中壓大功率防爆變頻器開發(fā)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告

1、中壓大功率防爆變頻器開發(fā)工程可行性研究報(bào)告一、承當(dāng)單位根本情況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(rùn)、稅金、經(jīng)營(yíng)狀況等：2信用等級(jí)2風(fēng)險(xiǎn)度2是否欠息2二、工程提出的必要性及市場(chǎng)分析預(yù)測(cè)3三、國(guó)內(nèi)、外技術(shù)水平及開展趨勢(shì),生產(chǎn)現(xiàn)狀1.1四、技術(shù)來源、開發(fā)研制現(xiàn)狀及協(xié)作單位根本概況19五、工程內(nèi)容、開發(fā)方案及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)205.1 工程內(nèi)容20.5.1.1、 機(jī)械方面205.1.2、 電氣方面235.1.3、 散熱方面275.2 開發(fā)方案33.5.3 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo).3.4.六、工程原輔材料供給、企業(yè)公用設(shè)施配套條件；376.1 工程原輔材料供給37.6.2

2、 原輔材料運(yùn)輸方式37.6.3 企業(yè)公用設(shè)施供給37.七、工程進(jìn)度方案及保證舉措46八、投資概算資金使用明細(xì)表和資金來源47九、工程財(cái)務(wù)分析49.十、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析5010.1 經(jīng)濟(jì)效益分析50.10.2 社會(huì)效益分析51.十一、工程風(fēng)險(xiǎn)性分析及對(duì)策5411.1 工程范圍相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)因素54.11.2 工程時(shí)程相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)因素54.11.3 工程預(yù)算相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)因素54.11.4 工程關(guān)聯(lián)性風(fēng)險(xiǎn)54.11.5 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)54.十二、主管單位審核55.、承當(dāng)單位根本情況企業(yè)性質(zhì)：股份制公司規(guī)模：*礦機(jī)電氣開展是*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,除了利用集團(tuán)公司巨大的硬件和軟件

3、資源外,公司也擁有一批實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的各類高級(jí)、中級(jí)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(jí)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(cè)、實(shí)驗(yàn)車間,檢測(cè)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)電氣限制系統(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MGTY系列電牽引采煤機(jī)的監(jiān)測(cè)限制中央、變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、遙控接收發(fā)射系統(tǒng)、TXBC110/660電牽引無級(jí)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(guó)家煤礦防爆平安產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的嚴(yán)格審查,隔爆實(shí)驗(yàn)、型式試驗(yàn)等指標(biāo)均到達(dá)設(shè)

4、計(jì)要求,并取得了防爆合格證書、生產(chǎn)許可證書和平安標(biāo)志認(rèn)證書.產(chǎn)品普及全國(guó)30個(gè)省、市、自治區(qū),局部產(chǎn)品還遠(yuǎn)銷國(guó)外,為該工程的實(shí)施奠定了強(qiáng)有力的根底.公司遵照GB/T19001-2000idtISO9001:2000標(biāo)準(zhǔn)建立并形成文件化的質(zhì)量治理體系.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)治理為先,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)量治理體系職能分配表分解責(zé)任并有效實(shí)施、治理,以保證避難碉室工程設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)、安裝、效勞滿足顧客和法律、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(cè)資金1000W.開發(fā)力量及設(shè)施：公司現(xiàn)有在職職工150多人,

5、包括高級(jí)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(rùn)、稅金、經(jīng)營(yíng)狀況等：主營(yíng)業(yè)礦用電氣產(chǎn)品、09年銷售收入1.6億,純利潤(rùn)1500萬.信用等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)度是否欠息二、工程提出的必要性及市場(chǎng)分析預(yù)測(cè)本工程是開發(fā)1140V500KW防爆變頻器,目前在國(guó)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(dòng)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,要降低本錢,增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)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)一一現(xiàn)代電力電子技術(shù)與電力傳動(dòng)

6、技術(shù)在煤礦的應(yīng)用20世紀(jì)90年代,我國(guó)已成為世界上第一大產(chǎn)煤國(guó),我國(guó)煤炭資源豐富,勞動(dòng)廉價(jià),本應(yīng)在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有優(yōu)勢(shì),但由于技術(shù)、治理、體制等原因,大多數(shù)煤礦的勞動(dòng)力效率低下.21世紀(jì)人類已進(jìn)入“信息時(shí)代,它的特點(diǎn)是信息存儲(chǔ)和快速傳遞.但在信息社會(huì)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開展,設(shè)備也向大型化、大功率化方向開展,因而對(duì)電能提出了新的更高的要求.電力電子技術(shù)是借助于半導(dǎo)體功率器件對(duì)電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換、限制和優(yōu)化利用的技術(shù).電力電子技術(shù)較早用于煤礦

