礦用變頻器應用相對其它變頻器較晚，但近五年來發(fā)展態(tài)勢迅猛，有各行業(yè)之首的趨向。最根本的原因在于落后的電氣設(shè)備滿足不了工業(yè)化生產(chǎn)的需要，陳舊的老設(shè)備效率低、能耗大，防爆行業(yè)發(fā)展中出現(xiàn)的技術(shù)問題亟待解決。同時，節(jié)能降耗、低碳排放是社會發(fā)展的客觀需要，國家對防爆行業(yè)的技術(shù)升級改造也十分重視。從“十一五”計劃至今，防爆行業(yè)技術(shù)發(fā)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(xiàn)越來越多的本土品牌，并且在標準接軌、行業(yè)需求把握方面具有極強的本土優(yōu)勢。

專家言論

韓菊娣：1982年黑科大畢業(yè)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(jīng)營所長。2002年退休后，創(chuàng)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(lǐng)所在團隊的技術(shù)人員開發(fā)了礦用大功率系列變頻器、高低壓軟起動器，并在國內(nèi)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(lǐng)導支持鼓勵下又創(chuàng)辦了上海地澳自動化科技有限公司。她帶領(lǐng)所在技術(shù)團隊開發(fā)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(shè)備的調(diào)速與控制裝置及其系統(tǒng)的可靠性研究。其所研發(fā)的KDJR系列礦用隔爆兼本質(zhì)安全型交流變頻軟起動控制器被國家科技部列為創(chuàng)新基金項目。所有設(shè)備都取得了防爆合格證，礦用產(chǎn)品MA準用證及生產(chǎn)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(diào)的電源，這使其調(diào)速性能：高精度的轉(zhuǎn)矩、多機聯(lián)動時的功率平衡及雙閉環(huán)控制性能在電機的運行中得到了最佳的發(fā)揮。實踐證明：變頻器給電機節(jié)能、環(huán)保運行帶來了福音。

1998年底我們所研發(fā)成功礦用軟起動器后，就計劃開發(fā)礦用變頻器。99年10月，向院申報項目時，正值亞洲經(jīng)濟危機，同時煤礦又處在部局機構(gòu)調(diào)整中，故科研費下?lián)芎苌佟．敃r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(fā)變頻器還有許開誠同志，他是第一個吃“螃蟹”的人。他帶領(lǐng)唐山開誠的技術(shù)人員在研發(fā)，他們于2001年研發(fā)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(fā)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(jīng)費、技術(shù)、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(zhí)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(fā)展的大好局面。

防爆變頻器的誕生，帶動一批產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)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(guī)范和檢驗標準都不全，有的檢驗項目還沒有標準依據(jù)。時任防爆站的副站長張建同志收集了國內(nèi)外有關(guān)變頻器的技術(shù)資料和標準后初步編制了一份檢驗規(guī)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(guī)范，并在此基礎(chǔ)上升級了檢驗設(shè)備，增添了有關(guān)檢驗儀表，為生產(chǎn)防爆變頻器廠家的MA認證創(chuàng)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(xiàn)代電力電子技術(shù)及計算機控制技術(shù)的迅速發(fā)展，促進了電氣傳動的技術(shù)革命,交流調(diào)速取代直流調(diào)速，已大勢所趨。

據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)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?cè)萘渴?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(jié)能潛力的電機在我國至少有1.5億千瓦。在過去的幾年內(nèi)，我國變頻器市場保持著12%—15%的增長率，這個速度已經(jīng)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(nèi)，行業(yè)內(nèi)還將保持著10%以上的增長率?？紤]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(fā)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(yè)具有很好的發(fā)展空間。特別是煤炭工業(yè)領(lǐng)域，大功率的傳動機械中，風機、水泵占據(jù)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(qū)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(diào)速裝置主要用來對這類高壓電動機進行調(diào)速控制。

據(jù)統(tǒng)計，僅1987~1991年全國高壓電動機的總產(chǎn)量就達到38196.5MW，并且產(chǎn)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(chǎn)量達1000萬KW。從技術(shù)工藝、節(jié)能方面出發(fā)，變頻調(diào)速是性能最好、也是最經(jīng)濟合理的調(diào)速技術(shù)，所以高壓變頻器在煤礦行業(yè)中有很大的需求。

