煤矿用6kV高压防爆变频器的设计

矿用隔爆交流变频器的结构分析及设计【摘要】随着煤矿生产的规模不断壮大，对于生产中的安全问题和效率问题受到人们的重视，对矿用设备的要求也越来越高。

变频器在速度、安全、节能等方面都表现出了优越性，为了能够更好的特定环境中应用，达到隔爆的效果，对矿用隔爆交流变频器的结构进行分析和设计，解决了散热和隔爆两个重要的方面。

【关键词】矿用隔爆；交流变频器；结构；安全矿井下工作具有爆炸的危险，所以在变频器的使用上要具有隔爆的功能来保证其周围的安全性，这就对变频器的结构设计和开发提出了非常高的要求。

设备必须要安装在隔爆壳体中，但是这样会影响变频器的散热，给隔爆壳体的结构设计增加了难度。

1 矿用隔爆交流变频器的散热1.1 散热的重要性任何设备都不能承受过高的温度，一般情况下对设备的破坏作用并不明显，但是在脉冲宽度调制逆变电路中，温度超过一临界值，逆变管迅速损坏，这种临界值通常情况下是固定的。

所以说，为了避免损坏现象的出现，设备要预留出一段等待时间。

1.2 散热方式发热主要由于内部做功，产生功率，造成损耗。

与其他设备一样，变频器的发热并不能精确的算出，但是可以通过多种散热方式减小温度对设备的影响。

1.2.1 风冷散热在通风较好的情况下，这种风冷形式散热能够有效保护设备，但是本文研究的矿用隔爆变频器是在密闭的空间中工作的，这种散热方式不实用。

1.2.2 热管冷却热管是设备中导热性极好的构件，利用热管散热就是在散热器的设计上进行热管技术应用，热管散热可以达到0.01℃/W，在自然冷却的条件下，热管冷却拥有最可靠的散热性能。

1.2.3 水循环冷却与风冷散热结合对于矿用隔爆变频器只应用水循环冷却并不实际，因为一般所处的环境大多缺水，而且会造成水资源浪费，不方便设备的维护。

所以，在水冷的基础上加以风冷，更加适合设备的散热。

具有减少水资源浪费、减少设备维护费用和解决设备因为热量散发不当而出现的故障的作用。

1.3 散热设计利用强制水循环冷却方法结合风冷散热模式对矿用隔爆变频器进行散热处理。

防爆变频器设计流程Designing explosion-proof variable frequency drives is a complex process that requires careful consideration of various factors to ensure safety and reliability. When embarking on this design journey, it is essential to first understand the specific requirements and regulations that govern explosion-proof equipment in order to meet all necessary standards and certifications. This will involve researching and familiarizing oneself with the applicable guidelines and standards set forth by organizations such as the National Electrical Code (NEC), the International Electrotechnical Commission (IEC), and various industry-specific regulatory bodies.在设计防爆变频器时，需要认真考虑各种因素，以确保安全性和可靠性。

在开始这一设计过程时，首先要了解统治防爆设备的特定要求和法规，以满足所有必要的标准和认证。

这将涉及研究和熟悉适用的指导方针和标准，这些标准由国家电气规范（NEC）、国际电工委员会（IEC）和各种行业特定的监管机构制定。

Furthermore, it is crucial to consider the environmental conditions in which the explosion-proof variable frequency drive will operate.Factors such as temperature, humidity, dust, and potentially explosive gases will all have an impact on the design and materials used. Special attention must be given to ensuring that the enclosure of the drive is robust enough to withstand these harsh conditions while still allowing for proper ventilation and heat dissipation to prevent overheating.此外，还需考虑防爆变频器工作的环境条件。

全数字交流提升机电控系统技术方案全数字交流提升机电控系统技术方案一、基本技术参数电机型号：电机功率：240KW额定电压：6KV 额定电流：31A转子电压：452V 转子电流：343A二、系统设计标准矿井用提升机电控系统设备符合下列标准的规定和要求。

