大功率防爆變頻器可行性實(shí)施報告

1、大功率防爆變頻器可行性研究報告目錄一、承擔(dān)單位基本情況 1企業(yè)性質(zhì)： 1公司規(guī)模： 1資產(chǎn)及負(fù)債狀況： 2開發(fā)力量及設(shè)施： 2上年度銷售收入、利潤、稅金、經(jīng)營狀況等： 2信用等級 2風(fēng)險度 2是否欠息 2二、項(xiàng)目提出的必要性及市場分析預(yù)測 3三、國內(nèi)、外技術(shù)水平及發(fā)展趨勢，生產(chǎn)現(xiàn)狀 11四、技術(shù)來源、開發(fā)研制現(xiàn)狀及協(xié)作單位基本概況 19五、項(xiàng)目內(nèi)容、開發(fā)方案及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 205.1項(xiàng)目內(nèi)容 20、機(jī)械方面 20、電氣方面 24、散熱方面 285.2開發(fā)方案 335.3經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 35六、項(xiàng)目原輔材料供應(yīng)、企業(yè)公用設(shè)施配套條件； 376.1項(xiàng)目原輔材料供應(yīng) 376.2原輔材料運(yùn)輸方式 376

2、.3企業(yè)公用設(shè)施供應(yīng) 38七、項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃及保證措施 46八、投資概算（資金使用明細(xì)表）和資金來源 47九、項(xiàng)目財務(wù)分析 48十、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益分析 4910.1經(jīng)濟(jì)效益分析 4910.2社會效益分析 49十一、項(xiàng)目風(fēng)險性分析及對策 5211.1項(xiàng)目范圍相關(guān)風(fēng)險因素 5211.2項(xiàng)目時程相關(guān)風(fēng)險因素 5211.3項(xiàng)目預(yù)算相關(guān)風(fēng)險因素 5211.4項(xiàng)目關(guān)聯(lián)性風(fēng)險 5211.5技術(shù)風(fēng)險 52十二、主管單位審核 53編制提綱（技術(shù)開發(fā)、工業(yè)性試驗(yàn)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化）一、承擔(dān)單位基本情況企業(yè)性質(zhì)：股份制公司規(guī)模：電氣發(fā)展有限公司是太原礦山機(jī)器集團(tuán)下屬子公司，位于集團(tuán)院內(nèi)，占地1000多平米，除了利用

3、集團(tuán)公司巨大的硬件和軟件資源外， 公司也擁有一批實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的各類高級、 中級技術(shù)人才組成的專業(yè) 技術(shù)隊(duì)伍，并且擁有多項(xiàng)技術(shù)專利，其中高級工程師 15人，工程師27 人，技術(shù)員20人，具有設(shè)備齊全的生產(chǎn)車間、組裝車間和檢測、實(shí)驗(yàn) 車間，檢測手段齊全，質(zhì)量體系健全。公司主要致力于煤礦井下輔助 運(yùn)輸設(shè)備和電牽引采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)的配套、 冶金軋制設(shè)備的開發(fā) 設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成套。主導(dǎo)產(chǎn)品有 MGT系列電牽引采煤機(jī)的監(jiān)測控制中 心、變頻驅(qū)動系統(tǒng)、遙控接收發(fā)射系統(tǒng)、TXBC110/66C電牽引無級調(diào)速梭車、除塵器變頻調(diào)速箱、皮帶運(yùn)輸機(jī)等輔助運(yùn)輸設(shè)備，所生產(chǎn)的 產(chǎn)品均已通過了國家煤礦防爆安全產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中

4、心的嚴(yán)格審查，隔爆實(shí)驗(yàn)、型式試驗(yàn)等指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并取得了防爆合格 證書、生產(chǎn)許可證書和安全標(biāo)志認(rèn)證書。產(chǎn)品遍及全國30個省、市、自治區(qū)，部分產(chǎn)品還遠(yuǎn)銷國外，為該項(xiàng)目的實(shí)施奠定了強(qiáng)有力的基礎(chǔ)。公司遵照GB/T19001-2000idtlS09001:2000標(biāo)準(zhǔn)建立并形成文件化的質(zhì)量管理體系。我們的質(zhì)量方針是“顧客滿意為本，職工素質(zhì) 為源；科學(xué)管理為先，優(yōu)良品質(zhì)為重”。我們的質(zhì)量目標(biāo)是：產(chǎn)品出 廠合格率100%按質(zhì)量管理體系職能分配表分解職責(zé)并有效實(shí)施、管 理，以確保避難硐室項(xiàng)目設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)、安裝、服務(wù)滿足顧客和 法律、法規(guī)的要求，實(shí)現(xiàn)本公司質(zhì)量方針和質(zhì)量目標(biāo)。資產(chǎn)及負(fù)債狀況：注冊資金

5、1000W 開發(fā)力量及設(shè)施:公司現(xiàn)有在職職工150多人，包括高級工程師25人，工程師50 人，助理工程師30人，技術(shù)實(shí)力雄厚，生產(chǎn)組織專業(yè)化水平高。上年度銷售收入、利潤、稅金、經(jīng)營狀況等：主營業(yè)礦用電氣產(chǎn)品、09年銷售收入1.6億，純利潤1500萬 信用等級風(fēng)險度是否欠息二、項(xiàng)目提出的必要性及市場分析預(yù)測本項(xiàng)目是開發(fā)1140V500KW&爆變頻器，目前在國內(nèi)煤炭行業(yè)電力電子技術(shù)已在部份礦務(wù)局得到推廣。 在現(xiàn)代化礦井中，由于設(shè)備大 型化，自動化水平較高，噸煤人工費(fèi)用所占比例不大，而電費(fèi)所占比 例增加，要降低成本，增強(qiáng)競爭力，應(yīng)重視利用現(xiàn)代調(diào)速技術(shù)節(jié)約能 量，例如在風(fēng)機(jī)、水泵、帶式輸送機(jī)等

6、設(shè)備上實(shí)現(xiàn)調(diào)速。應(yīng)用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)煤炭工業(yè)現(xiàn)代電力電子技術(shù)與電力 傳動技術(shù)在煤礦的應(yīng)用20世紀(jì)90年代，我國已成為世界上第一大產(chǎn) 煤國，我國煤炭資源豐富，勞動廉價，本應(yīng)在國際市場競爭中占有優(yōu) 勢，但由于技術(shù)、管理、體制等原因，大多數(shù)煤礦的勞動力效率低下。21世紀(jì)人類已進(jìn)入“信息時代”，它的特點(diǎn)是信息存儲和快速 傳遞。但在信息社會中，信息不能直接制造產(chǎn)品，生產(chǎn)能源，傳統(tǒng)產(chǎn) 業(yè)將繼續(xù)存在，而電力電子技術(shù)便成為信息產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之間的橋 梁或接口，因此，它在改造傳統(tǒng)煤炭工業(yè)中起到舉足輕重的作用。隨 著煤礦向大型化方向發(fā)展，設(shè)備也向大型化、大功率化方向發(fā)展，因 而對電能提出了新的更高的要求。電力電子

7、技術(shù)是借助于半導(dǎo)體功率 器件對電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換、控制和優(yōu)化利用的技術(shù)。電力電子技術(shù)較早用 于煤礦是礦井提升機(jī)，并且發(fā)展迅速。此外，電力電子技術(shù)在先進(jìn)國 家已普遍用于帶式輸送機(jī)的調(diào)速或帶式輸送機(jī)起動控制、風(fēng)機(jī)調(diào)速（包括主通風(fēng)機(jī)和局部通風(fēng)機(jī)） 和水泵的調(diào)速。上述設(shè)備多采用現(xiàn)代 交流調(diào)速，除了可以提高調(diào)速的性能外，更主要可以節(jié)省能源。目前 我國在上述設(shè)備中采用調(diào)速技術(shù)還不夠廣泛， 市場潛力巨大。電力電 子技術(shù)能把電能從一種形式高效地轉(zhuǎn)換成另一種形式， 而且能對電能 進(jìn)行控制，在煤炭工業(yè)中有廣闊的應(yīng)用前景。 但我國煤炭行業(yè)電力電 子技術(shù)應(yīng)用與先進(jìn)國家相比差距大，潛力也大。下面分別談變頻器在煤礦帶式輸送機(jī)、