調(diào)整階段的煤礦市場
目前，煤礦市場雖處于結(jié)構(gòu)調(diào)整階段，但是這是煤炭生產(chǎn)向著更加集約、更加環(huán)保、價格更加合理方向發(fā)展，煤炭產(chǎn)品向著煤層氣、煤變油、潔凈煤及煤炭綜合利用方向發(fā)展，這些發(fā)展離不開高新技術(shù)、少不了變頻調(diào)速技術(shù)，主要依據(jù)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(jié)約能源法》第39條第2款規(guī)定：國家鼓勵節(jié)能技術(shù)，發(fā)展電機調(diào)速節(jié)能技術(shù)，逐步實現(xiàn)電動機、風機、泵類設(shè)備和系統(tǒng)的經(jīng)濟運行，提高電能利用率；

B、煤炭工業(yè)是國家經(jīng)濟命脈和能源安全的重要基礎(chǔ)工業(yè)。國家“十一五”扶植13個億噸礦區(qū)，500對1000萬噸的礦井，至2011年底僅有6個億噸礦區(qū)。2012年頒布的《煤炭工業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》明確提出：“加強科技創(chuàng)新，提升科技支撐能力，推廣先進適用技術(shù)，提高煤礦裝備現(xiàn)代化、系統(tǒng)自動化、管理信息化水平”；“推進煤礦重大裝備國產(chǎn)化，重點開展礦井新型輔助運輸裝備、礦井信息網(wǎng)絡(luò)自動化系統(tǒng)，以及關(guān)鍵元部件的研制及示范應用”；并要求“十二五”期間結(jié)合結(jié)構(gòu)調(diào)整，實現(xiàn)礦井綜合自動化，提升礦井安全生產(chǎn)能力；

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

以上法規(guī)為大功率礦用高、低壓變頻器的推廣應用提供了法律法規(guī)和政策依據(jù)。

2、新技術(shù)發(fā)展和應用助推礦用大功率高壓變頻器
為貫徹執(zhí)行《能源法》，我國煤炭開采領(lǐng)域經(jīng)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(shù)字化微電子綜合保護供電系統(tǒng)，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(xiàn)狀
目前，國外各大品牌的高壓變頻器生產(chǎn)商，已形成系列化產(chǎn)品。依據(jù)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(jù)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(jié)構(gòu)，分為高—低—高式、器件串聯(lián)兩電平式、三電平式、功率單元串聯(lián)多電平式等幾種。依據(jù)其所驅(qū)動的電動機的類型，可以分為同步電動機高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)和異步電動機高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)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(nèi)也有不少變頻器生產(chǎn)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(shù)，原因是國內(nèi)目前尚無礦用高壓變頻器的統(tǒng)一標準，同時也存在以下問題：

1、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)不足、技術(shù)積累太少
國內(nèi)現(xiàn)今比較活躍的高壓變頻企業(yè)大都是一些剛剛成立幾年或者從其他行業(yè)轉(zhuǎn)型過來的，在電氣傳動類產(chǎn)品上先天沒有技術(shù)積累，生產(chǎn)加工配套條件也沒有太大優(yōu)勢，所以其在產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量控制等方面，與國外大企業(yè)相比相差較大，這也造成了國產(chǎn)產(chǎn)品在產(chǎn)品穩(wěn)定性、產(chǎn)品與現(xiàn)場的適應性等方面存在這樣或那樣的問題。我國國內(nèi)高壓電動機的電壓等級與西方發(fā)達國家不太相同，國內(nèi)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(shù)，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(chǎn)品拿到國內(nèi)后往往無法適應國內(nèi)的高壓電動機，需做各種改造。因此國產(chǎn)高壓變頻器在這一方面具有一定優(yōu)勢。當前我國高壓變頻器處于市場開發(fā)的初期，市場競爭還不太激烈，隨著市場的進一步開發(fā)和拓展，競爭必將日趨激烈，有關(guān)廠家都在進行技術(shù)儲備，將現(xiàn)有的高壓變頻器的功能進一步細分，面向自身的優(yōu)勢行業(yè)和重點領(lǐng)域投入，為今后的市場開拓作充分準備。

2、企業(yè)規(guī)模小，抗風險能力和技術(shù)投入嚴重不足
在電氣傳動領(lǐng)域，國際上一些大型企業(yè)，如西門子、ABB、Rockwell等公司，其年營業(yè)額均在幾百億美元，而國內(nèi)電氣傳動領(lǐng)域最大的企業(yè)年營業(yè)額僅有幾十億人民幣，與國際知名企業(yè)同臺競爭，無論在企業(yè)信譽、產(chǎn)品、技術(shù)、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(shù)改造資金或企業(yè)自有資金不足的限制，故生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過程中流動資金占壓比較嚴重，資金周轉(zhuǎn)周期較長，而國內(nèi)現(xiàn)有的環(huán)境，對于一些民營企業(yè)，尤其是在成長中的民營企業(yè)來說，其資金來源除了企業(yè)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(chǎn)品市場的拓展和生產(chǎn)企業(yè)的快速成長。

