矿用隔爆兼本质安全型交流变频器介绍

 一、应用领域

（1）、适用于煤矿井下1140V电压等级刮板运输机、带式机输送机、乳化液泵、水泵、提升机、空压机、风机等设备的调速启动和运行。

（2）、针对低速大扭矩永磁同步电机，我们已经进行了近十年的技术储备，积累了大量的使用经验，我们设计的闭环矢量控制技术已实现了对低速大扭矩永磁同步电机的完美控制。

二、三电平变频器技术特点

1、 三电平变频器拓扑结构（采用IGBT钳位）

目前，我公司生产矿用防爆变频器采用三电平变频器，内置高性能DSP芯片，配以科学矢量控制算法，输出电压波形更近似于正弦波。

2、 三电平变频器主要特点

三电平变频器输出电压波形为叠加方波。波形更近似于正弦波，高次谐波分量三电平较二电平变频器显著降低，对电网及控制系统的电磁干扰应有明显改善。

2.1三电平变频器输出电压波形更接近正弦波，所以输出转矩明显增加。

2.2三电平变频器射出电压峰值较二电平变频器降低一半，实测最高电压峰值低于2000V,二电平变频器输出电压一般大于4000V，因此三电平变频器能有效的解决电机绕组绝缘击穿的问题。

2.3三电平变频无需增加LC设施

    由于三电平变频器输出波形已经近似正弦波，所以输出不需要增加其它多余设备来改善波形，这样现场应用时可省去输入、输出电抗器，降低了设备投入成本，减少设备占用面积和数量，简化了设备管理。

2.4三电平变频器EMC干扰显著减小

    三电平变频器输出波形明显改善，波形畸变有很大程度的降低，运行中不会产生较大的零序电流，对电网中其它设备影响很小。

2.5三电平变频器不会产生轴电流

    三电平变频器含有较小的高次谐波分量，不会再点击的轴承间产生较高的轴电压，不会出现轴电流。点击使用寿命明显增长，杜绝了由轴电流的设备损耗。

2.6 IGBT钳位的三电平拓扑结构

    我公司采用IGBT钳位的三电平拓扑结构，使零电位可控，可彻底解决零电位漂移而导致波形畸变的问题。（目前国内仅有极少数厂家也采用了三电平技术，但均为二极管钳位的拓扑结构，由于二极管参数极其不可控性，零电位漂移问题无法解决）。

2.7无传感器矢量控制技术

   采用无传感器技术，对多台电机驱动（集中或分散）的同步控制更加精准，可实现两台变频器同时驱动两台输出轴直接硬连接点击的反复正反转运行。

  结论:1140V三电平变频器输出波形更好，减少了对电网的谐波污染，延长了电机的使用寿命，减少了设备投入成本，控制性能更加优异。

三、现状分析

1、 目前国内1140V防爆变频器生厂厂家共计150余家（根据安标证查询统计），有能力生产400KV功率以上厂家共30余家。其实真正在国内市场被客户认可，具备竞争力的厂家不足20家，该20家被用户认可的企业又多数企业不具备核心技术的研发和生产能力，产品质量及售后服务很难有效保证。能自行生产变频器核心技术机芯的企业不足5家。

四、同类产品对比的技术优势

1、 主电路是采用IGBT钳位三电平结构，稳定性强，不但克服电压偏离问题，而且谐波畸变率低，功率因数高；

2、 主电路采用IGBT，不但驱动简单，而且发热量小，可靠性高；

3、 在吸收消化国外核心技术的基础上，再次创新，根据煤矿的实际使用情况和环境，底层修改，而不是简单的修改参数。

4、 拥有自己核心技术，对煤矿的适应性强。

结论:

        国内主要防爆变频器厂家主要为二电平输出变频器，控制方式多采用闭环控制方式，输入输出需要配置电抗器，我公司生产研发的变频器为IGBT钳位三电平变频器，采用无传感器矢量控制技术，输入输出不需要使用电抗器，技术水平领先于其他类别设备。

五、典型设备应用分析：

1、 刮板运输机

1.1刮板运输机要求其控制变频器的输出电缆长度较长，一般不低于30米。该输出长度一般只有三电平变频器方可实现，二电平变频器无法满足要求。即使变频器布置在靠近工作面，机头电机电缆长度一般也为50-100米，甚至更长，但机尾电机电缆需跨过工作面沿支架布置，长度一般不低于300-400米。

      如变频器采用二电平变频器，其理想输出波形为矩形方波，二电平变频器在增加输出电抗器的情况下，输出电缆长度不得超过100米，即便增加了输出电抗器或采用其他措施，如果想加长变频器的输出电缆长度，亦会因线路过长电缆感抗增加造成电机输入电压波形严重畸变。