8、礦井提升絞車、乳化液泵 站的應(yīng)用。一、 帶式輸送機(jī)目前，變頻器在國內(nèi)煤礦的應(yīng)用主要集中在帶式輸送機(jī)上。眾所周知，皮帶是一個彈性體，在靜止或運(yùn)行時皮帶內(nèi)貯藏了大量的能量， 在皮帶機(jī)起動過程中，如果不加設(shè)軟起動裝置，皮帶內(nèi)貯藏的能量將 很快釋放出去，在皮帶上形成張力波并迅速沿著皮帶傳輸出去。過大 的張力波極易引起皮帶被撕斷。因此，煤礦安全規(guī)程規(guī)定，帶式輸送機(jī)必須加設(shè)軟起動裝置。目前煤礦采用的軟起動裝置絕大部分是液力偶合器。 液力偶合器 雖然能部分解決皮帶機(jī)的軟起動問題， 但與變頻器驅(qū)動相比，仍具有 明顯的劣勢：首先，采用液力偶合器時，電機(jī)必須先空載起動。工頻 起動時，最初的電流很大，為電機(jī)額定電流

9、的 4-7倍。大的起動瞬 間電流會在起動過程中產(chǎn)生沖擊，引起電機(jī)內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力發(fā) 生變化，對機(jī)械部分造成嚴(yán)重磨損甚至損壞。 同時還將引起電網(wǎng)電壓 下降，影響到電網(wǎng)內(nèi)其它設(shè)備的正常運(yùn)行，因此，大容量的皮帶機(jī)還 必須附加電機(jī)軟起動設(shè)備。其次，液力偶合器長時工作時，引起液體 溫度升高，熔化合金塞，引起漏液，增大維護(hù)工作量，污染環(huán)境。第二，采用液力偶合器時，皮帶機(jī)的加載時間較短，容易引起皮 帶張力變化，因此對皮帶帶強(qiáng)要求較高。第三，一般的皮帶機(jī)都是長距離大運(yùn)量，通常都是多電機(jī)驅(qū)動， 采用液力偶合器驅(qū)動，很難解決多電機(jī)驅(qū)動時的功率平衡。 隨著電力 電子技術(shù)的發(fā)展。變頻技術(shù)在最近二十年飛速發(fā)展，在部

10、分煤礦企業(yè)獲得了廣泛應(yīng) 用，例如晉城煤業(yè)集團(tuán)、潞安礦務(wù)局、淮北礦務(wù)局等。運(yùn)用變頻器對 帶式輸送機(jī)的驅(qū)動進(jìn)行改造，將給用戶帶來極大的社會和經(jīng)濟(jì)效益：第一，真正實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的軟起動。 運(yùn)用變頻器對帶式 輸送機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，運(yùn)用變頻器的軟起動功能，將電機(jī)的軟起動和皮帶 機(jī)的軟起動合二為一，通過電機(jī)的慢速起動，帶動皮帶機(jī)緩慢起動， 將皮帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放，使皮帶機(jī)在起動過程中形成的張力 波極小，幾乎對皮帶不造成損害。第二，實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)多電機(jī)驅(qū)動時的功率平衡。應(yīng)用變頻器對皮帶 機(jī)進(jìn)行驅(qū)動時，一般采用一拖一控制，當(dāng)多電機(jī)驅(qū)動時，采用主從控 制，實(shí)現(xiàn)功率平衡。在晉城煤業(yè)集團(tuán)王臺二號井順槽皮帶為 2X

11、 200KW/660V電機(jī)驅(qū)動，采有主從控制后，輕載時主從電機(jī)電流相 差5A左右，滿載時相差2A左右。第三，降低皮帶帶強(qiáng)。采用變頻器驅(qū)動之后，由于變頻器的起動 時間可在1S3600S可調(diào)，通常皮帶機(jī)起動時間在 60S200S內(nèi)根據(jù) 現(xiàn)場設(shè)定，皮帶機(jī)的起動時間延長，大大降低對皮帶帶強(qiáng)的要求，降 低設(shè)備初期投資。第四，降低設(shè)備的維護(hù)量。變頻器是一種電子器件的集成，它將 機(jī)械的壽命轉(zhuǎn)化為電子的壽命，壽命很長，大大降低設(shè)備維護(hù)量。同 時，利用變頻器的軟起動功能實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟起動， 起動過程中 對機(jī)械基本無沖擊，也大大減少了皮帶機(jī)系統(tǒng)機(jī)械部份的檢修量。 如 晉城煤業(yè)集團(tuán)王臺二號井順槽皮帶采用變頻器驅(qū)

12、動后， 僅皮帶扣一項(xiàng) 年節(jié)約費(fèi)用就達(dá)一萬多元。第五，節(jié)能。在皮帶機(jī)上采用變頻驅(qū)動后的節(jié)能效果主要體現(xiàn)在 系統(tǒng)功率因數(shù)和系統(tǒng)效率兩個方面：1）、提高系統(tǒng)功率因數(shù)通常情況下，煤礦用電機(jī)在設(shè)計(jì)過程中 放的裕量比較大，工作時絕大部分不能滿載運(yùn)行，電機(jī)工作于滿電壓、 滿速度而負(fù)載經(jīng)常很小，也有部分時間空載運(yùn)行。由電機(jī)設(shè)計(jì)和運(yùn)行 特性知道，電機(jī)只有在接近滿載時才是效率最高、功率因數(shù)最佳，輕 載時降低，造成不必要的電能損失。這是因?yàn)楫?dāng)輕載時，定子電流有 功分量很小，主要是勵磁的無功分量，因此功率因數(shù)很低。采用變頻 器驅(qū)動后，在整個過程中功率因數(shù)達(dá)0.9以上，大大節(jié)省了無功功率。2）、提高系統(tǒng)效率采用變頻器驅(qū)

13、動之后， 電機(jī)與減速器之間是直 接硬聯(lián)接，中間減少了液力偶合器這個環(huán)節(jié)。而液力偶合器本身的傳 遞效率是不高的，并且液力偶合器主要是通過液體來傳動， 而液體的 傳動效率比直接硬聯(lián)接的傳動效率要低許多，因而采用變頻器驅(qū)動后，系統(tǒng)總的傳遞效率要比液力偶合器驅(qū)動的效率要高 5% 10%另 外，礦井通常離變電站距離較遠(yuǎn)，不同時段電壓波動較大，利用變頻 器的自動穩(wěn)壓功能，也有部份節(jié)能作用。綜上所述，采用變頻器這種 技術(shù)來改造傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)， 不僅在技術(shù)的先進(jìn)性還是帶 來的社會及經(jīng)濟(jì)效益方面都是巨大的， 隨著社會的發(fā)展，最終在帶式 輸送機(jī)的驅(qū)動上變頻器將取代液力偶合器的主導(dǎo)地位，在晉城煤業(yè)集 團(tuán)、