1、《煤矿安全规程》（2006版）；2、《交流传动矿井提升机电控设备技术条件》（JB4263-86）；3、《交流电机半导体变频调速装置总技术条件》（GB12668-1990）；4、《电控设备第二部分装有电子器件的电控设备》（GB/T3797-1998）；5、《低压开关设备和控制设备总则》（GB/T14048.1-2000）；6、《3—35KV交流金属封闭开关设备》（GB/3906-1991）；7、《电能质量公用电网谐波》（GB/T14549-1993）；8、《电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温》（GB2423.1-2001）；9、《电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：高温》（GB2423.2-2001）；10、现行国家电工委员会及其它有关标准；11、进口电气设备遵守国际电工委员会IEC标准；12、电控装置的静动态性能指标完全满足提升机的运行要求；13、电控装置能够承受提升机和通风机运行时的地坪振动；14、电控设备的电磁兼容性符合国家标准要求。

三、系统工作条件1、海拔高度不超过1000米；2、周围介质温度不高于+40℃，不低于-10℃；3、空气相对湿度：不超过95%；4、无显著振动、冲击的场合；5、周围介质无爆炸危险，且不足以腐蚀金属、无破坏绝缘的气体与尘埃（包括导电尘埃）；6、电网质量：波形为50Hz正弦，电压幅值波动不超过±10%。

四、基本设计原则★安全第一⑴完全按GB/T17626（等效于IEC801）的电磁兼容性要求进行设计和试验,并通过国家权威部门测试。

⑵除实现《煤矿安全规程》所要求的保护功能外，再根据提升机运行工况增加其他相应的保护功能。

防爆变频器的研制和开发一、前言随着电力电子技术的不断发展,变频调速技术日益成熟,通用变频器得到了迅速发展,各种品牌的变频器在自控领域的各行各业都得到了广泛的应用。

但在一些有爆炸性气体和粉尘比较多的地方(煤矿\焦化厂\部分化工厂)变频器还没有得到充分的应用,究其原因主要是这些地方的变频器需要防爆,而这种变频器现在市场上还未见成熟产品。

根据上述情况,我们山东风光电子有限公司与大屯煤电(集团)有限公司联合开发研制成功了矿用防爆变频器,该产品已经过有关部门鉴定,现已在大屯煤矿正式投产使用.二、变频器的技术要求1、工作环境有爆炸性气体或粉尘较多的环境（防爆）；2、输入电压交流660V±10% ；3、调速范围 2—50HZ ；4、保护功能具有短路、过流、过压、欠压、超温、停电闭锁等功能；5、工作方式 24小时连续工作制；6、其他技术指标与通用变频器相同。

三、变频器的控制原理1.主回路部分变频器主回路包括空气断路器、三相整流器、滤波电容、IGBT逆变器图1：主回路电气原理框图2.控制回路部分变频器控制部分包括CPU控制器、IGBT驱动电路、电流检测电路、电压检测电路、保护电路、操作显示电路。

其控制原理框图如下：图2 控制原理框图3、变频器所用主要元件都是选用世界知名公司生产的名牌产品，性能优良，质量可靠。

（1）逆变器部分选用德国西门子公司的IGBT模块，该模块饱和压将低，母线电感小，开关频率高，结构简单，安装方便。

（2）CPU控制器选用美国Intel公司的87C196MC单片机，该芯片功能齐全，运算速度快，是一种高性能的CHMOS 16位单片机，它功耗小，除正常工作外还可以工作于2种节电方式：待机方式和掉电方式。

它内部有一个波形发生器，可以输出2组互补的3相PWM信号，特别使用于电机控制系统。

（3）驱动电路采用日本三菱公司的M57959L专用驱动模块，该模块驱动功率大，信号隔离强，集成化程度高，性能优良，使用方便。

矿用隔爆型永磁同步变频调速机的设计研发一、引言随着煤矿开采技术的不断发展，对矿用设备的要求也越来越高。

在矿井工作环境中，由于存在可燃气体和可燃粉尘等隐患，传统的调速设备无法满足安全使用的需求。

因此，矿用隔爆型永磁同步变频调速机的设计研发成为亟待解决的问题。

二、设计目标1.实现隔爆型设计，确保在可燃环境中运行的安全性；2.采用永磁同步变频技术，提高调速机的效率和性能；3.实现无刷结构，减少维护周期和成本；4.进一步提高产品的可靠性和稳定性。