7、是礦井提升機(jī),并且開展迅速.止匕外,電力電子技術(shù)在先進(jìn)國(guó)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(dòng)限制、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,除了可以提升調(diào)速的性能外,更主要可以節(jié)省能源.目前我國(guó)在上述設(shè)備中采用調(diào)速技術(shù)還不夠廣泛,市場(chǎng)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(duì)電能進(jìn)行限制,在煤炭工業(yè)中有廣闊的應(yīng)用前景.但我國(guó)煤炭行業(yè)電力電子技術(shù)應(yīng)用與先進(jìn)國(guó)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)、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(guó)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

8、一個(gè)彈性體,在靜止或運(yùn)行時(shí)皮帶內(nèi)貯藏了大量的能量,在皮帶機(jī)起動(dòng)過程中,如果不加設(shè)軟起動(dòng)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,?煤礦平安規(guī)程?規(guī)定,帶式輸送機(jī)必須加設(shè)軟起動(dòng)裝置.目前煤礦采用的軟起動(dòng)裝置絕大局部是液力偶合器.液力偶合器雖然能局部解決皮帶機(jī)的軟起動(dòng)問題,但與變頻器驅(qū)動(dòng)相比,仍具有明顯的劣勢(shì)：首先,采用液力偶合器時(shí),電機(jī)必須先空載起動(dòng).工頻起動(dòng)時(shí),最初的電流很大,為電機(jī)額定電流的4-7倍.大的起動(dòng)瞬間電流會(huì)在起動(dòng)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(duì)機(jī)械局部造成嚴(yán)重磨損甚至損壞.同時(shí)還將

9、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(dòng)設(shè)備.其次,液力偶合器長(zhǎng)時(shí)工作時(shí),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(shí),皮帶機(jī)的加載時(shí)間較短,容易引起皮帶張力變化,因此對(duì)皮帶帶強(qiáng)要求較高.第三,一般的皮帶機(jī)都是長(zhǎng)距離大運(yùn)量,通常都是多電機(jī)驅(qū)動(dòng),采用液力偶合器驅(qū)動(dòng),很難解決多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡.隨著電力電子技術(shù)的開展.變頻技術(shù)在最近二十年飛速開展,在局部煤礦企業(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(duì)帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行改造,將給用戶帶來極大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益：第一,真正

10、實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的軟起動(dòng).運(yùn)用變頻器對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),運(yùn)用變頻器的軟起動(dòng)功能,將電機(jī)的軟起動(dòng)和皮帶機(jī)的軟起動(dòng)合二為一,通過電機(jī)的慢速起動(dòng),帶動(dòng)皮帶機(jī)緩慢起動(dòng),將皮帶內(nèi)部貯存的能量緩慢釋放,使皮帶機(jī)在起動(dòng)過程中形成的張力波極小,幾乎對(duì)皮帶不造成損害.第二,實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的功率平衡.應(yīng)用變頻器對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí),一般采用一拖一限制,當(dāng)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí),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(tái)二號(hào)井順梢皮帶為2X200KW/660V電機(jī)驅(qū)動(dòng),采有主從限制后,輕載時(shí)主從電機(jī)電流相差5A左右,滿載時(shí)相差2A左右.第三,降低皮帶帶強(qiáng).采用變頻器驅(qū)動(dòng)之后,由于變頻器的起動(dòng)時(shí)間可在1S360

11、0s可調(diào),通常皮帶機(jī)起動(dòng)時(shí)間在60S200S內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定,皮帶機(jī)的起動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng),大大降低對(duì)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(zhǎng),大大降低設(shè)備維護(hù)量.同時(shí),利用變頻器的軟起動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的軟起動(dòng),起動(dòng)過程中對(duì)機(jī)械根本無沖擊,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(tái)二號(hào)井順梢皮帶采用變頻器驅(qū)動(dòng)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(dòng)后的節(jié)能效果主要表達(dá)在系統(tǒng)功率因數(shù)和系統(tǒng)效率兩個(gè)方面：1、提升系統(tǒng)功率因數(shù)通常情況下,煤礦用電機(jī)在設(shè)計(jì)過程中放的裕量比擬

12、大,工作時(shí)絕大局部不能滿載運(yùn)行,電機(jī)工作于滿電壓、滿速度而負(fù)載經(jīng)常很小,也有局部時(shí)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(shí)才是效率最高、功率因數(shù)最正確,輕載時(shí)降低,造成不必要的電能損失.這是由于當(dāng)輕載時(shí),定子電流有功分量很小,主要是勵(lì)磁的無功分量,因此功率因數(shù)很低.采用變頻器驅(qū)動(dòng)后,在整個(gè)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、提升系統(tǒng)效率采用變頻器驅(qū)動(dòng)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(gè)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(dòng),而液體的傳動(dòng)效率比直接硬聯(lián)接的傳動(dòng)效率要低許多,因而采用變頻器驅(qū)動(dòng)后,系統(tǒng)總

