矿用隔爆型变频一体机的设计和分析

摘要

由于煤矿井下的采掘工作面条件恶劣，通道狭窄、采掘高度低、大型设备难以下井、工具短缺，生产设备运输、安装、维护困难，因此要求生产设备必须满足体积小、重量轻、系统故障率低、电磁干扰小、能耗少、系统成本低，以减小设备维护难度和生产成本。矿用隔爆型变频调速一体式电动机由于具备软启动功能、系统故障率低、能耗低、系统维护成本小的优点，完全满足煤矿井下的需求。
　　但是，在变频器和电动机整合成一体式产品以后，在温度设计上仍然存在一些难点。需要采用切实可行的设计方法来保证变频一体机各部位的温度在可接受范围内。然而，矿用隔爆型变频一体机温度计算方法的研究在国内还是空白，有必要对矿用隔爆型变频一体机的温度计算方法进行深入研究。
　　本文的目的是以3300V1200kW矿用隔爆型变频一体机为原型，研究变频一体机的设计和各部位的温度场有限元计算方法，而且尽量避开复杂、繁琐的理论推导和大量的试验室验证，使其更适合在工厂内推广使用。
　　本文以3300V1200kW矿用隔爆型变频一体机为原型，重点针对一体机的温度场分析进行了研究，构建了一体机冷却结构，设计了其电动机模型、变频器主电路结构，并对变频电机的损耗、散热系数和温度场进行数字仿真。根据仿真结果与实验数据的对比分析，可以发现最大实验偏差仅为5.5℃，完全满足工程需要，有力的验证了仿真计算结果的可靠性。通过以上研究，证明了本文所建立的仿真模型及仿真分析的方法是可靠、可行的。
　　根据样机型式试验结果，各观察点实际测量温度与上述方法分析计算得到的温度值比较接近，试验偏差均在可接受范围内，证明该方法是可行、有效的。在新的设计方法出现以前，该方法对工厂内的变频一体机设计和温度设计具有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

符号说明

第1章 绪论

1．1 课题背景及论文的研究意义

1．1．1 我国矿用电动机的发展水平及趋势

1．1．2 井下变频一体机的特点

1．1．3 矿用井下用变频一体机的发展和应用

1．2 国内外变频一体式电机关键技术研究

1．2．1 温度场计算的研究现状

1．2．2 电动机损耗研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 1200kW矿用隔爆型变频一体机的设计

2．1 感应电机设计方法

2．1．1 感应电动机结构尺寸计算公式

2．1．2 变频电机设计方法的特点

2．1．3 普通电机与变频电机设计方法的比较

2．2 三电平变频器设计

2．2．1 研究现状及特点

2．2．2 拓扑结构选择

2．2．3 二极管钳位变频器的电路拓扑

2．2．4 矿用隔爆型变频一体机逆变回路的优点

2．3 新型冷却结构设计

2．4 1200kW变频调速电动机的设计

2．4．1 变频电机的电磁设计

2．4．2 变频一体机的损耗计算

2．4．3 变频电机的仿真计算

第3章 矿用隔爆型变频一体机的仿真分析

3．1 变频一体机的内部流体分析

3．1．1 变频一体机的流体模型

3．1．2 计算软件选择

3．1．3 变频一体机流体场仿真

3．2 变频一体机温度场分析

3．2．1 热分析基础

3．2．2 温度场的基本方程

3．2．3 ANSYS中的热分析

3．2．4 导热系数

3．2．5 矿用隔爆型变频一体机的温度场仿真

3．3 试验对比

第4章 结论

参考文献

致谢