14、潞安、淮北礦業(yè)集團(tuán)的大量應(yīng)用案例已證明了這一點(diǎn)。目前，礦井提升設(shè)備是沿井筒提升煤炭、礦石、升降人員和設(shè)備、 下放材料的大型機(jī)械設(shè)備。它是礦山井下生產(chǎn)系統(tǒng)和地面工業(yè)廣場相 聯(lián)接的樞紐，是礦山運(yùn)輸?shù)难屎?，因此，礦井提升設(shè)備在礦井生產(chǎn)的 全過程中占著極其重要的地位，其安全可靠尤為突出。在礦井生產(chǎn)過 程中，如果提升設(shè)備出了故障，必然造成停產(chǎn)。輕者，影響煤炭產(chǎn)量, 重者，則會危及人身安全。此外，礦井提升設(shè)備是一大型的綜合機(jī)械 電氣設(shè)備，其成本和耗電量比較高，所以，在新礦井的設(shè)計(jì)和老 礦井的改建設(shè)計(jì)中，確定合理的提升系統(tǒng)時，必須經(jīng)過多方面的技術(shù) 經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)合礦井的具體條件，保證提升設(shè)備在選型和運(yùn)轉(zhuǎn)兩個方

15、 面都是合理的，即要求礦井提升設(shè)備具有經(jīng)濟(jì)性。傳統(tǒng)的提升系統(tǒng)中， 電機(jī)的調(diào)速方式為電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻分級調(diào)速。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā) 展，電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻分級調(diào)速的方式其弊端越來越明顯：第一、控制精度差。米用電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，屬于有級調(diào)速， 在不同速度段的切換中存在速度跳躍，其控制比較粗糙，定位不準(zhǔn)確。第二、工作可靠性不高。由于在電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)串接的電阻很多， 而在分段調(diào)速過程中通常采用接觸器短接上一級電阻，接觸器的壽命主要體現(xiàn)在它的機(jī)械部份的壽命，眾所周知機(jī)械部分的壽命比電子式 的壽命要短許多，有時因電流過大，致使接觸器的觸點(diǎn)粘在一起，無 法實(shí)現(xiàn)切換，從而造成超速等事故發(fā)生，嚴(yán)重影響系統(tǒng)工作的可靠性

16、。第三、維護(hù)工作量大。由于采用接觸器對電阻進(jìn)行分段切換，因 此必須經(jīng)常對接觸器進(jìn)行維護(hù)，大大增加了維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。第四、耗能。電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速是一種轉(zhuǎn)差功率消耗型的調(diào)速 方式，在整個調(diào)速過程中，大量的電能被消耗在電阻上，非常不經(jīng)濟(jì)（ 第五、穩(wěn)定性較差。電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，當(dāng)在低速段運(yùn)行時， 穩(wěn)定性差。因?yàn)檗D(zhuǎn)速越低，特性越軟，負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動時，引起的轉(zhuǎn)速 變化越大，使運(yùn)行穩(wěn)定性差。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和變頻技術(shù)的 成熟，國家明文規(guī)定，在提升較車系統(tǒng)中，推薦使用交流變頻調(diào)速器。采用交流變頻大調(diào)速器對提升絞車進(jìn)行驅(qū)動具有如下優(yōu)勢：第一，控制精度高。通常變頻器都米用磁通矢量控制，使得交流 電機(jī)的

17、調(diào)速性能與直流電機(jī)幾乎相等，控制精度非常高。第二，工作可靠性高。變頻器采用的是電子器件，壽命長，且具 有完善的保護(hù)功能，用于提升絞車控制時，其可靠性很咼。第三，基本無維護(hù)工作量，減低了維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。第四，調(diào)速范圍寬廣，屬于無級調(diào)速，低速時穩(wěn)定性好。第五，節(jié)能。變頻器屬于轉(zhuǎn)差功率不變型的調(diào)速方式，在整個調(diào) 速過程中其節(jié)能方式表現(xiàn)為兩個方面：1、提升狀態(tài)的節(jié)能當(dāng)提升絞車處于向上提升狀態(tài)時，電機(jī)工作 于電動狀態(tài)，由于提升絞車屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速降低多大比例節(jié) 能就為多大比例。2、下放狀態(tài)當(dāng)提升絞車處于下放狀態(tài)時，此時電機(jī)工作于發(fā)電 狀態(tài)，將勢能轉(zhuǎn)化為電能。如果變頻器采用的是能量回饋型變頻器，

18、 變頻器將會把這種電能 回饋回電網(wǎng)。西山焦煤集團(tuán)西銘礦一臺無極繩絞車采用變頻改造后， 其節(jié)能效果達(dá)30%左右。此變頻器為能耗制動型，如果采用能量回饋 型，其節(jié)能效果將更好。煤礦企業(yè)中有許多提升絞車，采用變頻改造 后，其節(jié)能效果將十分明顯，現(xiàn)在，許多新上的絞車系統(tǒng)均已采用變 頻驅(qū)動。乳化液泵站乳化液泵站主要為液壓支架提供恒定的液體壓 力。平時液壓支架基本不動，但乳化液泵仍長時工作，耗能巨大。如 果采用變頻驅(qū)動，采用壓力傳感器形成閉環(huán)恒壓控制，當(dāng)移動液壓支 架時，乳化液泵提高液體流量，維持變力不變；當(dāng)不移動液壓支架時， 乳化液泵提供小流量液體維持壓力不變， 實(shí)現(xiàn)恒壓控制。采用變頻器 驅(qū)動乳化液泵，

19、節(jié)能效果明顯。山東淄博礦務(wù)局埠村煤礦井下一臺 55KW/660V變頻器用于乳化液泵，經(jīng)測算，其節(jié)能效果達(dá) 50%左右。 另外，采用變頻器之后，降低了電機(jī)和泵的轉(zhuǎn)速，對機(jī)械部份的磨損 將減小許多，延長了設(shè)備檢修期。另外，在部分煤礦，主扇也已采用 了變頻技術(shù)，例如寧夏煤業(yè)集團(tuán)等，但目前變頻器在煤礦的應(yīng)用主要 還是集中在皮帶機(jī)和絞車上。隨著技術(shù)的發(fā)展，相信變頻技術(shù)將象國 外發(fā)達(dá)國家一樣在煤礦得到廣泛應(yīng)用！目前國內(nèi)煤礦用變頻設(shè)備基本采用的基本上是少數(shù)國外廠家專 門為中國市場生產(chǎn)1140V的產(chǎn)品。產(chǎn)品價格十分昂貴，備件難，售后 服務(wù)也存在著很大問題。所以大功率防爆變頻器的研究及其具有市場 潛力。三、國內(nèi)

20、、外技術(shù)水平及發(fā)展趨勢，生產(chǎn)現(xiàn)狀根據(jù)我國交流電機(jī)電壓等級的規(guī)定，3kV、6kV、10kV電壓等級的電機(jī)稱為高壓電機(jī)，用于這類電機(jī)調(diào)速的變頻器稱為高壓變頻器， 國外對此電壓等級的變頻器稱為中壓變頻器 （本文亦把此類電壓等級 的變頻器稱為中壓變頻器）；在功率方面，我國一般以300kw為功率分 界線，300kw以下稱為中小功率，300W以上的容量稱為大功率。因此, 此方面的研究稱為中壓大功率變頻的研究。1、變頻器的現(xiàn)狀1.1變頻器的市場情況我國50%- 60%勺發(fā)電量用于交流電動機(jī)，而容量在 3kw以上， 額定電壓一般為310kV的電動機(jī)占電動機(jī)總裝機(jī)容量的 40%- 50% 由于我國中壓變頻技術(shù)仍

21、沒有形成產(chǎn)業(yè)化，落后于國外發(fā)達(dá)國家，因此這部分電動機(jī)在負(fù)載工況變化時， 缺少經(jīng)濟(jì)可靠的調(diào)速手段，每天 都在浪費(fèi)著大量的電能，因此國內(nèi)潛在著巨大的中壓大功率變頻器市 場。國家計(jì)委預(yù)計(jì)在今后十五年內(nèi)，使我國變頻器總需求的投資額在 500億元以上，而其中60%70%是中壓大功率變頻器。我國的高壓變 頻器市場具有其特殊性，包括：（1）行業(yè)性很強(qiáng)，主要集中在冶金、 電力、供水、石油、化工、煤炭等行業(yè)。在工業(yè)用電中石油、煤炭等 能源行業(yè)耗電占22.34%;化工占14.73%;冶金占14.18% 機(jī)械建材 占10.96%;供水占10.53%。（2） 目前全國各行業(yè)中，只有少數(shù)企業(yè) 的高壓電機(jī)使用了調(diào)速方式，