13、的傳遞效率要比液力偶合器驅(qū)動(dòng)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(shí)段電壓波動(dòng)較大,利用變頻器的自動(dòng)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(dòng)系統(tǒng),不僅在技術(shù)的先進(jìn)性還是帶來的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益方面都是巨大的,隨著社會(huì)的開展,最終在帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)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)、潞安、淮北礦業(yè)集團(tuán)的大量應(yīng)用案例已證實(shí)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(chǎng)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

14、要的地位,其平安可靠尤為突出.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,那么會(huì)危及人身平安.止匕外,礦井提升設(shè)備是一大型的綜合機(jī)械電氣設(shè)備,具本錢和耗電量比擬高,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(shí),必須經(jīng)過多方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比擬,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(gè)方面都是合理的,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(jí)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(jí)調(diào)速的方式其弊端越來越明顯：第一、限制精度差.采用電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速,屬于有級(jí)調(diào)速,在不同速度段的切換中存在速度

15、跳躍,其限制比擬粗糙,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(jí)電阻,接觸器的壽命主要表達(dá)在它的機(jī)械部份的壽命,眾所周知機(jī)械局部的壽命比電子式的壽命要短許多,有時(shí)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.第三、維護(hù)工作量大.由于采用接觸器對(duì)電阻進(jìn)行分段切換,因此必須經(jīng)常對(duì)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(gè)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,

16、當(dāng)在低速段運(yùn)行時(shí),穩(wěn)定性差.由于轉(zhuǎn)速越低,特性越軟,負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動(dòng)時(shí),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)的開展和變頻技術(shù)的成熟,國(guó)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(duì)提升絞車進(jìn)行驅(qū)動(dòng)具有如下優(yōu)勢(shì)：第一,限制精度高.通常變頻器都采用磁通矢量限制,使得交流電機(jī)的調(diào)速性能與直流電機(jī)幾乎相等,限制精度非常高.第二,工作可靠性高.變頻器采用的是電子器件,壽命長(zhǎng),且具有完善的保護(hù)功能,用于提升絞車限制時(shí),其可靠性很高.第三,根本無維護(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(jí)調(diào)速,低速時(shí)穩(wěn)定性好.第五,節(jié)能.變頻器屬于轉(zhuǎn)差功率不變

17、型的調(diào)速方式,在整個(gè)調(diào)速過程中其節(jié)能方式表現(xiàn)為兩個(gè)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(shí),電機(jī)工作于電動(dòng)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(shí),此時(shí)電機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài),將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能.如果變頻器采用的是能量回饋型變頻器,變頻器將會(huì)把這種電能回饋回電網(wǎng).西山焦煤集團(tuán)西銘礦一臺(tái)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(dòng)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)能效果將十清楚顯,現(xiàn)在,許多新上的絞車系統(tǒng)均已采用變頻驅(qū)動(dòng).乳化液泵站乳化液泵站主要為

18、液壓支架提供恒定的液體壓力.平時(shí)液壓支架根本不動(dòng),但乳化液泵仍長(zhǎng)時(shí)工作,耗能巨大.如果采用變頻驅(qū)動(dòng),采用壓力傳感器形成閉環(huán)恒壓限制,當(dāng)移動(dòng)液壓支架時(shí),乳化液泵提升液體流量,維持變力不變；當(dāng)不移動(dòng)液壓支架時(shí),乳化液泵提供小流量液體維持壓力不變,實(shí)現(xiàn)恒壓限制.采用變頻器驅(qū)動(dòng)乳化液泵,節(jié)能效果明顯.山東淄博礦務(wù)局埠村煤礦井下一臺(tái)55KW/660V變頻器用于乳化液泵,經(jīng)測(cè)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(duì)機(jī)械部份的磨損將減小許多,延長(zhǎng)了設(shè)備檢修期.另外,在局部煤礦,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.

19、隨著技術(shù)的開展,相信變頻技術(shù)將象國(guó)外興旺國(guó)家一樣在煤礦得到廣泛應(yīng)用！目前國(guó)內(nèi)煤礦用變頻設(shè)備根本采用的根本上是少數(shù)國(guó)外廠家專門為中國(guó)市場(chǎng)生產(chǎn)1140V的產(chǎn)品.產(chǎn)品價(jià)格十分昂貴,備件難,售后效勞也存在著很大問題.所以大功率防爆變頻器的研究及其具有市場(chǎng)潛力.三、國(guó)內(nèi)、外技術(shù)水平及開展趨勢(shì),生產(chǎn)現(xiàn)狀根據(jù)我國(guó)交流電機(jī)電壓等級(jí)的規(guī)定,3kV、6kV、10kV電壓等級(jí)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(guó)外對(duì)此電壓等級(jí)的變頻器稱為中壓變頻器本文亦把此類電壓等級(jí)的變頻器稱為中壓變頻器;在功率方面,我國(guó)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

