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變頻技術(shù)、防爆變頻器的現(xiàn)狀及發(fā)展

文檔作者：毛鑫文檔來(lái)源：徐州煤礦機(jī)械廠		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月09日
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(電氣開(kāi)關(guān)>(2009．No．6) 13
文章編號(hào)i1004—289X(2009)06—0013—02
變頻技術(shù)、防爆變頻器的現(xiàn)狀及發(fā)展
毛鑫
(徐州煤礦機(jī)械廠，江蘇徐州221004)
摘要：介紹了變頻技術(shù)及礦用變頻器的現(xiàn)狀、發(fā)展方向，并對(duì)礦用變頻器存在的問(wèn)題作進(jìn)一步討論。
關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；防爆變頻器；IGBT
中圖分類(lèi)號(hào)：TN77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
Status Quo and Development of Frequency Conversion
Technology and Explosion—proof Converter
() n
(Xuzhou Coal Mine Machinery Factory，Xuzhou 22 1 004，China)
Abstract：The paper introduces status quo and development of frequency conversion technology and mine converter，
makes a discussion about the problems of mine converter．
Key words：frequency conversion technology；explosion—proof converter；IGBT
1 引言
在電力拖動(dòng)領(lǐng)域中，變頻技術(shù)由于具有節(jié)能并可
提高生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行精度等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為是理想并具
有發(fā)展前途的一種調(diào)速方式。此技術(shù)在我國(guó)推廣應(yīng)用
已有十多年，但受資金及變頻調(diào)速具有一定的技術(shù)難
度等原因限制，普及面較小。近幾年，由于新的電力電
子器件和新變頻技術(shù)的不斷升級(jí)換代，在冶金、石油、
化工等行業(yè)得到了廣泛的推廣應(yīng)用。但我國(guó)的變頻技
術(shù)仍沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)化，尤其是礦用防爆變頻器，受井下
特殊環(huán)境等因素的制約，起步較晚，在煤炭領(lǐng)域中未得
到廣泛推廣應(yīng)用。下面對(duì)變頻技術(shù)現(xiàn)狀和礦用防爆變
頻器的存在問(wèn)題、發(fā)展方向進(jìn)行分析。
2 變頻技術(shù)的現(xiàn)狀
(1)交流一交流變頻是早期變頻的主要形式。適
用于大容量電動(dòng)機(jī)負(fù)載，其主回路開(kāi)關(guān)器件處于自然
關(guān)斷狀態(tài)，不存在強(qiáng)迫換流問(wèn)題，所以晶閘管就能滿(mǎn)足
它的要求，由于技術(shù)成熟，國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)較多，在礦井使用
普遍。缺點(diǎn)是其主接線中需要大量的晶閘管，結(jié)構(gòu)復(fù)
雜維護(hù)量大、采用移相控制方式、功率因數(shù)較低(一般
為0．6～0．7)、因諧波成分大，需要無(wú)功補(bǔ)償和濾波裝
置，使得造價(jià)提高。
(2)交流一直流一交流變頻采用多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，
其實(shí)質(zhì)還是低壓變頻，但從電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)兩端看是高
壓。由于存在中間低壓環(huán)節(jié)，所以有電流大、結(jié)構(gòu)復(fù)
雜、效率低、可靠性差等缺點(diǎn)。由于發(fā)展早、技術(shù)成熟，
目前仍廣泛應(yīng)用。隨著中高壓變頻技術(shù)的發(fā)展，此種
方式已逐步淘汰。
(3)變頻器中的逆變器普遍采用大功率場(chǎng)效應(yīng)管
(MOSET)、大功率晶閘管(GTR)、可關(guān)斷晶閘管
(GTO)等自關(guān)斷元件。其中GTO應(yīng)用普遍。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(kāi)關(guān)頻率，因此，GTR滿(mǎn)足不了這個(gè)要
求，于是開(kāi)發(fā)了絕緣柵雙級(jí)晶體管一IGBT。它具有輸
人阻抗高、開(kāi)關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)功率小、極限溫度高、電流
容量大、穩(wěn)定可靠及模塊化等一系列優(yōu)點(diǎn)，已在小、中、
大功率范圍內(nèi)使用。近幾年，在礦井行業(yè)也普遍應(yīng)用。
3 防爆變頻器存在問(wèn)題及解決方案
(1)通用變頻器的散熱一般采用風(fēng)冷或水冷等方
式，由于處于具有爆炸性氣體的特殊環(huán)境，防爆變頻器
里的所有電子元件都密封在防爆殼體的主腔內(nèi)，因此
風(fēng)冷不適用。冷卻水循環(huán)方式體積大、維護(hù)不方便，也
14 (電氣開(kāi)關(guān))(2009．No．6)
不利于井下環(huán)境。經(jīng)過(guò)合作單位的長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用成
功的是熱管散熱器，采用水介質(zhì)和銅導(dǎo)熱管結(jié)構(gòu)，可有
效地將功率元件在密封殼體內(nèi)積聚的熱量傳導(dǎo)到殼體
外并通過(guò)散熱片快速散發(fā)，無(wú)需風(fēng)扇、維護(hù)量低、安全
可靠，可解決較大功率變頻器散熱問(wèn)題。
(2)隨著煤礦生產(chǎn)能力的提高，大型生產(chǎn)設(shè)備單