22、市場空白點(diǎn)多。（3）高壓變頻器屬投 資類設(shè)備，主要用于節(jié)能和改善生產(chǎn)工藝。用戶是否購買此類設(shè)備與 政府的政策導(dǎo)向關(guān)系很大。如政府推廣力度較大，市場啟動會快一些， 反之則慢。另一方面市場還受國際、國內(nèi)經(jīng)濟(jì)大環(huán)境的影響以及國內(nèi) 某些行業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益好壞的影響。因此在未來市場發(fā)展過程中仍 存在著一些不確定的因素。（4）海外公司的知名品牌產(chǎn)品大舉進(jìn)入 我國市場的可能性較大，各方應(yīng)有所準(zhǔn)備。1.2變頻器的變頻技術(shù)的現(xiàn)狀交一交變頻是早期變頻的主要形式，適應(yīng)于低轉(zhuǎn)速大容量的電動 機(jī)負(fù)載。其主電路開關(guān)器件處于自然關(guān)斷狀態(tài)，不存在強(qiáng)迫換流問題， 所以第一代電力電子器件一晶閘管就能完全滿足它的要求。由于其技術(shù)成

23、熟，在國內(nèi)開發(fā)研制也最多，目前在國內(nèi)仍有一定的市場。交一 交變頻在其主接線中需要大量的晶閘管，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)工作量較大， 并因采用移相控制方式，功率因數(shù)較低，一般僅有 0.60.7，而且 諧波成分大，需要無功補(bǔ)償和濾波裝置，使得總的造價提高。交一直一交變頻采用了多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 如中一低一中方式，其實(shí) 質(zhì)上還是低壓變頻，只不過從電網(wǎng)和電動機(jī)兩端來看是高壓。 由于其 存在著中間低壓環(huán)節(jié)，所以具有電流大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低、可靠性 差等缺點(diǎn)。由于其發(fā)展較早，技術(shù)也比較成熟，所以目前仍廣泛應(yīng)用。 隨著中壓變頻技術(shù)的發(fā)展，特別是新型大功率可關(guān)斷器件的研制成 功，中一低一中方式具有被逐步淘汰的趨勢。而直接中

24、壓變頻方式， 因沒有中間的低壓環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)上有著廣闊的發(fā)展前景。變頻器的逆變器普遍采用大功率場效應(yīng)管 MOSET大功率晶體管 GTR可關(guān)斷晶閘管GTO等的自關(guān)斷兀件，其中GTR應(yīng)用最為普遍。 但是在調(diào)制策略發(fā)展和要求逆變器輸出諧波分量更小的情況下，必須提高開關(guān)頻率，為此，GTF滿足不了這個要求，于是開發(fā)出了一種新 元件IGBT。IGBT的全稱是絕緣柵雙極晶體管，是一種把MOSE與GTR 巧妙結(jié)合在一起的電壓型雙極/M05復(fù)合器件，IGBT具有輸入阻抗高、 開關(guān)速度快、元件損耗小、驅(qū)動電路簡單、驅(qū)動功率小、極限溫度高、熱阻小、飽和壓降和電阻低、電流容量大、抗浪涌能力強(qiáng)、安全區(qū)寬、 并聯(lián)容易、穩(wěn)定可

25、靠及模塊化等一系列優(yōu)點(diǎn)，是一種極理想的開關(guān)元 件。目前，電流2400A、電壓3300V、開關(guān)頻率40kHz的IGBT已在小、 中、大功率范圍內(nèi)使用。IGBT不僅用于500V以下低壓變頻器，還可 以用于IOOOV以上高壓變頻器以驅(qū)動高壓電動機(jī)。此類中壓、高壓變 頻器采用多電平逆變器輸出高壓，也可用變壓器降壓低壓變頻器一 變壓器升壓的方式。由于IGBT具有性能特好的優(yōu)勢，預(yù)計(jì)近十年內(nèi) 不會被新開發(fā)的元件所取代。2、變頻器的技術(shù)發(fā)展動向2.1單元串聯(lián)多電平技術(shù)單元串聯(lián)多電平形式在諧波、效率和功率因數(shù)等方面存在著優(yōu) 勢，在不要求四象限運(yùn)行時有著較廣泛的應(yīng)用前景。其中三電平控制具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括：（1）

26、采用三電平拓?fù)淠苡行У亟鉀Q電力電子 器件耐壓不高的問題，適用于高電壓大功率。（2）三電平拓?fù)鋯蝹€ 橋能輸出三種電平（+ud/2、-ud/2、0）,線（相）電壓有更多的階 梯來模擬正弦波，使輸出波形失真度減少，諧波大大減少。（3）多級電壓階梯波減少了 du/dt，使得對電機(jī)繞組絕緣沖擊減小。（4） 三電平PWI方法把第一組諧波分布帶移至2倍開關(guān)頻率的頻帶區(qū)，利 用電機(jī)繞組電感能較好地抑制高次諧波對電機(jī)的影響。采用三電平 PWI方法，每個功率單元的IGBT開關(guān)頻率為600Hz,若每相5個功率 單元串聯(lián)時，等效的輸出相電壓開關(guān)頻率為 6kHz,可以降低開關(guān)損 耗，提高變頻器效率，這種變頻器可適用于任

27、何普通的高壓電動機(jī)，且不必降額使用。雖然采用這種主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會使器件的數(shù)量增 加，但由于驅(qū)動功率下降，開關(guān)頻率較低且不必采用均壓電路，使系 統(tǒng)在效率方面仍有較大的優(yōu)勢，一般可達(dá) 97%并且，由于采用模塊 化結(jié)構(gòu)，所有功率單元可以互換，維修也比較方便。(5)三電平拓 撲能產(chǎn)生3興3興3=27種空間電壓矢量，可以帶來諧波消除算法的自 由度，可以得到很好的輸出波形。2.2功率母線技術(shù)在電力電子技術(shù)及應(yīng)用裝置向高頻化發(fā)展的今天，系統(tǒng)中特別是連接線的寄生參數(shù)產(chǎn)生巨大的電應(yīng)力，己成為威脅電力電子裝置可靠 性的重要因素。從直流儲能電容至逆變器的器件之間的直流母線上的 寄生電感在通常的硬開關(guān)逆變器中，由于瞬

28、時切換時的過電壓，會使 器件過熱，甚至有時使逆變器失控并超過器件的額定安全工作區(qū)而損 壞，限制了開關(guān)工作頻率的提高。功率母線按其結(jié)構(gòu)包括：(1) 電纜絞線是最常用的傳統(tǒng)功率母線，價廉簡易，但在IGBT 逆變器中，由于電纜線的自感大，與圓截面導(dǎo)線相比，扁平母線的自感只有圓導(dǎo)線的1/3 一 1/2，而所占的體積只有它的1/10 一 1/2。(2) 印刷電路板母線主要用于小電流逆變器，但當(dāng)母線直流電 流達(dá)到150A時，要求電路板的復(fù)銅層很厚，造價太高，另外用來連 接多層導(dǎo)線板的穿孔不但占據(jù)較大的空間，而且會影響整機(jī)的可靠 性。(3) 裸銅板母線(平面并行母線)是一種工業(yè)上廣泛應(yīng)用的IGBT 模塊饋電