20、.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(chǎng)情況我國(guó)50%60%的發(fā)電量用于交流電動(dòng)機(jī),而容量在3kw以上,額定電壓一般為310kV的電動(dòng)機(jī)占電動(dòng)機(jī)總裝機(jī)容量的40%50%.由于我國(guó)中壓變頻技術(shù)仍沒有形成產(chǎn)業(yè)化,落后于國(guó)外興旺國(guó)家,因此這局部電動(dòng)機(jī)在負(fù)載工況變化時(shí),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(guó)內(nèi)潛在著巨大的中壓大功率變頻器市場(chǎng).國(guó)家計(jì)委預(yù)計(jì)在今后十五年內(nèi),使我國(guó)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(guó)的高壓變頻器市場(chǎng)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、

21、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(guó)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,市場(chǎng)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.用戶是否購置此類設(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(chǎng)啟動(dòng)會(huì)快一些,反之那么慢.另一方面市場(chǎng)還受國(guó)際、國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)大環(huán)境的影響以及國(guó)內(nèi)*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(chǎng)開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(guó)市場(chǎng)的可能性較大,各方應(yīng)有所準(zhǔn)備.1.2 變頻器的變

22、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(dòng)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)成熟,在國(guó)內(nèi)開發(fā)研制也最多,目前在國(guó)內(nèi)仍有一定的市場(chǎng).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,并因采用移相限制方式,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(jià)提升.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(dòng)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

23、靠性差等缺點(diǎn).由于其開展較早,技術(shù)也比擬成熟,所以目前仍廣泛應(yīng)用.隨著中壓變頻技術(shù)的開展,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(shì).而直接中壓變頻方式,因沒有中間的低壓環(huán)節(jié),結(jié)構(gòu)上有著廣闊的開展前景.變頻器的逆變器普遍采用大功率場(chǎng)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)斷元件,其中GTR應(yīng)用最為普遍.但是在調(diào)制策略開展和要求逆變器輸出諧波分量更小的情況下,必須提升開關(guān)頻率,為此,GTR滿足不了這個(gè)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MOSET與GTR巧妙結(jié)合在一起的電壓型雙極/M05復(fù)合器件,I

24、GBT具有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、元件損耗小、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)功率小、極限溫度高、熱阻小、飽和壓降和電阻低、電流容量大、抗浪涌水平強(qiáng)、平安區(qū)寬、并聯(lián)容易、穩(wěn)定可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(dòng)高壓電動(dòng)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(shì),預(yù)計(jì)近十年內(nèi)不會(huì)被新開發(fā)的元件所取代.2、變頻器的技術(shù)開展動(dòng)向2.1 單元串聯(lián)

25、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(shì),在不要求四象限運(yùn)行時(shí)有著較廣泛的應(yīng)用前景.其中三電平限制具有許多優(yōu)點(diǎn),包括：1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€(gè)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(jí)電壓階梯波減少了du/dt,使得對(duì)電機(jī)繞組絕緣沖擊減小.4三電平PWM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(duì)電機(jī)的影響.采用三電平PWM方法,每個(gè)功率單元的IGBT開關(guān)頻率為600Hz,假設(shè)每相5

26、個(gè)功率單元串聯(lián)時(shí),等效的輸出相電壓開關(guān)頻率為6kHz,可以降低開關(guān)損耗,提升變頻器效率,這種變頻器可適用于任何普通的高壓電動(dòng)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(huì)使器件的數(shù)量增加,但由于驅(qū)動(dòng)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(shì),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,維修也比擬方便.5三電平拓?fù)淠墚a(chǎn)生3*3*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)用裝置向高頻化開展的今天,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

27、要因素.從直流儲(chǔ)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,由于瞬時(shí)切換時(shí)的過電壓,會(huì)使器件過熱,甚至有時(shí)使逆變器失控并超過器件的額定平安工作區(qū)而損壞,限制了開關(guān)工作頻率的提升.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(jià)廉簡(jiǎn)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1/31/2,而所占的體積只有它的1/101/2.(2)印刷電路板母線主要用于小電流逆變器,但當(dāng)母線直流電流到達(dá)150A時(shí),要求電路板的復(fù)銅層很厚,造價(jià)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(huì)影響整機(jī)的可靠性.(3)裸銅

28、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(chǎng)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)?；a(chǎn).基于上述幾種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(chǎng)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(chǎng)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(gè)

29、母線極之間的距離均勻一致,以減少互感,各層銅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(dòng)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,使相連接的接觸外表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(jí)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正確狀態(tài).2.3 微機(jī)限制和人工智能技術(shù)采用微機(jī)限制技術(shù)可以對(duì)變

