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　　礦用變頻器應用相對其它變頻器較晚，但近五年來發展態勢迅猛，有各行業之首的趨向。最根本的原因在于落后的電氣設備滿足不了工業化生產的需要，陳舊的老設備效率低、能耗大，防爆行業發展中出現的技術問題亟待解決。同時，節能降耗、低碳排放是社會發展的客觀需要，國家對防爆行業的技術升級改造也十分重視。從“十一五”計劃至今，防爆行業技術發展日新月異，礦用防爆變頻器的應用也日趨廣泛。

　　在今天，礦用防爆變頻已涌現越來越多的本土品牌，并且在標準接軌、行業需求把握方面具有極強的本土優勢。

專家言論

　　韓菊娣：1982年黑科大畢業分配至煤科總院上海分院電氣自動化所工作。94年后任電氣自動化所經營所長。2002年退休后，創辦上海申地自動化科技有限公司。在晉城礦務局的支持下，她帶領所在團隊的技術人員開發了礦用大功率系列變頻器、高低壓軟起動器，并在國內第一個建成了兩電機對拖四象限變頻器回饋的變頻器加載試驗裝置。2006年底，年已60歲的她第二次退休。2007年7月在煤礦部分老領導支持鼓勵下又創辦了上海地澳自動化科技有限公司。她帶領所在技術團隊開發了礦用1140V、630KW以上大功率變頻器，并首次將630KW/1140V四象限變頻器成功應用在國投新集劉莊煤礦大巷及順槽等多條下運皮帶上。

地澳韓菊娣：防爆變頻器的“前世今生”
注：上海地澳自動化科技有限公司自成立以來，一直致力于煤礦采、掘、運、電設備的調速與控制裝置及其系統的可靠性研究。其所研發的KDJR系列礦用隔爆兼本質安全型交流變頻軟起動控制器被國家科技部列為創新基金項目。所有設備都取得了防爆合格證，礦用產品MA準用證及生產許可證。

礦用變頻器不解之緣
　　變頻器的誕生給電機提供了一個頻率可調的電源，這使其調速性能：高精度的轉矩、多機聯動時的功率平衡及雙閉環控制性能在電機的運行中得到了最佳的發揮。實踐證明：變頻器給電機節能、環保運行帶來了福音。

　　1998年底我們所研發成功礦用軟起動器后，就計劃開發礦用變頻器。99年10月，向院申報項目時，正值亞洲經濟危機，同時煤礦又處在部局機構調整中，故科研費下撥很少。當時主管科研的院長說只能給2萬元，這點錢買IGBT模塊都不夠，無奈，只能放棄。

　　2002年3月我退休了，接了我們老院長的公司，把它改制后，第一個項目就搞礦用變頻器。當時，研發變頻器還有許開誠同志，他是第一個吃“螃蟹”的人。他帶領唐山開誠的技術人員在研發，他們于2001年研發成功取得了煤安證。我公司是2002年9月完成了MA認證。在我公司變頻器的發展中，晉城礦務局的機電總工、租賃站站長陳漢英同志給了我很大的支持，從經費、技術、試驗場地等各方面給予了全面支持；更可貴的，還是陳站長和他的團隊及各礦的同仁們那種鍥而不舍的執著精神，給了我很大的鼓舞，他們理解且包容我們的一次次失敗，又給了我們一次次的鼓勵和機會，晉城局成了當時大量使用礦用變頻器的中心，帶動了周邊各單位來參觀學習，這才有今天防爆變頻器發展的大好局面。

　　防爆變頻器的誕生，帶動一批產業和產品的提升。首先是我院防爆電氣檢驗站。當時變頻器剛出來，防爆站的檢驗規范和檢驗標準都不全，有的檢驗項目還沒有標準依據。時任防爆站的副站長張建同志收集了國內外有關變頻器的技術資料和標準后初步編制了一份檢驗規范，并在檢驗實施中逐條進行，成功一條，肯定一條，在實踐中不斷完善了檢驗規范，并在此基礎上升級了檢驗設備，增添了有關檢驗儀表，為生產防爆變頻器廠家的MA認證創造了條件，提供了方便。

