通览矿用防爆变频器的发展历程 专家有话说
- 来源：中国工业电器网
- 2014/9/25 9:14:0127762
目前，国外各*的高压变频器生产商，已形成系列化产品。依据其变换方式可以分为交—交和交—直—交两类。其中，交—直—交高压变频器根据中间直流的处理方式，还可以分为电流源型和电压源型两类。而电压源型高压变频器又可依照其拓扑结构，分为高—低—高式、器件串联两电平式、三电平式、功率单元串联多电平式等几种。
依据其所驱动的电动机的类型，可以分为同步电动机高压变频调速系统和异步电动机高压变频调速系统两类。但是国外品牌公司没有煤矿井下用的防爆高压变频器。目前国内也有不少变频器生产商，其电压为AC10000V，但没有矿用防爆高压变频器。随着煤炭自动化水平不断提高，矿用变频器在煤矿井下也得到了广泛的应用。制造矿用变频器厂家也逐渐增加，但高压防爆变频器制造厂家，原因是国内目前尚无矿用高压变频器的统一标准，同时也存在以下问题：
1、产业基础不足、技术积累太少
国内现今比较活跃的高压变频企业大都是一些刚刚成立几年或者从其他行业转型过来的，在电气传动类产品上先天没有技术积累，生产加工配套条件也没有太大优势，所以其在产品技术开发、产品设计、产品生产质量控制等方面，与国外大企业相比相差较大，这也造成了国产产品在产品稳定性、产品与现场的适应性等方面存在这样或那样的问题。
我国国内高压电动机的电压等级与西方发达国家不太相同，国内高压电动机的额定电压大都是6KV和10KV，尤其近几年为了减少降压次数，煤矿直接用10KV下井，而国外高压电动机的高电压为4160V，所以国外某些大公司的产品拿到国内后往往无法适应国内的高压电动机，需做各种改造。因此国产高压变频器在这一方面具有一定优势。
当前我国高压变频器处于市场开发的初期，市场竞争还不太激烈，随着市场的进一步开发和拓展，竞争必将日趋激烈，有关厂家都在进行技术储备，将现有的高压变频器的功能进一步细分，面向自身的优势行业和重点领域投入，为今后的市场开拓作充分准备。
2、企业规模小，抗风险能力和技术投入严重不足
在电气传动领域，上一些大型企业，如西门子、ABB、Rockwell等公司，其年营业额均在几百亿美元，而国内电气传动领域大的企业年营业额仅有几十亿人民币，与企业同台竞争，无论在企业信誉、产品、技术、资金、服务体系等各方面均处于劣势。
3、融资渠道不畅
高压变频对煤矿而言都是一种高投入的项目，用户的采购往往会受到技术改造资金或企业自有资金不足的限制，故生产企业在生产过程中流动资金占压比较严重，资金周转周期较长，而国内现有的环境，对于一些民营企业，尤其是在成长中的民营企业来说，其资金来源除了企业自有资金、股东借贷或增资扩股外，其他渠道非常有限。上述几方面的问题非常不利于高压变频器产品市场的拓展和生产企业的快速成长。
井上与井下防爆变频器
煤矿井上大型设备主要是：通、压、排、提等四大件，其设备须符合《煤矿安全规范》（2011版）要求，不用防爆，但需要防护等级，一般在户内不低于IP23，户外IP54；地面选煤厂，因煤炭粉尘也会产生爆炸，所以要求隔爆型或隔爆兼本安型。
对井下防爆变频器须符合GB3836.1～4-2010标准，但严禁给变频器供电的变压器中性点接地，故多电平的矿用防爆变频器要处理好接地问题。另外，变频器好单独接地，不与其他电器共地，以减少干扰。如果系统控制涉及井上、井下设备，须要处理好井上不防爆设备与井下防爆设备的电隔离问题，通常要注意隔爆与非隔爆、隔爆与本安设备连接等隔离问题，否则既不如法也不安全。
防爆变频器相关变频设备
防爆变频器配套煤机有：采煤机、掘进机、皮带运输机、刮板运输机、提升绞车、无极绳绞车、卡轨车、猴车等辅助运输设备，这些设备为变频器的下游设备。变频器的上游设备有：变压器、各种开关等供电设备。对于上游设备，如各种开关类产品，建议其保护选择电流型，电压型不是不能用，要稍作改动。
目前国内防爆变频器均为电压型的正弦波脉宽调制方式，在变频的同时又变压，达到磁通恒定。所以开关中的保护若用电阻取样电压的，则在变频又变压过程中会受到干扰。干扰源是谐波干扰，这样的干扰，在取样电阻的两端并一个电容，让谐波有个通路，问题就可以解决。这是因为变频器的谐波虽≤4%达标，但未能做到无谐波，还是有少量谐波的，用电容可以滤掉。下游设备中主要的设备是电机，建议好用变频电机，这是佳方案，不管从哪方面都比较“和谐”。若考虑投资成本，则可让电机满足以下要求：
1、轴承选择抗绕度强的轴承，如：SKF轴承；
2、提高电机绝缘等级至H级，因H级电机耐温可至180℃；
3、在电机三相定子中埋设Pt100测温器件，以检测电机瞬时温度变化；
4、电子的转子选择一次铸成的工艺，以堵绝应力集中、集肤效应等情况发生；
5、带强制风冷，防护等级IP54。以上措施，用户可在订货时跟厂家提出要求。
为什么这么做，这是因为变频器在逆变过程中产生的共模电压，使变频器的输出不是完全的正弦波，致使电机发热，久之会降低负载能力和电机绝缘。2005年宁煤石嘴山二矿主扇上采用变频调速，当时运行中连烧7台电机。时任宁煤集团机电副总李品利同志特邀武汉院李书兴和我去现场了解情况。从烧毁的电机的痕迹上判断：西门子变频器没问题，电机轴承有问题，扫膛严重，且转子上压的铜条粗细不一致，拐角处有烧焦的痕迹。我在会上提出：西门子变频器没问题，不用质疑，电机好用变频电机，如考虑成本的话，只要电机满足上述5条，就没问题。后他们选用变频电机，至今运行正常。
鉴于煤矿地下作业的工况，多数煤机制造厂要求变频器厂家将电气开关或电机能与变频器组合在一起。所以，今后变频器的发展是各领域技术的集合，如：变频器与组合开关组合—变频组合开关；变频器与电机组合—变频电机；变频器与永磁电机组合—永磁变频电机等。
矿用变频器配套还要注意一个问题，就是矿用变频器用在需要四象限回馈运行的场合时，须注意势能位置，如果角度大于17°时，变频器运行时必须提升容量，通常为额定电流的2～2.5倍为准，否则因为回馈量大会殃及回馈单元和回馈电抗器等。
这个教训我在97年6月套用变频器改造西山煤电西铭矿运人的缆车电控项目上有过教训。当时缆车的工况是17°下山至中间汇车点10m长平台，然后再24°下山，到17路车站终点站，整个过程需2分4秒。当时，国外再生制动的变频器尚在中试阶段，90KW/380V的电机我们选择了能耗制动变频器（美国罗克韦尔公司生产），但因制动单元选了2台110A，合闸后不到2秒钟便炸掉了，当时因着急生产，又没有现货，无奈代理商又从韩国调来2台。然安上后一合闸没几秒钟又炸掉了。找出原因后我们将制动单元增加至3台并联，就没问题了。自97年8月全部调试正常后，至今已无故障运行16年了。