30、頻器進(jìn)行限制和保護(hù).在限制方面：1計(jì)算確定開關(guān)元件的開通和關(guān)斷時(shí)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(dòng)調(diào)速功能.如各種頻率的設(shè)定和執(zhí)行、啟動(dòng)、運(yùn)行方式選擇、轉(zhuǎn)矩限制設(shè)定與運(yùn)行、加減速設(shè)計(jì)與運(yùn)行、制動(dòng)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(dòng)系統(tǒng).在保護(hù)方面,在外部傳感器及I/0電路配合下,構(gòu)成完善的檢測(cè)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、限制電路的欠壓、過電壓保護(hù)；2輸出電流的欠電流、過電流保護(hù)；3電動(dòng)機(jī)或逆變器的過載保護(hù)；4制動(dòng)電阻的過熱保護(hù)；5失速保護(hù).采用人工智能技術(shù)對(duì)變頻器進(jìn)行故障診斷,構(gòu)成故障診斷系統(tǒng),該系統(tǒng)由監(jiān)

31、控、檢測(cè)、知識(shí)庫故障模式知識(shí)庫或故障診斷專家系統(tǒng)知識(shí)庫、推理機(jī)構(gòu)、人機(jī)對(duì)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(cè)發(fā)生故障的可能性.在變頻器啟動(dòng)前對(duì)診斷系統(tǒng)本身及變頻器主電路包括電源、限制系統(tǒng)等進(jìn)行一次診斷清查隱患.假設(shè)發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象那么調(diào)用知識(shí)庫推理、判斷故障原因并顯示不能開機(jī),如無故障那么顯示可以開機(jī).開機(jī)后,實(shí)時(shí)檢測(cè)診斷.工作時(shí)對(duì)各檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行循環(huán)查詢,存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并不斷刷新.假設(shè)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)越限,那么認(rèn)為可能發(fā)生故障,立即定向追蹤.假設(shè)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(shí)庫進(jìn)行分析推理,確定是何種故障及其部位,顯示出來,嚴(yán)重時(shí)那么發(fā)出停機(jī)指令.

32、2.4其它各種技術(shù)近年來,國(guó)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(bào)道,這類變頻裝置具有高功率因數(shù)、高效率、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,使裝置的諧波抑制水平大大增強(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)字化光纖限制技術(shù)應(yīng)用于變頻器,使其限制柔性和可靠性大大提升.(3)功率單元標(biāo)準(zhǔn)模塊化、IGBT驅(qū)動(dòng)電路智能化.目前我國(guó)煤礦普遍采用的電壓等級(jí)為660V、1140V.隨著煤礦生產(chǎn)水平的不斷提升,生產(chǎn)設(shè)備單機(jī)功率的不斷增大,防爆變頻器的容量也不斷提升,越來越多的

33、設(shè)備采用1140V這一電壓等級(jí).而1140V這一煤礦用電壓等級(jí)為我國(guó)所獨(dú)有.所以通用變頻器,無論是國(guó)產(chǎn)的,還是進(jìn)口的,一般電壓等級(jí)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(guó)外產(chǎn)品工作電壓高于660V后,一般采用6000V電壓.而國(guó)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(guó)內(nèi)煤礦用變頻設(shè)備根本采用的根本上是少數(shù)國(guó)外廠家專門為中國(guó)市場(chǎng)生產(chǎn)1140V的產(chǎn)品.產(chǎn)品價(jià)格十分昂貴,備件難,售后效勞也存在著很大問題.所以大功率防爆變頻器的研究及其具有市場(chǎng)潛力.四、技術(shù)來源、開發(fā)研制現(xiàn)狀及協(xié)作單位根本概況該工程依靠自身的開發(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

34、發(fā)經(jīng)驗(yàn),完全有水平開發(fā)出此類產(chǎn)品,目前整個(gè)方案已經(jīng)定型,正在繪制防爆箱體的機(jī)械圖.五、工程內(nèi)容、開發(fā)方案及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)5.1 工程內(nèi)容本工程是開發(fā)1140V500KW防爆變頻器,本課題的研究?jī)?nèi)容主要有以下三方面：5.1.1、 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“ExdI和礦用隔爆兼本質(zhì)平安型“ExdibI本課題研究的變頻器為隔爆兼本質(zhì)平安型.型號(hào)按MT/T154.2-1996的規(guī)定,根本參數(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)定；額定頻率：50HZ.2、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

35、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(huì)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(shí),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,從而到達(dá)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)有足夠的鞏固性,以及外殼在熱源的作用下,經(jīng)燒灼及過熱不會(huì)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(gè)重要因素.所謂隔爆性就是要求外殼各個(gè)