　　2003年后變頻器得到了廣泛的應用。隨著現代電力電子技術及計算機控制技術的迅速發展，促進了電氣傳動的技術革命,交流調速取代直流調速，已大勢所趨。

　　據國家統計局統計，2002年我國消耗電力16200億度，其中有60%—70%的電能，約1萬億度被各種類型電動機所消耗。到2002年底，我國的各類電動機的總容量是5億千瓦，1億臺左右，85%是異步電機，其中只有不到2000萬千瓦的電動機是帶變頻器控制的。而帶變動負載，具有節能潛力的電機在我國至少有1.5億千瓦。在過去的幾年內，我國變頻器市場保持著12%—15%的增長率，這個速度已經遠遠超過了近幾年的GDP增長水平，而且預計至少在未來的5年內，行業內還將保持著10%以上的增長率。考慮到大約6%—8%的價格下降因素，我國市場上變頻器安裝容量（功率）的增長實際應在20%左右。按照這樣的發展速度和我國市場的需求計算，至少在10年以后市場才能飽和并逐漸成熟。因此，我國變頻器制造企業具有很好的發展空間。特別是煤炭工業領域，大功率的傳動機械中，風機、水泵占據主要地位，如：煤礦的排水泵和排風扇以及自來水供水泵等，驅動電動機多般功率在400~10000KW、電壓在6KV~10KV的大功率高壓交流電動機。高壓大功率變頻調速裝置主要用來對這類高壓電動機進行調速控制。

　　據統計，僅1987~1991年全國高壓電動機的總產量就達到38196.5MW，并且產量還在以10%的速度在年增加，1996、1997年兩年全國高壓電動機產量達1000萬KW。從技術工藝、節能方面出發，變頻調速是性能最好、也是最經濟合理的調速技術，所以高壓變頻器在煤礦行業中有很大的需求。

調整階段的煤礦市場
　　目前，煤礦市場雖處于結構調整階段，但是這是煤炭生產向著更加集約、更加環保、價格更加合理方向發展，煤炭產品向著煤層氣、煤變油、潔凈煤及煤炭綜合利用方向發展，這些發展離不開高新技術、少不了變頻調速技術，主要依據是：

　　1、國家政策需要礦用大功率高壓變頻器
　　A、《中華人民共和國節約能源法》第39條第2款規定：國家鼓勵節能技術，發展電機調速節能技術，逐步實現電動機、風機、泵類設備和系統的經濟運行，提高電能利用率；

　　B、煤炭工業是國家經濟命脈和能源安全的重要基礎工業。國家“十一五”扶植13個億噸礦區，500對1000萬噸的礦井，至2011年底僅有6個億噸礦區。2012年頒布的《煤炭工業發展“十二五”規劃》明確提出：“加強科技創新，提升科技支撐能力，推廣先進適用技術，提高煤礦裝備現代化、系統自動化、管理信息化水平”；“推進煤礦重大裝備國產化，重點開展礦井新型輔助運輸裝備、礦井信息網絡自動化系統，以及關鍵元部件的研制及示范應用”；并要求“十二五”期間結合結構調整，實現礦井綜合自動化，提升礦井安全生產能力；

　　C、為貫徹《能源法》，煤炭協會提出：“凡200KW以上電動機，均需高壓供電，以減少降壓次數”。

　　以上法規為大功率礦用高、低壓變頻器的推廣應用提供了法律法規和政策依據。

　　2、新技術發展和應用助推礦用大功率高壓變頻器
　　為貫徹執行《能源法》，我國煤炭開采領域經第十一個五年計劃后，井下供電布局：由地面及井口10KV和6KV、工作面1140V、大巷660V、選煤廠380V升級為：地面及井口10KV、大巷6KV、工作面3.3KV、選煤廠660V的全數字化微電子綜合保護供電系統，為煤礦使用3300V以上高壓大功率變頻器提供了安全供電保障。

大功率高壓變頻器現狀
　　目前，國外各大品牌的高壓變頻器生產商，已形成系列化產品。依據其變換方式可以分為交—交和交—直—交兩類。其中，交—直—交高壓變頻器根據中間直流的處理方式，還可以分為電流源型和電壓源型兩類。而電壓源型高壓變頻器又可依照其拓撲結構，分為高—低—高式、器件串聯兩電平式、三電平式、功率單元串聯多電平式等幾種。依據其所驅動的電動機的類型，可以分為同步電動機高壓變頻調速系統和異步電動機高壓變頻調速系統兩類。但是國外品牌公司沒有煤礦井下用的防爆高壓變頻器。目前國內也有不少變頻器生產商，其電壓為AC 10000V，但沒有礦用防爆高壓變頻器。隨著煤炭自動化水平不斷提高，礦用變頻器在煤礦井下也得到了廣泛的應用。制造礦用變頻器廠家也逐漸增加，但高壓防爆變頻器制造廠家屈指可數，原因是國內目前尚無礦用高壓變頻器的統一標準，同時也存在以下問題：

