是变频器内的功率平衡板受损。

三、故障的改进要点

变频器一般为风冷式结构，而井下电牵引采煤机变频器电控箱属于密闭结构，致使空气难以和外界环境流通。此时，采煤机变频器难以借助空气流通散热，因而要借助水循环实现散热目标。然而，在改造变频器期间，应注意以下要点：

第一，改造变频器应分成两层开展，充电接触器与充电电容等大体积或者较重元件应在变频器底部放置，并在散热性能理想的铝板之上放置高产热量的IGBT模块。使用支撑柱对上层支撑，为规避两层板晃动较大，应将减振垫加在各层，并将轻元件放置于上层。

第二，要想规避振动所引发的电路板松动与受损的问题，应使用螺栓固定主回路板。

第三，电路板中元件数量较多，所以安装期间应避免错插或者是反插的情况发生。一旦插接错误，在通电以后，元件会直接受损。另外，在拆卸的过程中，不要随意拽线，以免线路受损[5]。

第四，电容极性如果反接，会使电容被彻底损坏，所以安装的时候要给予高度重视。

第五，为减少电路板对于静电的影响，在电路板安装的时候，要求操作人员佩戴防静电的手套，并完成电路板装卸工作。

四、故障的改进对策研究

（1）提高变频器散热

因变频器内部半导体元件数量较多，且性能会直接受到温度影响。一旦温度过高，就会使半导体元件性能和使用寿命降低，所以必须保证变频器散热性能良好。另外，要想使IGBT模块散热能力不断增强，就需要将其敷设于具有良好散热性能的铝板之上，使用导热性理想的铝合金。通过导热硅脂敷设在散热铝板和IGBT模块间的方式，使散热速率明显加快，有效降低热阻。对铝板强度以及散热效果考虑的基础上，应将铝板厚度控制在15-20毫米范围内。

（2）抗振对策

在变频器箱体外部安装交流电抗器能够使变频器抗振性能明显增强。另外，固定交流电抗器腿，并使用螺栓将其固定，确保电抗器和底板有效固定牢靠，借助橡胶垫使振动降低，尽可能对交变电阻器带来影响[6]。于变频器箱体上部布置轻元件，于箱体下部布置重元件，使得变频器箱体的下部重量增加，也能够使振动发生几率下降。同时，可利用螺栓固定电路板，将减振配件安装在螺栓上。若元件、插座与插头等在振动中容易掉落，应使用胶水加固处理。

（3）電路电压过高解决对策

对采煤机加设负载体系，保证两电机输出电压平衡，以免因运转功率不同出现超电压的情况。当采煤机处于低负载状态，因负载过小，使电机运转速度加快，且惯性较大，加之减速时间短，在电机高速运转的情况下减速度过大，致使输出端速度过大。因采煤机的减速时间比电机长，所以采煤机变频器运转的速度要低于电机，增加了变频器电压。为此，要想确保变频器电压正常，需要引进制动原件，使电机速度合理。

（4）单向牵引故障的处理对策

对左行线联接情况进行检查，如果存在掉线头亦或是虚接情况应重新压线。如果是按钮板亦或是端头站右行、左行按钮卡住，会使采煤机产生单向牵引和速度增加的现象，要多次按压按钮使其恢复正常位置。此外，要对功能显示器所显示的内容进行观察，进而对控制中心异常与否做出判断。如果执行信号红灯不亮而操作信号绿灯亮，即代表控制中心已经接收牵引信号但尚未执行。为此，要中断电源并复位。若故障始终存在要更换控制中心。

（5）不牵引故障的处理对策

对于软故障，要更换功率平衡板。由于功率平衡板的损坏几率过高，因而要提前准备备用板，便于在发生故障后及时更换。对于硬故障的处理，最重要的是对接触器快速熔断器的熔断情况进行检查，同时要系统检查整流回馈单元控制板。如果红灯亮即说明有故障，而绿灯亮则代表通电状态理想。

（6）病态牵引故障的处理对策

在电牵引采煤机发生病态牵引故障以后，维修工作人员要对变频器逆变控制线重新进行插接，在去IGBT触发信号线以后，重置左右逆变参数，以保证其相同。另外，维修工作人员要检测采煤机电源模块，了解是否存在直流电源±15V输出的情况。若不存在应采用相应手段恢复电源模块的供电状态。

结束语：

综上所述，电牵引采煤机变频器在采煤机中占据重要地位，技术含量高且维护难度大。在这种情况下，工作人员必须对故障范围予以有效掌握，并在处理故障的过程中对各现象仔细观察，结合具体现象进行分析和判断，确定相应的故障点，通过采用针对性方法确保变频器运行的正常。

参考文献：

[1]杨书伟.电牵引采煤机变频器主要故障分析与维修方法[J].科技创新导报，2020，17（5）：95，98.

[2]冯涛.电牵引采煤机变频器主要故障分析与维修方法[J].科技风，2019（22）：157.

[3]季国.关于MG500/1140型采煤机电气部件安全运行与故障诊断探讨[J].矿业装备，2019（4）：106-107.

[4]郭建来.采煤机机载式变频器的故障分析与维护保养研究[J].机械管理开发，2018，33（1）：174-175.

[5]布朋生.电牵引采煤机行走部变频控制方案的设计与实现[J].煤矿机电，2020，41（2）：45-47.

[6]王兆朋，薛智国.电牵引采煤机变频器设备常见故障分析与处理对策探究[J].内蒙古煤炭经济，2017（13）：37，56.