[发明专利]矿用高压变频器

说明书

技术领域

本发明涉及矿用高压变频器，更具体地是一种散热性能和隔爆性能得到综合改善的矿用高压变频器。

背景技术

在诸如煤矿的高危场合中，目前经常需要使用大功率电动机。而大功率电动机在起动期间的功率因数很低，电压波动明显，这将对电网造成极大危害。这种类型的破坏，会降低电网上其它电力设备的运行效率，降低设备的使用寿命；其次，当瞬变电压出现时，会使电动机产生震动、噪音以及过多的热量。同样，瞬变产生的浪涌，会使电网的用电效率严重下降，感性负载的电流损失增加。隔爆箱体内不断积聚热量使温度升高，使其功率模块过热超过可以承受的温度极限而损坏，影响正常工作。此外，一些矿井还存在井下环境温度过高和缺乏冷却水的问题，对大功率变频调速装置的散热提出了更严苛的要求。因此这些大功率变频调速装置的散热问题，是至关重要的。

因此，必须将变压器设计成能够耐受由高压和高温产生的不利影响。本领域中由此熟知的是，变压器通常非常大并且产生大量热，必须将热从变压器绕组导走以避免绝缘性能的过早劣化，热的传导通常是通过传热介质例如液体或气体的热传递或热交换来进行的。

CN201010518149公开了一种矿用隔爆型高压变频器，其包括一个隔爆兼本安型高压变频整流箱、一个隔爆高压变频逆变箱和一个隔爆兼本安型高压变频冷却器，以及热交换器，其中整流箱和逆变箱中还分别设置有水冷装置，整流箱和逆变箱内的水冷系统管路通过外置于隔爆壳体的不锈钢管道连接所述隔爆兼本安型高压变频冷却器的泵机柜的出水端和进水端，泵机柜与热交换器内的空气冷却器输入和输出端连接。在该专利文献中，散热装置仅仅是常规的冷却风扇，也没有披露绕组线的防护，难以满足大功率电动机的要求。

CN201010223229公开了一种可拆式井下高压防爆变频器，其包括隔离变压器、功率模块单元、控制系统和输出接线部分，隔离变压器、功率模块单元、控制系统和输出接线部分之间通过电缆或光纤连接，隔离变压器设置在第一隔爆箱内，控制系统设置在第二隔爆箱内，输出接线部分设置在第三隔爆箱内，功率模块单元按照相同相位的功率单元分隔成第一功率模块单元组、第二功率模块单元组和第三功率模块单元组，第一功率模块单元组、第二功率模块单元组和第三功率模块单元组分别设置在相互独立的第四隔爆箱和第五隔爆箱和第六隔爆箱内。该专利文献要解决的技术问题是使井下高压变频器具有隔爆功能并且可拆，没有提及散热功能的改进和绕组线的防护处理。

美国专利US2012268227A1号公开了一种变压器冷却系统，其中将冷却板或蒸发器设置在绕组芯的外表面上并且至少部分被绕组线包围，从而来进行导热。虽然这种嵌入冷却方式的冷却效率高，但是这种冷却方式导致装置制造复杂化，并且容易出现故障，例如当冷却器出现故障时，会导致绕组也随之停止运行。

此外，本领域中还已知的是，变频控制器和变压器的绕组线圈除了提供绝缘的主要功能外，还必须具有足够高的耐高温能力。通常，标准的绕组线包括导电材料金属丝，通常是铜，并涂覆有一层或多层耐高温的聚酯酰亚胺（PEI）型和/或聚酰胺酰亚胺（PAI）型清漆（即涂漆），但是这样的清漆往往导致耐局部放电的能力较差。

另外，在现有技术中，往往仅仅注重高压变频器散热性能或绕组线耐高温性能中一个方面的改善，而忽略了对其二者进行综合性能提高。进一步地，即使对于散热性能的提高，也是采用本领域常规使用的散热装置进行散热，散热效果有限，并且也没有考虑到隔爆箱体内瞬间产生热量积聚这样的特点，仅仅从提高散热效果方面进行改进，因此甚至对于散热性能较强的散热装置，有时也会由于瞬时热量没有得到及时逸散而使变频器绕组线或功率单元出现故障。此外，所通常使用的聚酯酰亚胺（PEI）型和/或聚酰胺酰亚胺（PAI）型清漆还往往导致耐局部放电能力较低。

因此，需要一种散热器散热性能和绕组线涂漆性能均得到提高的矿用高压变频器，使得既能够有效地将隔爆箱体内的热导出，又能够在隔爆箱体内瞬间产生大量热量积聚而导致散热器临时失效的情况下，也使移相整流变压器的绕组能够正常运行。

发明内容