36、部件的連接要符合一定的隔爆構(gòu)造參數(shù),而使其在以下情況下不能點(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(shí),由于隔爆構(gòu)造參數(shù)對(duì)弧光短路目前還無法到達(dá)隔爆要求,因此只能在電氣方面增強(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)方法來到達(dá)防爆目的或者嚴(yán)格限制瓦斯的濃度.這些都是外殼內(nèi)可能出現(xiàn)的最危險(xiǎn)情況,如果把它限制在外殼內(nèi)部,不讓它涉及到殼外,或者雖然沖出了火焰和灼熱的金屬顆粒,但已被冷卻,就能有效地預(yù)防周圍可燃性瓦斯的爆炸.所謂不傳爆性,就是甲烷空氣混合物在外殼內(nèi)部爆炸時(shí),向外噴出的火焰,不會(huì)引起殼外可燃性氣體的爆炸.它是由外

37、殼的結(jié)構(gòu),即通過外殼裝配接合面的寬度、間隙和外表加工光潔度來實(shí)現(xiàn)的.這種接合面可以是法蘭盤對(duì)口式,也可以是圓筒或活動(dòng)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(shí),主腔才能翻開；當(dāng)主腔翻開后,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(duì)應(yīng)的外表配合在一起或外殼連接處且火焰或燃燒生成物可能會(huì)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(zhǎng)度指從隔爆外殼內(nèi)部通過接合面到隔爆外殼外部的最短通路長(zhǎng)度.隔爆間隙指隔爆接合面相對(duì)應(yīng)外表之間的距離.防爆變頻器隔爆接合面間隙,接合面寬度和外表粗糙度應(yīng)符合

38、GB3836.2-2000第五章的要求,接合面外表平均粗糙度Ra不超過6.3um,無論是長(zhǎng)期關(guān)閉或是經(jīng)常翻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,接合面外表應(yīng)進(jìn)行防腐處理,但通常不允許使用漆或類似材料涂覆,除非已證實(shí)該材料和涂覆工藝不會(huì)影響隔爆性能.對(duì)于I類電氣設(shè)備,應(yīng)能直接或間接檢查經(jīng)常翻開的門.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.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(dòng)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

39、殼耐壓試驗(yàn)的目的是證實(shí)外殼能否有效的承受內(nèi)部爆炸,外殼應(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),但是外殼假設(shè)設(shè)計(jì)成在拆去內(nèi)部局部裝置后仍能使用時(shí),那么應(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(shí),假設(shè)外殼未發(fā)生損壞,也未發(fā)生永久變形,那么認(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.止匕外,隔爆外殼應(yīng)經(jīng)得起過壓試驗(yàn),包括靜壓和動(dòng)壓試驗(yàn).靜壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力應(yīng)為參考?jí)毫Φ?.5倍,但至少為0.35MPa.加壓時(shí)間應(yīng)為10s.對(duì)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?jí)毫Φ?倍.如果參考?jí)毫?那么進(jìn)行動(dòng)壓試驗(yàn)時(shí)可使外殼承受的最大壓力為參考?jí)毫Φ?.5

40、倍.壓力上升速度不應(yīng)與測(cè)定參考?jí)毫r(shí)的上升速度差異太大.特殊情況下可以通過預(yù)壓用于測(cè)定參考?jí)毫Φ谋ㄐ曰煳镞M(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(gè)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(gè)高壓火花塞或其他低能點(diǎn)燃源來點(diǎn)燃.另外,假設(shè)外殼內(nèi)裝有能點(diǎn)燃爆炸混合物的開關(guān)裝置時(shí),可用該裝置來點(diǎn)燃.如果點(diǎn)燃沒有傳到試驗(yàn)罐內(nèi),那么認(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空氣的體積比應(yīng)符合表中規(guī)定即甲烷58%氫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)工程,外殼靜壓試驗(yàn)屬出廠檢驗(yàn)工程.外殼在精加工后應(yīng)進(jìn)行壓力為1MPa的靜壓試驗(yàn),歷時(shí)1

41、0+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)原那么：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),使功率元件和限制系統(tǒng)靠的很近,要求解決好系統(tǒng)的強(qiáng)弱隔離問題,特別是限制系統(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(gè)技術(shù)上的問題時(shí),還必須充分考慮到它的各個(gè)制約要素,而不可顧此失彼.5.1.2、 電氣方面1原理變頻調(diào)速原理n=60f(1s)/p(1)式中n異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f異步電動(dòng)機(jī)的頻率；s電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；p電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù).由式(1

42、)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,當(dāng)頻率f在050Hz的范圍內(nèi)變化時(shí),電動(dòng)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(dòng)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、電壓均可限制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī).變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和限制4個(gè)局部組成.整流局部為三相橋式不可控整流器,逆變局部為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(chǔ)能和緩沖無功功率.三相半控橋?yàn)V波器IGBT變器AC電機(jī)遠(yuǎn)程顯示盤可描觸發(fā)電源板IG灘動(dòng)板1IG睜制板=|主控板2

