矿用隔爆型变频一体机水冷结构设计及散热研究

摘要

矿井下环境不仅潮湿，而且空气中充满瓦斯、粉尘等可燃易爆的混合气体，普通结构的产品是无法应用的;只有把通用的电子元器件放置在一个符合防爆标准的特殊箱体中，才能允许和确保设备正常运作。而随着国民经济的快速发展，随着国内外节能技术的大力推广以及市场需求力的逐渐增大，变频技术在煤矿设备上也大量引进开发，据统计其节能可达到30％以上在一定的工作环境下。
　　目前在煤矿刮板机上传统控制方式就是使用异步电动机加组合开关、再利用液力耦合器、减速机等机械设备进行平衡和保护;而目前比较常用的是变频器+变频电机进行控制，取消液力耦合器，但变频器和变频电机都是独立的。而矿井下空间有限，安装、运输和调试苦难，这就需要设计的设备箱体在满足产品性能的前提下体积尽量小，重量尽量轻，功能也尽量全。本文所设计研发的矿用隔爆变频一体机是把变频器和变频电机整合在一起，上部是变频器，底部是针对变频器设计的变频电机，去掉了中间传输的电缆，实现了性能和尺寸上的合理匹配，同时提高了设备可靠性和使用寿命，是目前煤炭设备市场发展的趋势，将对我国的煤炭设备发展具有划时代的意义。
　　本论文所研究的是3300V1200kW变频一体机的水冷结构。首先对煤炭设备发展和煤炭市场进行了简要分析，同时对隔爆型一体机的隔爆性能和结构进行了介绍，对所使用的仿真软件ANSYS及其流体理论体系做了说明;然后阐述了损耗热量的散热途径，以及一体机的水冷结构方式和热量产生方式;其次利用传统计算方法对一体机水冷结构方面的流量和水道长度进行了传统计算，并与实际设计做了简要对比;最后建立了变频一体机的水冷结构散热模型，简化模型，运用仿真软件ANSYS Workbench中流体动力学分析模块对一体机的变频部分、电抗箱部分和电机部分的流体场进行了仿真计算，利用流体场分析结果得出各水冷区域的散热系数，导入各部分温度场仿真分析中，得出一体机各部分的温度分布图，最终理论仿真计算与实验数据计算结果进行对比，得到的结果是此水冷结构满足一体机散热要求，设计符合要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本选题的背景及意义

1．1．1 煤炭业界中机械设备的发展现状

1．1．2 机械设备的发展趋势

1．1．3 变频调速一体机的发展

1．2 防爆型式

1．3 散热概论

1．3．1 散热方式

1．3．2 普通隔爆设备的散热方式

1．3．3 矿用隔爆型变频一体机的散热结构

1．4 本文研究内容

第二章 隔爆型一体机的试验过程

2．1 试验方法说明

2．1．1 防爆试验

2．1．2 性能试验

2．2 试验需要采集的温度数据

第三章 隔爆型变频一体机水冷结构设计分析及损耗计算

3．1 一体机水冷结构分析

3．2 水冷结构的传统计算

3．2．1 流体力学中的概念简要

3．2．2 电机散热应用公式计算

3．3 一体机的损耗类型

3．3．1 电抗器内部损耗

3．3．2 电机内部损耗

3．3．3 变频器内部损耗

3．4 本章小结

第四章 隔爆型变频一体机的散热仿真

4．1 绪论

4．3．1 ANSYS Workbench软件介绍

4．3．2 流体动力学的三大基本方程

4．2 变频一体机的散热仿真

4．2．1 概述温度场的前提条件

4．2．2 一体机的流体场分布仿真

4．2．3 一体机各部分的温度场温度仿真

4．2．4 试验对比

第五章 结论

参考文献

致谢