井上與井下防爆變頻器
煤礦井上大型設(shè)備主要是：通、壓、排、提等四大件，其設(shè)備須符合《煤礦安全規(guī)范》（2011版）要求，不用防爆，但需要防護等級，一般在戶內(nèi)不低于IP23，戶外IP54；地面選煤廠，因煤炭粉塵也會產(chǎn)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(tǒng)控制涉及井上、井下設(shè)備，須要處理好井上不防爆設(shè)備與井下防爆設(shè)備的電隔離問題，通常要注意隔爆與非隔爆、隔爆與本安設(shè)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(shè)備，這些設(shè)備為變頻器的下游設(shè)備。變頻器的上游設(shè)備有：變壓器、各種開關(guān)等供電設(shè)備。對于上游設(shè)備，如各種開關(guān)類產(chǎn)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(nèi)防爆變頻器均為電壓型的正弦波脈寬調(diào)制方式，在變頻的同時又變壓，達到磁通恒定。所以開關(guān)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(shè)備中主要的設(shè)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(shè)Pt100測溫器件，以檢測電機瞬時溫度變化；

4、電子的轉(zhuǎn)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(fā)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(chǎn)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(fā)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(diào)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(xiàn)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(zhuǎn)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(zhì)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(yè)的工況，多數(shù)煤機制造廠要求變頻器廠家將電氣開關(guān)或電機能與變頻器組合在一起。所以，今后變頻器的發(fā)展是各領(lǐng)域技術(shù)的集合，如：變頻器與組合開關(guān)組合—變頻組合開關(guān)；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(chǎn)），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(chǎn)，又沒有現(xiàn)貨，無奈代理商又從韓國調(diào)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(lián)，就沒問題了。自97年8月全部調(diào)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(chǎn)品研發(fā)的團隊，團隊中有職稱的技術(shù)人數(shù)須3人以上，專業(yè)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(chǎn)防爆產(chǎn)品的能力，包括加工能力、工藝制造及管理能力；

5、企業(yè)資質(zhì)需齊全，并符合MA要求。

以上信息和要求，詳見礦用產(chǎn)品國家安標中心官方網(wǎng)站可獲得。

ABB：3300V/1140V/660V防爆變頻器 產(chǎn)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(shè)備的電機調(diào)速驅(qū)動；1140V防爆變頻器，主要應用于煤礦井下各類運輸皮帶等設(shè)備的電力調(diào)速驅(qū)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(zhuǎn)皮帶等設(shè)備的電氣調(diào)速驅(qū)動。   韓國收獲電氣：VD系列690V/90KW煤礦專用防爆銅基板簡裝經(jīng)濟型變頻器 產(chǎn)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(zhuǎn)矩響應，啟動時輸出150%轉(zhuǎn)矩；同步運轉(zhuǎn)控制；雙倍運轉(zhuǎn)控制；PID運轉(zhuǎn)控制。   偉肯：BPJ7-200/660礦用隔爆兼本質(zhì)安全型交流變頻器 產(chǎn)品特色：采用一體式設(shè)計，變頻器殼體內(nèi)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(guān)。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?？扉_門上設(shè)有觀察窗和按鈕，用于現(xiàn)場顯示和設(shè)置。   匯川技術(shù)：CM3000系列三電平防爆高壓變頻器 產(chǎn)品特色：該產(chǎn)品額定電壓為3300V、額定容量3000KVA，采用防爆水冷設(shè)計。該產(chǎn)品主要應用于煤礦刮板機驅(qū)動，具備體積小、高性能、諧波小、長線驅(qū)動能力等多個優(yōu)勢。 　　 英威騰：BPBT 400/1140型礦用隔爆型變頻調(diào)速器 產(chǎn)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(shù)，完成對整流與能量回饋的雙向控制，功率因數(shù)接近于1，實現(xiàn)真正的四象限運行。主回路采用單元模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計，以方便系統(tǒng)維護，且通過單元模塊并聯(lián)來組成不同功率等級的變頻器。