　　1、產業基礎不足、技術積累太少
　　國內現今比較活躍的高壓變頻企業大都是一些剛剛成立幾年或者從其他行業轉型過來的，在電氣傳動類產品上先天沒有技術積累，生產加工配套條件也沒有太大優勢，所以其在產品技術開發、產品設計、產品生產質量控制等方面，與國外大企業相比相差較大，這也造成了國產產品在產品穩定性、產品與現場的適應性等方面存在這樣或那樣的問題。我國國內高壓電動機的電壓等級與西方發達國家不太相同，國內高壓電動機的額定電壓大都是6KV和10KV，尤其近幾年為了減少降壓次數，煤礦直接用10KV下井，而國外高壓電動機的最高電壓為4160V，所以國外某些大公司的產品拿到國內后往往無法適應國內的高壓電動機，需做各種改造。因此國產高壓變頻器在這一方面具有一定優勢。當前我國高壓變頻器處于市場開發的初期，市場競爭還不太激烈，隨著市場的進一步開發和拓展，競爭必將日趨激烈，有關廠家都在進行技術儲備，將現有的高壓變頻器的功能進一步細分，面向自身的優勢行業和重點領域投入，為今后的市場開拓作充分準備。

　　2、企業規模小，抗風險能力和技術投入嚴重不足
　　在電氣傳動領域，國際上一些大型企業，如西門子、ABB、Rockwell等公司，其年營業額均在幾百億美元，而國內電氣傳動領域最大的企業年營業額僅有幾十億人民幣，與國際知名企業同臺競爭，無論在企業信譽、產品、技術、資金、服務體系等各方面均處于劣勢。

　　3、融資渠道不暢
　　高壓變頻對煤礦而言都是一種高投入的項目，用戶的采購往往會受到技術改造資金或企業自有資金不足的限制，故生產企業在生產過程中流動資金占壓比較嚴重，資金周轉周期較長，而國內現有的環境，對于一些民營企業，尤其是在成長中的民營企業來說，其資金來源除了企業自有資金、股東借貸或增資擴股外，其他渠道非常有限。上述幾方面的問題非常不利于高壓變頻器產品市場的拓展和生產企業的快速成長。

井上與井下防爆變頻器
　　煤礦井上大型設備主要是：通、壓、排、提等四大件，其設備須符合《煤礦安全規范》（2011版）要求，不用防爆，但需要防護等級，一般在戶內不低于IP23，戶外IP54；地面選煤廠，因煤炭粉塵也會產生爆炸，所以要求隔爆型或隔爆兼本安型。

　　對井下防爆變頻器須符合GB3836.1～4-2010標準，但嚴禁給變頻器供電的變壓器中性點接地，故多電平的礦用防爆變頻器要處理好接地問題。另外，變頻器最好單獨接地，不與其他電器共地，以減少干擾。如果系統控制涉及井上、井下設備，須要處理好井上不防爆設備與井下防爆設備的電隔離問題，通常要注意隔爆與非隔爆、隔爆與本安設備連接等隔離問題，否則既不如法也不安全。

防爆變頻器上下游
　　防爆變頻器配套煤機有：采煤機、掘進機、皮帶運輸機、刮板運輸機、提升絞車、無極繩絞車、卡軌車、猴車等輔助運輸設備，這些設備為變頻器的下游設備。變頻器的上游設備有：變壓器、各種開關等供電設備。對于上游設備，如各種開關類產品，建議其保護選擇電流型，電壓型不是不能用，要稍作改動。目前國內防爆變頻器均為電壓型的正弦波脈寬調制方式，在變頻的同時又變壓，達到磁通恒定。所以開關中的保護若用電阻取樣電壓的，則在變頻又變壓過程中會受到干擾。干擾源是諧波干擾，這樣的干擾，在取樣電阻的兩端并一個電容，讓諧波有個通路，問題就可以解決。這是因為變頻器的諧波雖≤4%達標，但未能做到無諧波，還是有少量諧波的，用電容可以濾掉。下游設備中主要的設備是電機，建議最好用變頻電機，這是最佳方案，不管從哪方面都比較“和諧”。若考慮投資成本，則可讓電機滿足以下要求：