43、諧波干擾由于變頻器逆變輸出的電壓或電流波形并不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波行,而是存在著很多奇數(shù)諧波.這些諧波,尤其是低次諧波對(duì)負(fù)載產(chǎn)生很大危害.主要表達(dá)在下面幾個(gè)方面：對(duì)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(duì)電動(dòng)機(jī)的影響除了可引起附加損耗外,還會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過電壓,使變壓器鐵損增大而發(fā)熱,使電容器、電纜等過熱,絕緣老化,壽命縮短,以至損壞；諧波會(huì)導(dǎo)致機(jī)電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作,并使電器測(cè)量?jī)x表不準(zhǔn)確；會(huì)對(duì)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)致信息喪失,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(huì)產(chǎn)生很嚴(yán)重的后

44、果.3、浪涌電壓?jiǎn)栴}在逆變器進(jìn)行換向過程中,或者開關(guān)器件關(guān)斷時(shí),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、變頻器接線標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)線與動(dòng)力線必須分開走線：使用模擬量信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程限制變頻器時(shí),為了減少模擬量受來自變頻器和其它設(shè)備的干擾,請(qǐng)將限制變頻器的信號(hào)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.即使在限制柜內(nèi),同樣要保持這樣的接線標(biāo)準(zhǔn).該信號(hào)與變頻器之間的限制回路線最長(zhǎng)不得超過50m.信號(hào)線與動(dòng)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

45、接PLC和變頻器的信號(hào)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(shí)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(jí)動(dòng)力線對(duì)外部會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的干擾,因此放置信號(hào)線的金屬管或金屬軟管一直要延伸到變頻器的限制端子處,以保證信號(hào)線與動(dòng)力線的徹底分開.1、模擬量限制信號(hào)線應(yīng)使用雙股絞合屏蔽線,電線規(guī)格為0.75mm2.在接線時(shí)一定要注意,電纜剝線要盡可能的短5-7mm左右,同時(shí)對(duì)剝線以后的屏蔽層要用絕緣膠布包起來,以預(yù)防屏蔽線與其它設(shè)備接觸引入干擾.2、為了提升接線的簡(jiǎn)易性和可靠性,推薦信號(hào)線上使用壓線端子.5、變頻器的接地變頻器正確接地是提升系統(tǒng)穩(wěn)定性,抑制噪聲水平的重要手段.變頻器

46、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(zhǎng)度不超過5m.變頻器的接地應(yīng)和動(dòng)力設(shè)備的接地點(diǎn)分開,不能共地.信號(hào)線的屏蔽層一端接到變頻器的接地端,另一端浮空.變頻器與限制柜之間電氣相通.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,提升了維修效率.2、變頻器采用遙控設(shè)置修改參數(shù),預(yù)防了開蓋設(shè)置參數(shù),提升了使用效率.3、在限制方案上可以聯(lián)機(jī)限制,也可以單臺(tái)變頻獨(dú)立限制,提升了設(shè)備的利用效率.4、在聯(lián)機(jī)使用過程中,如果其中一臺(tái)壞了,可以通過改變限制方式,重新啟動(dòng)設(shè)備,縮短了維修時(shí)間,盡量預(yù)防耽誤生產(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(huì)影響皮

47、帶機(jī)出煤,或者別的設(shè)備運(yùn)行.5.1.3、 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(shí)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(shí)間延長(zhǎng).嚴(yán)重過熱導(dǎo)致半導(dǎo)體器件短時(shí)間內(nèi)毀壞.為預(yù)防過熱損壞,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,那么需要水循環(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(guó)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

48、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(duì)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開展,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漸凸顯出來,成為電子產(chǎn)品生產(chǎn)和開發(fā)的一個(gè)重要問題.電子元器件的工作溫度范圍一般是-565C,超過這個(gè)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)說明：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(gè)重要問題.現(xiàn)在電子產(chǎn)品正朝著越來越小的方向開展,由于電子

49、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(shí),人們?cè)谶x擇電子產(chǎn)品時(shí)不再只要求其功能,而對(duì)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(chǎng)的需求,這就急需一種輕、薄、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(shí)進(jìn)行.3.2、 大功率模塊的散熱3.2.1、 IGBT簡(jiǎn)介現(xiàn)代電力電子技術(shù)已經(jīng)向著高頻大功率的方向開展,曾經(jīng)用做電力開關(guān)的半導(dǎo)體器件有：晶閘管、場(chǎng)控晶閘管、雙級(jí)型晶體管、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管、功率雙極性晶體管和功率型MOSFET等,其中功率雙極型晶體管和功率

50、型MOSFET是比擬新的半導(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MOSFET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)用和開展尤為快速.IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)絕緣柵雙極型功率管是國(guó)外八十年代中期研制成功的新一代大功率摸板,它不僅保存了功率MOSFET的高速優(yōu)點(diǎn),同時(shí)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(dòng)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