1.2电机输入电压波形畸变会产生以下严重问题：

.电机输入电压峰值达到4.2KV,造成电机绕组绝缘击穿。

.电机三相输入电压严重不平衡，出现较高的共模电压、轴电流造成电机轴承损坏。

.电机转矩性变差，矢量控制精度降低，易发生机头、机尾电机功率不平衡造成断链事故。

1.3三电平变频器应用于刮板运输机的主要优势：

 .输出波形接近正弦波，输出电缆的传送距离增加，可达1000米；

.电压上升率dv/dt降低为二电平变频器的一半；降低了变频器的输出电压峰值，减小了对电机绕组的危害；

.改善了电机的转矩特性，解决了轴电流对电机轴承的影响；

.采用无速度传感器矢量控制，频率在0.5HZ时，能保证200%的额定转矩，并可以精确控制机头、机尾电机的速度和功率，能够实现机头、机尾电机在启动及运行过程中的功率平衡，从而避免断链和压煤事故的发生。

2、 皮带运输机

1.1为安全可靠的实现对多机驱动的大功率（永磁同步电动机）胶带输送机的控制、所配置的变频器必须具备以下功能及特点：

（1）必须具备精准的矢量控制功能，方便的实现多电机之间功率平衡，在启动（特点是重载启动）及运行过程中多台电机之间的电流差值应小于额定电流的1.5%。

（2）满足电磁兼容标准规定，降低对控制系统和电源的干扰。

（3）使电机产生较低的共模电压，防止电机绕组绝缘击穿，降低电机轴电流减少对轴承的损坏。

（4）谐波较低，电机损耗小，温度低（高温会对永磁同步机的使用寿命产生致命影响）。

    1.2三电平变频器应用于多电机驱动的大功率输送机的主要优势：

    （1）输出波形接近弦波，输出电缆的传送距离增加，可达1000米；

    （2）对于输出波形的改变，降低了变频器的输出共模电压，从而降低了变频器的输出电压峰值，减小了对电机绕组的危害；解决了轴电流对电机轴承的影响。

     （3）三电平变频器高次谐波成分远远降低，降低了对控制及通信系统的电磁干扰；

     （4）改善了电机的转矩特性，使得矢量控制变得更加精准，可以更好实现多台电机的功率平衡。

     （5）改善了电机升温问题，延长了电机的使用寿命。

3、煤矿风机变频调速装置

1.1用途

   A、用于煤矿掘进巷道局部通风机的手动、自动调速；

   B、用于掘进巷道局部通风机、手动瓦斯排放；

   C、接入煤矿KJ监控系统，实现局部通风机参数上传和远程控制，可实现远程开、停局部通风机，远程自动排放瓦斯；

   D、实现掘进巷道双风机的自动切换；

1.2功能

  A、实现双风机的自动切换；

  B、自动或手动调节风量；

   a.自动模式下根据迎头瓦斯含量及温度自动调节分量。

   b.手动模式下按加速或减速按钮调节分量。

 C、自动或手动排放瓦斯；

   a.自动模式下根据巷道口瓦斯含量自动调节风机风量。

   b.手动模式下按加速或减速按钮调节风量。

 D、远程控制功能；

      接入煤矿KJ监控系统，实现局部通风机参数上传和远程控制，可实现远程开、停局部通风机，远程自动排放瓦斯；

1.3特点

A、采用三电平拓扑结构，高次谐波分量远低于二电平变频器，对瓦斯传感器及KJ系统干扰较小，系统运行更加可靠。

B、采用自冷却方式，鉴于局部通风机连续工作的特点，取消变频器冷却风机，采取自冷却模式，大大提高了系统运行可靠性。

4、煤矿永磁滚筒变频控制

STYB系列永磁电动滚筒，创造性的运用先进的外转子永磁直驱技术，与智能控制系统相结合，革命性的抛弃了减速器、液力耦合器和联轴器等机械装置，使运输机直接驱动变为了现实。

5、 ZPJ150、100(Y)型矿用变频恒扭矩自动拉紧装置

1.1系统组成：ZPJ150、100(Y)矿用永磁变频恒扭矩自动张紧装置由1140V专用四象限防爆变频器、永磁同步电机、减速机、张紧绞车、钢丝绳、内部反馈系统、GLD-300型张力传感器、制动系统等组成。

1.2额定拉力：单股钢丝绳最大拉力150/100KN；要求启动拉力为额定运行时的1.2倍；启动完成后按照设定张紧力跟踪调节；留有与主机集控连接的以太网接口。

1.3电机悬停功能：在制动闸全部敞闸的情况下，装置可以实现电机零转速输出设定转矩；以保证皮带机运输系统张力变化时能够动态的跟随输送带的张力变化调整系统张立，快速的为输送带提供稳定的张紧力。

1.4张力调节反应时间；当输送带张力实测值超过设定值±0.2吨时，张紧系统在0.2S内必须开始反应。

1.5过张力保护:在张力传感器全部失效的情况下，系统仍具备过张力保护功能，可将变频器输出转矩限制在设定转矩的1.5倍以内。

1.6制动系统：输送带运输系统正常工作时，张紧装置制动系统始终处于敞闸状态，不参与任何控制。当上级电源断电时制动闸开始工作，防止运输系统因断电而失控。