　　1、軸承選擇抗繞度強的軸承，如：SKF軸承；

　　2、提高電機絕緣等級至H級，因H級電機耐溫可至180℃；

　　3、在電機三相定子中埋設Pt100測溫器件，以檢測電機瞬時溫度變化；

　　4、電子的轉子選擇一次鑄成的工藝，以堵絕應力集中、集膚效應等情況發生；

　　5、帶強制風冷，防護等級IP54。以上措施，用戶可在訂貨時跟廠家提出要求。

　　為什么這么做，這是因為變頻器在逆變過程中產生的共模電壓，使變頻器的輸出不是完全的正弦波，致使電機發熱，久之會降低負載能力和電機絕緣。2005年寧煤石嘴山二礦主扇上采用變頻調速，當時運行中連燒7臺電機。時任寧煤集團機電副總李品利同志特邀武漢院李書興和我去現場了解情況。從燒毀的電機的痕跡上判斷：西門子變頻器沒問題，電機軸承有問題，掃膛嚴重，且轉子上壓的銅條粗細不一致，拐角處有燒焦的痕跡。我在會上提出：西門子變頻器沒問題，不用質疑，電機最好用變頻電機，如考慮成本的話，只要電機滿足上述5條，就沒問題。后他們選用變頻電機，至今運行正常。

　　鑒于煤礦地下作業的工況，多數煤機制造廠要求變頻器廠家將電氣開關或電機能與變頻器組合在一起。所以，今后變頻器的發展是各領域技術的集合，如：變頻器與組合開關組合—變頻組合開關；變頻器與電機組合—變頻電機；變頻器與永磁電機組合—永磁變頻電機等。

　　礦用變頻器配套還要注意一個問題，就是礦用變頻器用在需要四象限回饋運行的場合時，須注意勢能位置，如果角度大于17°時，變頻器運行時必須提升容量，通常為額定電流的2～2.5倍為準，否則因為回饋量大會殃及回饋單元和回饋電抗器等。這個教訓我在97年6月全國第一套用變頻器改造西山煤電西銘礦運人的纜車電控項目上有過教訓。當時纜車的工況是17°下山至中間匯車點10m長平臺，然后再24°下山，到17路車站終點站，整個過程需2分4秒。當時，國外再生制動的變頻器尚在中試階段，90KW/380V的電機我們選擇了能耗制動變頻器（美國羅克韋爾公司生產），但因制動單元選了2臺110A，合閘后不到2秒鐘便炸掉了，當時因著急生產，又沒有現貨，無奈代理商又從韓國調來2臺。然安上后一合閘沒幾秒鐘又炸掉了。找出原因后我們將制動單元增加至3臺并聯，就沒問題了。自97年8月全部調試正常后，至今已無故障運行16年了。

防爆變頻器安全證書獲取條件
　　1、要有一支懂防爆產品研發的團隊，團隊中有職稱的技術人數須3人以上，專業等都有要求；

　　2、圖紙要符合GB3836.1～4-2010標準；

　　3、樣機與圖紙一致；

　　4、具有生產防爆產品的能力，包括加工能力、工藝制造及管理能力；

　　5、企業資質需齊全，并符合MA要求。

　　以上信息和要求，詳見礦用產品國家安標中心官方網站可獲得。

ABB：3300V/1140V/660V防爆變頻器 產品特色：3300V防爆變頻器，主要應用于煤礦井下綜采工作面的刮板輸送機等設備的電機調速驅動；1140V防爆變頻器，主要應用于煤礦井下各類運輸皮帶等設備的電力調速驅動；660V防爆變頻器，主要應用于煤礦井下盲井提升機、小型運轉皮帶等設備的電氣調速驅動。   韓國收獲電氣：VD系列690V/90KW煤礦專用防爆銅基板簡裝經濟型變頻器 產品特色：過電流保護、過電話保護、低電壓保護、變頻器過熱保護、過載保護、零序電流保護；對極具的負載變動做快速轉矩響應，啟動時輸出150%轉矩；同步運轉控制；雙倍運轉控制；PID運轉控制。   偉肯：BPJ7-200/660礦用隔爆兼本質安全型交流變頻器 產品特色：采用一體式設計，變頻器殼體內裝有變頻組件本體、應急工頻回路本體、電抗器、濾波器、隔離開關。變頻組件采用進口機芯，其中應急工頻、電抗器、濾波器可選配。熱管與防護罩組成變頻芯架小車，固定于殼體后法蘭，檢修時可從后部整體抽出，方便維修。快開門上設有觀察窗和按鈕，用于現場顯示和設置。   匯川技術：CM3000系列三電平防爆高壓變頻器 產品特色：該產品額定電壓為3300V、額定容量3000KVA，采用防爆水冷設計。該產品主要應用于煤礦刮板機驅動，具備體積小、高性能、諧波小、長線驅動能力等多個優勢。 　　 英威騰：BPBT 400/1140型礦用隔爆型變頻調速器 產品特色：BPBT中壓四象限隔爆變頻器，采用PWM控制的IGBT整流技術，完成對整流與能量回饋的雙向控制，功率因數接近于1，實現真正的四象限運行。主回路采用單元模塊結構設計，以方便系統維護，且通過單元模塊并聯來組成不同功率等級的變頻器。