29、系統(tǒng)的傳統(tǒng)母線形式，其缺點(diǎn)是并行母線的互感較大。（4）支架式母線如果將正直流母線銅板放置在負(fù)直流母線板上 方，中間用一層薄絕緣材料隔開的方法來制作母線，由于磁場的相互抵消，可以最大限度地降低互感，但其工藝復(fù)雜，不宜規(guī)模化生產(chǎn)?；谏鲜鰩追N功率母線都存在著不同的缺點(diǎn)， 為此開發(fā)出了迭層 功率母線。迭層功率母線是基于電磁場理論，把連線做成扁平截面， 在同樣的截面下，做得越薄越寬，它的寄生電感越小，相鄰導(dǎo)線內(nèi)流 過相反的電流，其磁場抵消，也可使寄生電感減小。迭層功率母線是 以又薄又寬的銅排形式迭放在一起，各層之間用很薄的高絕緣強(qiáng)度的 材料熱壓成一體，整個母線極之間的距離均勻一致，以減少互感，各 層銅

30、排都在所需要的端子位置處同其他層可靠絕緣地引出，使所具有 不同電位的端子表露在同一平面上，以便于把主電路中的所有器件與 之相連。這種整體的迭層功率母線結(jié)構(gòu)，可承受數(shù)百千克的切應(yīng)力， 其導(dǎo)電極之間可承受數(shù)千伏的電壓。使用迭層功率母線將IGBT和整流管等模塊、散熱器、電容器及柵極驅(qū)動電路組合在一起，迭層功率 母線與器件之間的連接是用不同的端子和插接件等來完成的，使相連接的接觸表面與母線之間的接觸電阻非常小， 也使得寄生電感成數(shù)量 級地減小，從而使Ldi/dt的過電壓應(yīng)力降至最低，保證電力電子裝 置工作在最佳狀態(tài)。2.3微機(jī)控制和人工智能技術(shù)采用微機(jī)控制技術(shù)可以對變頻器進(jìn)行控制和保護(hù)。在控制方面：（

31、1）計(jì)算確定開關(guān)元件的開通和關(guān)斷時刻，使逆變器按調(diào)制策略輸 出要求的電壓。（2）通過不同的編碼實(shí)現(xiàn)多種傳動調(diào)速功能。如各種頻率的設(shè)定和執(zhí)行、啟動、運(yùn)行方式選擇、轉(zhuǎn)矩控制設(shè)定與運(yùn)行、 加減速設(shè)計(jì)與運(yùn)行、制動方式設(shè)定和執(zhí)行等。（3）通過接口電路、 外部傳感器、微機(jī)構(gòu)成調(diào)速傳動系統(tǒng)。在保護(hù)方面，在外部傳感器及 I/O電路配合下，構(gòu)成完善的檢測保護(hù)系統(tǒng)，可完成多種自診斷保護(hù) 方案。保護(hù)功能包括：（1）主電路、控制電路的欠壓、過電壓保護(hù)；（2）輸出電流的欠電流、過電流保護(hù)；（3）電動機(jī)或逆變器的過載 保護(hù)；（4）制動電阻的過熱保護(hù)；（5）失速保護(hù)。采用人工智能技術(shù)對變頻器進(jìn)行故障診斷，構(gòu)成故障診斷系統(tǒng)，

32、 該系統(tǒng)由監(jiān)控、檢測、知識庫（故障模式知識庫或故障診斷專家系統(tǒng) 知識庫）、推理機(jī)構(gòu)、人機(jī)對話接口和數(shù)據(jù)庫組成，不僅在故障發(fā)生 后能準(zhǔn)確指出故障性質(zhì)、部位，且在故障發(fā)生前也能預(yù)測發(fā)生故障的 可能性。在變頻器啟動前對診斷系統(tǒng)本身及變頻器主電路（包括電 源）、控制系統(tǒng)等進(jìn)行一次診斷清查隱患。若發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象則調(diào)用知 識庫推理、判斷故障原因并顯示不能開機(jī)，如無故障則顯示可以開機(jī)。 開機(jī)后，實(shí)時檢測診斷。工作時對各檢測點(diǎn)進(jìn)行循環(huán)查詢，存儲數(shù)據(jù) 并不斷刷新。若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)越限，則認(rèn)為可能發(fā)生故障，立即定向追蹤。 若幾次檢查結(jié)果相同，說明確實(shí)出了故障，于是調(diào)用知識庫進(jìn)行分析 推理，確定是何種故障及其部位，顯示出來

33、，嚴(yán)重時則發(fā)出停機(jī)指令。2.4其它各種技術(shù)近年來，國內(nèi)外一些公司都在研制新型“無電網(wǎng)污染”的高壓變 頻器。據(jù)報道，這類變頻裝置具有咼功率因數(shù)、咼效率、無諧波污染、 無需專用電機(jī)等優(yōu)點(diǎn)，采用了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)：（1） 在變頻器的逆變器直流側(cè)通過曲折變壓器移相實(shí)現(xiàn)30 “脈波整流，使裝置的諧波抑制能力大大加強(qiáng)， 使電網(wǎng)側(cè)電壓與電流之間 幾乎無相移，因此功率因數(shù)可以接近于1。（2）將全數(shù)字化光纖控制技術(shù)應(yīng)用于變頻器，使其控制柔性和 可靠性大大提高。（3）功率單元標(biāo)準(zhǔn)模塊化、IGBT驅(qū)動電路智能化。目前我國煤礦普遍采用的電壓等級為 660V、1140V。隨著煤礦生 產(chǎn)能力的不斷提高，生產(chǎn)設(shè)備單機(jī)功率的不斷

34、增大，防爆變頻器的容 量也不斷提高，越來越多的設(shè)備采用 1140V這一電壓等級。而1140V 這一煤礦用電壓等級為我國所獨(dú)有。所以通用變頻器，無論是國產(chǎn)的， 還是進(jìn)口的，一般電壓等級為 220V, 380V,也有一些廠家如西門子 公司生產(chǎn)的變頻器可用于660V。國外產(chǎn)品工作電壓高于660V后，一 般采用6000V電壓。而國內(nèi)在礦用防爆變頻這一領(lǐng)域的研究還不成 熟。所以目前國內(nèi)煤礦用變頻設(shè)備基本采用的基本上是少數(shù)國外廠家 專門為中國市場生產(chǎn)1140V的產(chǎn)品。產(chǎn)品價格十分昂貴，備件難，售 后服務(wù)也存在著很大問題。所以大功率防爆變頻器的研究及其具有市 場潛力。四、技術(shù)來源、開發(fā)研制現(xiàn)狀及協(xié)作單位基本

35、概況該項(xiàng)目依靠自身的開發(fā)實(shí)力，我公司在防爆變頻領(lǐng)域有著將近數(shù) 十年的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，完全有能力開發(fā)出此類產(chǎn)品，目前整個方案已經(jīng)定 型，正在繪制防爆箱體的機(jī)械圖。五、項(xiàng)目內(nèi)容、開發(fā)方案及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)5.1項(xiàng)目內(nèi)容本項(xiàng)目是開發(fā)1140V500KW&爆變頻器，本課題的研究內(nèi)容主要有以下三方面： 、機(jī)械方面1）、防爆變頻器的防爆技術(shù)要求防爆變頻器按防爆型式分為礦用隔爆型“Exdl”和礦用隔爆兼本質(zhì)安全型“ Exdibl ”。本課題研究的變頻器為隔爆兼本質(zhì)安全型。型號按MT/T154.2-1996的規(guī)定，基本參數(shù)：額定電壓：1140V;額定電 流：符合GB/T762-2002的規(guī)定（除非產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)另有規(guī)