51、工業(yè)興旺的國(guó)家和公司對(duì)其開展相當(dāng)重視.如：美國(guó)的國(guó)際整流器、西德的西門子、日本的東芝、三菱等大公司對(duì)其開發(fā)和研制都投入了大量的人力和財(cái)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(dòng)電子點(diǎn)火器、激光電源、變頻器等.3.2.2、 散熱對(duì)IGBT的影響IGBT在使用中,具散熱即內(nèi)部的溫度情況是很重要的,如果散熱差、溫度高就會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行,同時(shí)還會(huì)大大的縮短元器件的壽命.目前,為了降低溫度保證元器件的工作正常和延長(zhǎng)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)品的本錢增加.同時(shí),IGBT模塊具有一個(gè)

52、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(shí),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、熱疲勞失效及彎曲變形.因此,IGBT的散熱是產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)、運(yùn)行時(shí)所要考慮的一個(gè)重要因素.3.2.3、 現(xiàn)有大功率電子模塊的散熱方式現(xiàn)在對(duì)于大功率電子模塊常有的散熱方式主要有如下幾種：IGBT外表公差處理：對(duì)于大功率電子元件,特別是IGBT,銅基板外表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外表相接觸,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

53、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,以到達(dá)散熱的目的.但是在使用過程中對(duì)于散熱系統(tǒng)的要求比擬高,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)以到達(dá)散熱的效果.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(gè)散熱系統(tǒng)中.3.3、 大功率熱管散熱器3.3.1、 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(gè)局部,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

54、管的工作過程可以看作是6個(gè)同時(shí)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.3.3.2、 熱管散熱器在大功率元器件中的運(yùn)用由傳熱學(xué)知識(shí)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(zhǎng)度,然而一味的增加翅片的長(zhǎng)度不但不會(huì)增大散熱空間還會(huì)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(zhǎng)度或者減小翅片的厚度來增加實(shí)際的散熱面積,就有

55、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(shí)期已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)要求.而對(duì)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具絕大局部熱量都是通過基板傳遞到熱管,有熱管將熱量帶到散熱翅片,使得分配到各個(gè)翅片的熱流密度平均,肋長(zhǎng)比擬短,肋效率高,有效散熱面積大,布置比擬靈活,可以將熱量通過熱管帶到更加適宜的地方散熱,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,以到達(dá)更好的散熱條件,保證電子產(chǎn)品內(nèi)部工作條件,延長(zhǎng)產(chǎn)品壽

56、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(zhǎng)元器件壽命而放棄的很多成熟、高效的技術(shù),提升了元器件的散熱量,使產(chǎn)品在滿足壽命要求的同時(shí)也能平安、穩(wěn)定的運(yùn)行.3.4、 結(jié)論散熱是電力電子設(shè)備平安、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(zhǎng)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)相比更平安、可靠；采用熱管散熱器不但可以節(jié)約材料,減小空間利用,還可以提升設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性.因此,將熱管散熱器作為一種新型的散熱設(shè)備更能適應(yīng)當(dāng)前高熱流密度、高集成度的大功率器件的散熱要求,熱管散熱器將

57、在各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用.5.2 開發(fā)方案研究試驗(yàn)方案將根據(jù)試驗(yàn)點(diǎn)情況具體制定,根據(jù)初步掌握的資料,初擬現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案采用：1、 本工程采用理論分析、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)等方法,進(jìn)行井下施工及施工指導(dǎo),總結(jié)研究成果,編寫課題研究報(bào)告.2、 成立專門的課題研究小組,進(jìn)行集中攻關(guān).3、 *礦機(jī)電氣開展負(fù)責(zé)整個(gè)工程的運(yùn)籌及技術(shù)上的研究,負(fù)責(zé)井下施工的指導(dǎo),負(fù)責(zé)總結(jié)研究成果,編寫課題研究報(bào)告.目標(biāo)：研制出一套500KW防爆變頻系統(tǒng),該系統(tǒng)為井下大功率電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng).性能：(1)主從422通訊.4、 )操作盤顯示,不開蓋,可以通過遙控或者通過復(fù)合按鈕完成變頻器的設(shè)置.5、 )三相模塊化結(jié)構(gòu),便于維護(hù).6、 )旁路工頻啟動(dòng).7、 )熱管風(fēng)冷散熱.8、 )工作系統(tǒng)中提供短路、過載、缺相、過壓、欠壓、漏電閉鎖及變頻裝置故障保護(hù)等功能.(7)變頻裝置本安電路可提供不大于300m的遠(yuǎn)控正轉(zhuǎn)運(yùn)行、反轉(zhuǎn)運(yùn)行、停車等功能.(8)防爆型式：礦用隔爆兼本質(zhì)平安型,防爆標(biāo)志：ExdibI.結(jié)構(gòu)：變頻裝置由防爆外殼、熱管散