機(jī)功率不斷增大，防爆變頻器的功率不能滿(mǎn)足負(fù)載要
求。決定功率的主要因素是主回路逆變電路的功率器
件。通用變頻器應(yīng)用最多的是IGBT，其開(kāi)關(guān)元件發(fā)熱
少、高載波控制、采用溝道型柵極技術(shù)、體積較小，應(yīng)用
此功率器件可提高防爆變頻器的功率等性能，現(xiàn)國(guó)外
已有耐壓5000V、電流1200A的IGBT，適用1140V的
電網(wǎng)。只要對(duì)驅(qū)動(dòng)和控制回路進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，處理好
高電能的整流、逆變，以及處理信息的收集、變換和傳
輸，就可解決功率和控制等一系列問(wèn)題。
4 發(fā)展趨勢(shì)
(1)單元串聯(lián)多電平技術(shù)在諧波、效率和功率因
數(shù)等方面存在諸多優(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。其中三電平控制具有解決電器元
件耐壓不高的問(wèn)題、適合高電壓大功率，對(duì)電機(jī)等負(fù)載
絕緣沖擊小等優(yōu)點(diǎn)。這種變頻器可適用普通的高電壓
電動(dòng)機(jī)負(fù)載，雖然這種主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)使器件數(shù)量
增加，但驅(qū)動(dòng)功率小，開(kāi)關(guān)頻率較低，系統(tǒng)在效率方面
有較大優(yōu)勢(shì)，由于是模塊化，維修也比較方便。
(2)采用微機(jī)控制技術(shù)可以對(duì)變頻器進(jìn)行控制和
保護(hù)，其控制方面為：①確定開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)
問(wèn)，使逆變器輸出要求的電壓；②不同的編碼實(shí)現(xiàn)多種
調(diào)速功能；③可完成多種自診斷保護(hù)方案，保護(hù)功能包
括主回路、控制回路的欠壓、過(guò)壓保護(hù)；欠電流、過(guò)電流
保護(hù)；負(fù)載及逆變器的過(guò)載保護(hù)；過(guò)熱及失速保護(hù)等。
(3)近年來(lái)，國(guó)外一些公司在研制新型無(wú)電網(wǎng)污
染的高壓變頻器。據(jù)報(bào)道，這類(lèi)裝置具有高功率、高效
率、無(wú)諧波污染、無(wú)需專(zhuān)用電機(jī)等優(yōu)點(diǎn)，采用多項(xiàng)先進(jìn)
技術(shù)：①逆變器直流側(cè)通過(guò)曲折變壓器移相實(shí)現(xiàn)脈波
整流，使諧波擬制能力提高，使電網(wǎng)側(cè)電壓與電流幾乎
無(wú)相移，功率因數(shù)接近1；②全數(shù)字化光纖控制技術(shù)的
應(yīng)用，使其可靠性大大提高；③功率單元標(biāo)準(zhǔn)化、IGBT
驅(qū)動(dòng)電路智能化。
隨著變頻技術(shù)的日趨完善，煤礦技術(shù)改造和設(shè)備
更新?lián)Q代及在節(jié)能和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化方面都取得了明
顯的效果，必須大力推廣先進(jìn)變頻技術(shù)及發(fā)展礦用變
頻器，使國(guó)產(chǎn)防爆變頻器早13走向世界市場(chǎng)。
收稿日期：2009—01—05
(上接第l2頁(yè))
夠有效地監(jiān)視到掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)的巷道斷面情況，可以利
用圖像點(diǎn)陣式液晶模塊對(duì)掘進(jìn)機(jī)工作情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，
并顯示出掘進(jìn)機(jī)截割頭相對(duì)于整個(gè)工作面的位置，從
而完成對(duì)掘進(jìn)工作面的斷面情況監(jiān)視，節(jié)省因斷面不
整而附加的大量支護(hù)材料，節(jié)省時(shí)間并提高工作效率。
3．3 掘進(jìn)機(jī)的遙控設(shè)備
結(jié)合掘進(jìn)機(jī)斷面監(jiān)視的使用，在掘進(jìn)機(jī)的操作方
式上，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作和本機(jī)操作的結(jié)合，這樣在
一定程度上改善了工人的工作環(huán)境。遙控設(shè)備在我院
的EBH一132型掘進(jìn)機(jī)上已經(jīng)使用，并取得了較好的
效果。然而，現(xiàn)在的遙控器在功能上還存在一些不足，
為了使操作人員能夠及時(shí)地掌握掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，
應(yīng)在發(fā)射機(jī)單發(fā)、接收機(jī)單接的基礎(chǔ)上改進(jìn)為雙向收
發(fā)功能，使PLC的狀態(tài)及時(shí)反映到遙控設(shè)備中來(lái)，操
作人員能及時(shí)了解操作結(jié)果和機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，這樣
會(huì)使掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程操作取得更好的效果。
4 結(jié)語(yǔ)
隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)和信息化管理時(shí)代的到來(lái)，掘進(jìn)
設(shè)備中將會(huì)融人更多先進(jìn)的控制和監(jiān)視手段。掘進(jìn)機(jī)
電氣控制隨著電氣技術(shù)的發(fā)展而迅速進(jìn)步，并將成為
掘進(jìn)機(jī)科技含量最高和技術(shù)創(chuàng)新最快的部分。
參考文獻(xiàn)
[I] 孫寶良，王建，王小斌．AM一50型掘進(jìn)機(jī)電控設(shè)備發(fā)展?fàn)顩r[J]．
煤炭技術(shù)，1999(6)．
f2] 張波，郭曉瑋．試論掘進(jìn)機(jī)電氣系統(tǒng)[J]．采掘機(jī)械化，2004(1)．
收稿日期：2009一lO一14
作者簡(jiǎn)介：張波(1978一)．男．工程師．碩士研究生．主要從事煤礦電氣自動(dòng)化研
究設(shè)計(jì)工作。

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