36、定）；額定頻率： 50HZ2）、變頻器外殼具備耐爆性和隔爆型結(jié)構(gòu)隔爆外殼屬電氣設(shè)備的一種防爆型式，其外殼能夠承受通過外殼 任何結(jié)合面或結(jié)構(gòu)間隙滲透到外殼內(nèi)部的可燃性混合物在內(nèi)部爆炸 而不損壞，而且不會引起外部由一種、多種氣體或蒸汽形成的爆炸性 環(huán)境的點(diǎn)燃。隔爆外殼的防爆型式通常稱為隔爆型，用字母“d”表示。隔爆型電氣設(shè)備的要求之一是設(shè)備外殼必須具有耐爆性，實(shí)際就是外殼的強(qiáng)度問題。當(dāng)隔爆外殼內(nèi)部發(fā)生爆炸時，應(yīng)使其不發(fā)生變形 和損壞,不致使爆炸火焰直接點(diǎn)燃礦井中的瓦斯混合物，從而達(dá)到耐 爆要求,它是由外殼的材質(zhì)和機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來保證。因此，外殼應(yīng)有 足夠的堅(jiān)固性，以及外殼在熱源的作用下，經(jīng)燒灼及過熱

37、不會受到損 傷。外殼的隔爆性，又稱不傳爆性，它是隔爆型電氣設(shè)備的一個重要 因素。所謂隔爆性就是要求外殼各個部件的連接要符合一定的隔爆構(gòu) 造參數(shù)，而使其在下列情況下不能點(diǎn)燃周圍爆炸性介質(zhì)：當(dāng)電氣過載或短路，引起殼內(nèi)的油或有機(jī)絕緣物分解生成的可燃性氣體爆炸，其火焰?zhèn)鞒鐾鈿r，由于隔爆構(gòu)造參數(shù)對弧光短路目前還無法達(dá)到隔爆 要求，因此只能在電氣方面加強(qiáng)絕緣，保證質(zhì)量，或采用迷宮式結(jié)構(gòu)。 如電纜用電子管式的保護(hù)方法來達(dá)到防爆目的或者嚴(yán)格控制瓦斯的 濃度。這些都是外殼內(nèi)可能出現(xiàn)的最危險情況，如果把它限制在外殼內(nèi)部，不讓它波及到殼外，或者雖然沖出了火焰和灼熱的金屬顆粒， 但已被冷卻，就能有效地防止周圍可燃性

38、瓦斯的爆炸。所謂不傳爆性， 就是甲烷空氣混合物在外殼內(nèi)部爆炸時， 向外噴出的火焰，不會引起 殼外可燃性氣體的爆炸。它是由外殼的結(jié)構(gòu)，即通過外殼裝配接合面 的寬度、間隙和表面加工光潔度來實(shí)現(xiàn)的。 這種接合面可以是法蘭盤 對口式，也可以是圓筒或活動式的裝配。防爆變頻器外殼采用快開門結(jié)構(gòu)，其隔離開關(guān)與隔爆外殼之間裝 設(shè)可靠的機(jī)械連鎖，保證只有當(dāng)隔離開關(guān)處于斷開位置時， 主腔才能 打開；當(dāng)主腔打開后，以正常的操作方法不能使隔離開關(guān)閉和。隔爆 接合面指隔爆外殼不同部位相對應(yīng)的表面配合在一起 （或外殼連接處） 且火焰或燃燒生成物可能會由此從外殼內(nèi)部傳到外殼外部的部位。外殼接合面寬度又稱火焰通路長度指從隔爆

39、外殼內(nèi)部通過接合面到隔 爆外殼外部的最短通路長度。隔爆間隙指隔爆接合面相對應(yīng)表面之間 的距離。防爆變頻器隔爆接合面間隙，接合面寬度和表面粗糙度應(yīng)符 合GB3836.2-2000第五章的要求，接合面表面平均粗糙度 Ra不超過 6.3um,無論是長期關(guān)閉或是經(jīng)常打開的外殼其所有接合面均應(yīng)符合 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定要求，接合面表面應(yīng)進(jìn)行防腐處理，但通常不允許使用漆 或類似材料涂覆，除非已證明該材料和涂覆工藝不會影響隔爆性能。 對于I類電氣設(shè)備，應(yīng)能直接或間接檢查經(jīng)常打開的門。隔爆外殼應(yīng)能承受標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的內(nèi)部試驗(yàn)壓力而不發(fā)生損壞或 引起外殼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低或接合面處間隙產(chǎn)生永久性增大使其超過表 中規(guī)定間隙值的變形。

40、根據(jù)規(guī)定，I類設(shè)備的外殼材質(zhì)應(yīng)符合附錄 C 中的補(bǔ)充規(guī)定，即采掘工作面用電氣設(shè)備的外殼須采用鋼板或鑄鋼制成。要求軟起動器外殼能承受外殼耐壓試驗(yàn)和內(nèi)部點(diǎn)燃的不傳爆試驗(yàn)。外殼耐壓試驗(yàn)的目的是證明外殼能否有效的承受內(nèi)部爆炸，夕卜殼應(yīng)在帶有全套內(nèi)部裝置或在該位置上裝有等效作用的物體狀態(tài)下進(jìn) 行試驗(yàn)，但是外殼若設(shè)計(jì)成在拆去內(nèi)部部分裝置后仍能使用時，則應(yīng)在檢驗(yàn)單位認(rèn)為最嚴(yán)酷的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)時，若外殼未發(fā)生損壞，也未發(fā)生永久變形，則認(rèn)為試驗(yàn)合格，在接合面的任何部位都不 應(yīng)有永久性的增大。此外，隔爆外殼應(yīng)經(jīng)得起過壓試驗(yàn)，包括靜壓和 動壓試驗(yàn)。靜壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力應(yīng)為參考壓力的1.5倍，但至少為0.35MP&

41、amp;加壓時間應(yīng)為10s。對于容積大于10cm而不經(jīng)受出廠試驗(yàn) 的外殼，試驗(yàn)壓力應(yīng)為參考壓力的4倍。如果已知參考壓力，則進(jìn)行 動壓試驗(yàn)時可使外殼承受的最大壓力為參考壓力的1.5倍。壓力上升速度不應(yīng)與測定參考壓力時的上升速度差別太大。特殊情況下可以通過預(yù)壓用于測定參考壓力的爆炸性混物進(jìn)行試驗(yàn)。內(nèi)部點(diǎn)燃的不傳爆試驗(yàn)是將外殼放置在一個試驗(yàn)罐內(nèi)，外殼內(nèi)和 試驗(yàn)罐內(nèi)應(yīng)充以相同的爆炸性混合物進(jìn)行試驗(yàn)。外殼內(nèi)的混合物應(yīng)采用一個高壓火花塞或其他低能點(diǎn)燃源來點(diǎn)燃。另外，若外殼內(nèi)裝有能點(diǎn)燃爆炸混合物的開關(guān)裝置時，可用該裝置來點(diǎn)燃。如果點(diǎn)燃沒有傳 到試驗(yàn)罐內(nèi)，則認(rèn)為試驗(yàn)結(jié)果是合格的。I類使用的爆炸性混合物及 其與

42、空氣的體積比應(yīng)符合表中規(guī)定即甲烷 58癟24%試驗(yàn)次數(shù)至少 5次。本裝置防爆性能試驗(yàn)屬型式試驗(yàn)項(xiàng)目，外殼靜壓試驗(yàn)屬出廠檢驗(yàn)項(xiàng)目。外殼在精加工后應(yīng)進(jìn)行壓力為1MPa勺靜壓試驗(yàn)，歷時10+20S,試驗(yàn)以無結(jié)構(gòu)損壞或可能影響隔爆性能的永久變形為合格。3）設(shè)計(jì)原則：1）防爆箱體要求體積小，致使可以利用的容積小，要求變頻器的控 制系統(tǒng)，主功率元件等的體積必須緊湊；2）緊湊的結(jié)構(gòu)，使功率元件和控制系統(tǒng)靠的很近，要求解決好 系統(tǒng)的強(qiáng)弱隔離問題，特別是控制系統(tǒng)的抗干擾問題必須很好解決；3）防爆箱體的密封性，要求解決好變頻器的功率元件的散熱問 題。這些問題之間的相互關(guān)聯(lián)性要求在解決單個技術(shù)上的問題時， 還必須充