三、关键技术及方法1.隔爆设计：采用隔爆型外壳结构和防爆设计，确保在可燃环境中运行的安全性。

通过合理的结构设计和材料选择，达到防爆等级要求。

2.永磁同步变频技术：采用永磁同步电机和变频器的组合，提高调速机的效率和性能。

永磁同步电机具有高功率因数、高效率、高控制精度等特点，能够满足矿井中高速、大负载的要求。

3.无刷结构设计：采用无刷式调速机结构，减少电机维护周期和成本。

通过电机内部的转子永磁体和外部的定子绕组之间的无触摸传能结构，实现无刷运行。

4.可靠性设计：通过合理的电路设计和材料选择，提高产品的可靠性和稳定性。

采用高品质、长寿命的元器件，减少故障发生概率。

设备整体结构紧凑、散热性能好，有效降低温升和热失控的风险。

四、设计流程1.确定设计目标和性能要求，包括防爆等级、频率范围、转速精度等。

2.进行系统方案设计，综合考虑可靠性、安全性、高效性等因素。

3.进行关键部件的选型和参数设计，包括永磁同步电机、变频器、电容器等。

4.进行电路设计和系统结构设计，包括电源电路、控制电路、信号处理电路等。

5.进行系统的软件编程和调试，确保系统能够正常工作。

6.进行产品的实验验证和性能测试，分析测试结果，优化设计方案。

7.进行产品的样机制造和试运行，对产品进行实际的应用测试。

8.完善产品的产品技术文档和用户手册，提供产品售后服务和技术支持。

五、预期效果通过矿用隔爆型永磁同步变频调速机的设计研发，可以实现在矿井可燃环境中调速机的安全运行。

煤矿井下6kV电网防爆开关设计煤矿井下6 k V电网防爆开关是矿井供电系统的关键设备，它负责向工作面和掘进面的工机械提供电能。

长期以来现场所使用的这种开关载流能力小、保护简单、故障率高，直接影矿井供电的可靠性、安全性和连续性，因此研究高性能的 6 k V 防爆开关综合保护系统对提高供电质量、保障人身安全，完善电网保护不仅具有重要的现实意义而且具有较高的经济价值。

本文深入系统地研究了基于 Intel80Cl96 K B 单片机控制的6 k V 爆开关综合保护系统，主要内容如下:针对大型及特大型矿井供电系统中性点普遍采用消弧线圈接地方式的现状，回顾了国内外矿用高压防爆开关保护系统的发展历史，分析了目前国内高压馈电开关保护系统所存在的问题，提出了“基于零序电压基波启动，五次谐波功率方向比较”的选择性漏电保护原理，设计了相应的五次谐波提取电路和功率方向鉴别电路。

实验结果表明:该保护原理不仅适用于中性点绝缘的供电系统，而且适用于中性点经消弧线圈接地的供电系统，提高了选择性漏电的动作可靠性，保证了动作值的稳定性。

通过分析 6 k V电缆绝缘监视保护的特点，提出了在高压电缆监视线与接地线之间附加直流电源并利用V / F 转换实现监视保护的新方法，设计了相应的电路。

实验证明:该方法可有效地检测电缆的绝缘状祝，并实现了电缆短路故障时的超前切断功能。

以8 O C 1 9 6 K B单片机为中央控制单元，设计了一种新型智能化高压开关综合保护系统。

该系统能自动判断短路、过载、过压、欠压漏电等故障，并对高压电缆的绝缘水平进行实时监测，大屏幕液晶显示器实现了电网参数的轮流显示，通过拨码盘输入系统各项整定参数，真正实现了保护系统数字化。

综合保护系统直接对传感器二次交流信号高速采样，利用傅立叶算法获取所需电压、电流等参数，然后对需控量进行监视、分析、统计和判断，从而使可信度、可靠性得到保障。

本文分析了工业生产环境存在的千扰源及所产生干扰信号的特征，针对不同特征的干扰信号，制定了相应的硬件、软件防治措施.该测控系统性能稳定，动作可靠，且易于操作，具有传统保护系统无法比拟的实用性和可靠性。