43、分考慮到它的各個制約要素，而不可顧此失彼。、電氣方面1）原理變頻調(diào)速原理n= 60f （1 s） /p （1）式中 n異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；f異步電動機(jī)的頻率；s電動機(jī)轉(zhuǎn)差率；p電動機(jī)極對數(shù)。由式（1）可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f 即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在050Hz的范圍內(nèi)變化時， 電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻調(diào)速就是通過改變電動機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的變頻器主要采用交一直一交方式，先把工頻交流電源通過 整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓 均可控制的交流電源以供給電動機(jī)。變頻器的電路一般由整 流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制 4個部分組成。整流部分為三 相橋

44、式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且 輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功 功率。AC遠(yuǎn)程顯示盤2（Z5Z2三相半控橋可控硅觸發(fā)板濾波器IGB逆變器IGB推動板1IGB控制板電機(jī)主控板電源板（或電流）波形并不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波行，這些諧波，尤其是低次諧波對負(fù)載產(chǎn)生很2）諧波干擾由于變頻器逆變輸出的電壓而是存在著很多奇數(shù)諧波。 大危害。主要體現(xiàn)在下面幾個方面：對逆變器的開關(guān)器件和負(fù)載產(chǎn)生 附加的諧波損耗，降低了逆變效率；諧波還能影響負(fù)載用電設(shè)備的正 常工作，諧波對電動機(jī)的影響除了可引起附加損耗外， 還會產(chǎn)生機(jī)械 振動、噪聲和過電壓，使變壓器鐵損增大而發(fā)熱，使電容器

45、、電纜等 過熱，絕緣老化，壽命縮短，以至損壞；諧波會導(dǎo)致機(jī)電保護(hù)和自動 裝置的誤動作，并使電器測量儀表不準(zhǔn)確；會對臨近通訊系統(tǒng)產(chǎn)生干 擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，重者導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng) 無法正常工作，這一點(diǎn)在煤礦礦井中的應(yīng)用是會產(chǎn)生很嚴(yán)重的后果。3）、浪涌電壓問題在逆變器進(jìn)行換向過程中，或者開關(guān)器件關(guān)斷時，其電流迅速變化， 而在線路雜散電感上產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓加在開關(guān)器件上，可能使開關(guān)器件損壞。而線路的雜散電感不僅無法去除， 而且很難估計(jì)其確定 值，所以其誘發(fā)的浪涌電壓也很難預(yù)先估計(jì)。4）、變頻器接線規(guī)范信號線與動力線必須分開走線：使用模擬量信號進(jìn)行遠(yuǎn)程控制變 頻器時，為了減少模擬量

46、受來自變頻器和其它設(shè)備的干擾， 請將控制 變頻器的信號線與強(qiáng)電回路（主回路及順控回路）分開走線。距離應(yīng) 在30cm以上。即使在控制柜內(nèi)，同樣要保持這樣的接線規(guī)范。該信 號與變頻器之間的控制回路線最長不得超過 50m信號線與動力線必須分別放置在不同的金屬管道或者金屬軟管 內(nèi)部：連接PLC和變頻器的信號線如果不放置在金屬管道內(nèi)，極易受 到變頻器和外部設(shè)備的干擾；同時由于變頻器無內(nèi)置的電抗器， 所以 變頻器的輸入和輸出級動力線對外部會產(chǎn)生極強(qiáng)的干擾， 因此放置信 號線的金屬管或金屬軟管一直要延伸到變頻器的控制端子處， 以保證 信號線與動力線的徹底分開。（1）、模擬量控制信號線應(yīng)使用雙股絞合屏蔽線，電

47、線規(guī)格為0.75mm2在接線時一定要注意，電纜剝線要盡可能的短（5-7mm左右），同時對剝線以后的屏蔽層要用絕緣膠布包起來，以防止屏蔽線 與其它設(shè)備接觸引入干擾。（2）、為了提高接線的簡易性和可靠性，推薦信號線上使用壓線 端子。5）、變頻器的接地變頻器正確接地是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，抑制噪聲能力的重要手段。變頻器的接地端子的接地電阻越小越好， 接地導(dǎo)線的截面不小于 4mm長度不超過5m變頻器的接地應(yīng)和動力設(shè)備的接地點(diǎn)分開，不 能共地。信號線的屏蔽層一端接到變頻器的接地端，另一端浮空。變 頻器與控制柜之間電氣相通。電氣特點(diǎn)：1、變頻器采用三相模塊化結(jié)構(gòu)，每一相模塊一樣，提高了維修效率。2、變頻器采用遙

48、控設(shè)置修改參數(shù)，避免了開蓋設(shè)置參數(shù)，提高了使用效率。3、在控制方案上可以聯(lián)機(jī)控制，也可以單臺變頻獨(dú)立控制，提高了 設(shè)備的利用效率。4、在聯(lián)機(jī)使用過程中，如果其中一臺壞了，可以通過改變控制方式, 重新啟動設(shè)備，縮短了維修時間，盡量避免耽誤生產(chǎn)。5、具有工頻、變頻切換功能，當(dāng)變頻器出故障，可以切換到工頻運(yùn) 行，不會影響皮帶機(jī)出煤，或者別的設(shè)備運(yùn)行。、散熱方面電力電子變換器中功耗產(chǎn)生的熱量必須帶出并在環(huán)境中散發(fā)。雖然變壓器、電抗器也有功耗，但半導(dǎo)體電力開關(guān)器件產(chǎn)生的發(fā)熱問題 最為嚴(yán)重，因其較小的體積嚴(yán)重限制了熱容量， 其溫度很容易快速上 升。高溫時半導(dǎo)體開關(guān)的電特性變壞，如最大阻斷電壓降低，關(guān)斷時

49、間延長。嚴(yán)重過熱導(dǎo)致半導(dǎo)體器件短時間內(nèi)毀壞。為防止過熱損壞， 半導(dǎo)體電力開關(guān)器件必須裝有散熱器。 由于防爆要求，礦用變頻器的 所有電子器件封于防爆殼體的主腔內(nèi)，風(fēng)冷無法有效實(shí)現(xiàn)。如果采用 水冷，則需要水循環(huán)體統(tǒng)和散熱器，體積大，礦井內(nèi)空間狹小，安裝 和維護(hù)不方便。而且國內(nèi)煤礦一般處于北方，水質(zhì)偏硬，水循環(huán)系統(tǒng) 很容易凝結(jié)水垢，堵塞水道，所以此種散熱方式也不宜使用。而變頻 器的功率越大，防爆散熱問題越突出。解決不好，將直接影響變頻器 的使用壽命和性能的穩(wěn)定性。3.1、散熱對電子元器件的影響隨著電子技術(shù)、加工技術(shù)以及集成電路的快速發(fā)展， 電子產(chǎn)品越 來越多、越來越小，因此，電子元器件的散熱問題也逐

50、漸凸顯出來， 成為電子產(chǎn)品生產(chǎn)和開發(fā)的一個重要問題。電子元器件的工作溫度范 圍一般是-565C,超過這個范圍，元器件性能將顯著下降，并且不 能穩(wěn)定工作，因而影響系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。相關(guān)數(shù)據(jù)表明：電子元器 件的溫度升高10C，系統(tǒng)的可靠性能降低50%因此，散熱問題就成 為電子元件的一個重要問題?，F(xiàn)在電子產(chǎn)品正朝著越來越小的方向發(fā)展，由于電子元器件的集成度越來越高，功能也越來越大，這就使得原來具有較大尺寸的產(chǎn)品 的體積大小大大的縮小，但是產(chǎn)品的發(fā)熱量卻在增加。同時，人們在 選擇電子產(chǎn)品時不再只要求其功能，而對其外觀的要求也越來越高， 如果再采用原來的散熱方式很難滿足市場的需求，這就急需一種輕、 薄、