一、变频电控系统总体技术方案1、总体说明本电控系统符合下列文件的规定和基本要求：《煤矿安全规程》（最新版）。

《金属非金属地下矿山安全规程》（GB16424-1996）。

《煤矿地面多绳摩擦式提升系统设计规范》（MT5021-1997）。

《直流传动矿井提升机电控设备第二部分晶闸管电控设备》（JB/T6754.2-93）《工业过程测量和控制装置的电磁兼容性》（GB/T13926-92）《低压配电设计规范》（GB50054-95）《电气设备的抗干扰特性基本测量方法》（GB4859-84）。

（89）中煤总生机字第128号文件规定的各项保护及后备保护功能。

现行国家电工委员会及其它标准。

进口电气设备遵守国际电工委员会IEC标准。

《3-110KV高压配电装置设计规范》（GB50060-92）。

《电力装置的继电保护和自动装置的设计规范》（GB50062-92）。

《矿用一般型电气设备》（GB12173-90）。

1.1 变频器使用的标准Q/SJHKY 001-2010 HIVERT-Y系列中压变频器企业标准GB 156-2007 标准电压GB/T 1980-2005 标准频率GB/T 2423.10 电工电子产品基本环境试验规程振动（正弦）试验导则GB/T 2681 电工成套装置之中的导线颜色GB 2682 电工成套装置之中的指示灯和按钮的颜色GB/T 4588.1-1996 无金属化孔单、双面印制板技术条件GB/T 4588.2-1996 有金属化孔单、双面印制板技术条件GB 7678-1987 半导体自换相变流器GB 10233-88 电气传动控制设备基本试验方法GB 12668-90 交流电机半导机变频调速装置总技术条件GB/T 15139-94 电工设备结构总技术条件GB/ 13422-92 半导体电力变流器电气试验方法GB/T 14549-93 电能质量公用电网谐波IEE std 519-1992 电力系统谐波控制推荐实施GB/T 12668.4-2006 调速电气传动系统第四部分：一般要求交流电压1kV以上但不超过35kV的交流调速电气传动系统额定值的规定GB 3797-2005 电控设备第二部分：装有电子器件的电控设备GB/T 2900.18-2008 电工术语低压电器（eqv IEC60050-441:1984)GB/T 3859.1-1993 半导体变流器基本要求的规定（eqv IEC60146-1-1:1991) GB/T 3859.2-1993 半导体变流器应用导则（eqv IEC60146-1-2:1991)GB/T 3859.3-1993 半导体变流器变压器和电抗器（eqvIEC60146-1-3:1991) GB 4208-2008 外壳防护等级（IP代码）(eqv IEC60529:1989)GB/T 16935.1-2008 低压系统内设备的绝缘配合第1部分：原理，要求和试验(idt IEC60664-1:1992)IEC 60038:1983 IEC标准电压IEC 60050-151:2001 国际电工词汇第151章电和磁的器件IEC 60050-551:1999 国际电工词汇第551章电力电子学IEC 60076 电力变压器IEC 60721-3-1:1997 环境条件分类第3部分环境参数组及其严酷程度的分类分级贮存IEC 60721-3-2:1997 环境条件分类第3部分环境参数组及其严酷程度的分类分级运输IEC 60721-3-3:2008 环境条件分类第3部分环境参数组及其严酷性的分类分级在有气候防护场所固定使用IEC 61000-2-4:2002 电磁兼容性（EMC) 第2部分：环境第4章工业装置中对低频传导性于扰的兼容性等级IEC 61000-4-7:2002 电磁兼容性（EMC）第4部分：试验和测量技术第7章谐波和谐间波的测量和测量仪器通用指南用于供电系统和与其连接的设备IEC 61800-3:2004 调速电气传动系统第3部分：产品电磁兼容性标准及其特定的试验方法IEC 60757-1983 用颜色的标志代号IEC 导则106:1989 规定设备性能额定值的环境条件指南2、设计依据2.1 基本技术参数2.1.1 提升机型号：JKM-2.25*42.1.2滚筒直径：φ2.25M；钢丝绳最大静张力：210KN；减速比：11.2；最大速度：6.5m/s；加减速度：<0.75m/s2。