51、短、小、密度高，且美觀的散熱形式來滿足電子產(chǎn)品的要求，因 此，元件的熱設(shè)計(jì)必須與電子元件的設(shè)計(jì)同時進(jìn)行。32大功率模塊的散熱321、IGBT簡介現(xiàn)代電力電子技術(shù)已經(jīng)向著高頻大功率的方向發(fā)展，曾經(jīng)用做電力開關(guān)的半導(dǎo)體器件有：晶閘管、場控晶閘管、雙級型晶體管、結(jié)型 場效應(yīng)管、功率雙極性晶體管和功率型 MOSFE等，其中功率雙極型 晶體管和功率型MOSFE是比較新的半導(dǎo)體元件，但是兩者都不能做 到高頻和高功率兼顧；功率雙極型容易做到一定程度上的高電壓大電 流化，但卻難以做到高速化；功率 MOSFE容易做到高速化，但由于 其高耐壓和低導(dǎo)通電阻之間的矛盾難以做到大電流化。在大功率應(yīng)用領(lǐng)域中，IGBT的應(yīng)

52、用和發(fā)展尤為快速。IGBT(I nsulatedGateBipolarTra nsistor)絕緣柵雙極型功率管是國外八十年代中期研制成功的新一代大功率摸板，它不僅保留了功率 MOSFET勺高速優(yōu)點(diǎn)，同時也克服了其高耐壓和低導(dǎo)通電阻之間的矛 盾。其優(yōu)點(diǎn)是：驅(qū)動功率小，飽和壓力低，適用于直流電壓為600V及以上的變流系。由于IGBT的以上特點(diǎn)，使得很多工業(yè)發(fā)達(dá)的國家 和公司對其發(fā)展相當(dāng)重視。如：美國的國際整流器、西德的西門子、 日本的東芝、三菱等大公司對其開發(fā)和研制都投入了大量的人力和財 力以大量的開發(fā)和生產(chǎn)IGBT。目前，IGBT已經(jīng)在各領(lǐng)域中得到了廣泛的運(yùn)用，如：開關(guān)電源、 逆變器、汽車自動

53、電子點(diǎn)火器、激光電源、變頻器等。322、散熱對IGBT的影響IGBT在使用中，其散熱即內(nèi)部的溫度情況是很重要的，如果散 熱差、溫度高就會影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，同時還會大大的縮短元器件 的壽命。目前，為了降低溫度確保元器件的工作正常和延長使用壽命， 不得不放棄一些成熟的技術(shù)，如：電子集成技術(shù)、元件封裝技術(shù)等， 從而使得電子產(chǎn)品的成本增加。同時，IGBT模塊具有一個不同材料 組成的多層結(jié)構(gòu)，由于各層材料不同，其熱力學(xué)性質(zhì)也有所不同，當(dāng) 模塊在不同工作狀態(tài)時，其內(nèi)部的發(fā)熱量是不同的，這就使得模塊的 工作溫度發(fā)生變化，模塊多層結(jié)構(gòu)中各層材料的熱失配將導(dǎo)致熱應(yīng)力 的產(chǎn)生，從而使模塊發(fā)生熱蠕變、熱疲勞失效及

54、彎曲變形。因此，IGBT 的散熱是產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時、運(yùn)行時所要考慮的一個重要因素。、現(xiàn)有大功率電子模塊的散熱方式現(xiàn)在對于大功率電子模塊常有的散熱方式主要有如下幾種：IGBT表面公差處理：對于大功率電子元件，特別是 IGBT,銅基 板表面的加工一般采用在一定范圍內(nèi)的正公差， 這樣有利于與散熱器 表面相接觸，以減小硬連接的界面熱阻，從而起到較好的散熱效果。水冷：目前很多電子元器件都是使用水冷裝置作為散熱系統(tǒng)， 通 過水流不斷的將器件內(nèi)部熱量帶走， 以達(dá)到散熱的目的。但是在使用 過程中對于散熱系統(tǒng)的要求比較高， 要完全杜絕發(fā)生漏水、斷水情況 的發(fā)生。翅片冷卻系統(tǒng)：目前也有很多使用翅片冷卻系統(tǒng)以達(dá)到散熱的

55、效 果。熱管散熱系統(tǒng)：熱管是一種傳熱性能極好的導(dǎo)熱元件，目前許多 電子產(chǎn)品已經(jīng)開始將熱管使用到各個散熱系統(tǒng)中。3.3、大功率熱管散熱器331、熱管散熱器熱管是一種高效的傳熱元件，主要由管殼、吸液芯、蓋端所組成。 熱管可分成兩個部分，一端是蒸發(fā)端，另一端為冷凝端。熱能通過蒸 發(fā)端自外熱源經(jīng)過管壁傳給工作流體即吸液芯， 進(jìn)入冷凝端后凝結(jié)并 放出熱量，然后靠毛細(xì)力的作用重新流回蒸發(fā)端。 熱管的工作過程可 以看作是6個同時發(fā)生和相互關(guān)聯(lián)的熱傳遞過程：從熱源通過容器 壁和洗液芯-液體組合體到液體-蒸汽界面的傳熱；蒸發(fā)器內(nèi)液體- 蒸汽界面的傳熱；從蒸發(fā)器到凝結(jié)器蒸汽同內(nèi)蒸汽的傳輸；凝結(jié)器內(nèi)液體-蒸汽界面上

56、蒸汽的凝結(jié)；從液體-蒸汽界面通過洗液芯- 液體組合體和容器壁到冷源的傳熱；靠吸液芯內(nèi)的毛細(xì)管作用產(chǎn)生 凝結(jié)液的回流。332、熱管散熱器在大功率元器件中的運(yùn)用由傳熱學(xué)知識可知，增加散熱面積就以為在寬度變化不大的情況 下要增加翅片的長度，然而一味的增加翅片的長度不但不會增大散熱 空間還會造成翅片肋的效率降低，從而降低散熱效果。如果只是通過增加翅片的長度或者減小翅片的厚度來增加實(shí)際 的散熱面積，就有可能使得肋效率降低。因此，傳統(tǒng)的散熱器存在著 散熱極限的問題，在電子元件散熱量急速增加的時期已經(jīng)不能滿足市 場要求。而對于熱管散熱器就不存在散熱極限的問題， 使用熱管散熱器的 元器件其絕大部分熱量都是通過

57、基板傳遞到熱管，有熱管將熱量帶到 散熱翅片，使得分配到各個翅片的熱流密度平均，肋長比較短，肋效 率高，有效散熱面積大，布置比較靈活，可以將熱量通過熱管帶到更 加合適的地方散熱，使得熱管散熱器不但能夠勝任高熱流密度電子元 器件，還可以適應(yīng)復(fù)雜惡劣的運(yùn)行環(huán)境，因此，熱管散熱器被廣泛的 運(yùn)用于各種電子元器件中。目前，許多大功率電子器件已經(jīng)將熱管技術(shù)運(yùn)用于其中， 以達(dá)到 更好的散熱條件，保證電子產(chǎn)品內(nèi)部工作條件，延長產(chǎn)品壽命。特別 是將熱管技術(shù)成功的運(yùn)用到IGBT大功率模塊中，克服了為延長元器 件壽命而放棄的很多成熟、高效的技術(shù)，提高了元器件的散熱量，使 產(chǎn)品在滿足壽命要求的同時也能安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。3.4、結(jié)論散熱是電力電子設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行所必不可少的因素，只有元 器件的散熱條件好才能保證設(shè)備能正常、長期的運(yùn)行，因此，元器件 的散熱十分重要。熱管作為一種高效的導(dǎo)熱元件，其導(dǎo)熱效果高，散 熱速度快，散熱量大，與其他散熱系統(tǒng)相比更安全、可靠；采用熱管 散熱器不但可以節(jié)約材料，減小空間利用，還可以提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn) 定性。因此，將熱管散熱