專利名稱：礦用隔爆型動態(tài)有源濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種濾波器，尤其是一種礦用隔爆型動態(tài)有源濾波 器，屬于濾波技術(shù)和濾波裝置類。
背景技術(shù)：
隨著計算機(jī)和微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，煤炭生產(chǎn)裝備的自動化和 信息化程度也不斷提高，其產(chǎn)品在煤礦井下得到了廣泛的應(yīng)用。而這 些先進(jìn)的電力電子設(shè)備在煤礦井下大量使用的負(fù)載絕大部分是非線 性的，非線性負(fù)載會產(chǎn)生很大的諧波電流并注入電網(wǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓 產(chǎn)生畸變。當(dāng)正弦波施加在非線性負(fù)載上時，電流就會變成非正弦波， 非正弦波電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，會使電網(wǎng)電壓也變成非正弦 波。對非正弦波做傅立葉級數(shù)分解，其中頻率與工頻相同的分量稱為
基波(通常為50HZ),頻率大于基波的分量為諧波。
日常用電環(huán)境中的電解、電鍍整流裝置，變頻器、直流調(diào)速器； 直流電源、充電器；電弧爐、感應(yīng)加熱設(shè)備；焊接設(shè)備；電氣化鐵路、 船舶電驅(qū)動；空調(diào)；節(jié)能熒光燈；不間斷的UPS電源(UPS)以及 計算機(jī)和外圍設(shè)備等；都是典型的諧波電源。
上述種種用電器在電網(wǎng)中產(chǎn)生的電網(wǎng)波諧波污染會嚴(yán)重干擾用電設(shè)備和系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并進(jìn)一步造成下列不良影響
加大線路損耗，使電纜過熱，絕緣老化，變壓器額定容量降低； 誘發(fā)電網(wǎng)諧振，導(dǎo)致過電壓和過電流，引起嚴(yán)重事故；電動機(jī)、發(fā)電 機(jī)、變壓器產(chǎn)生振動和噪音，呆滯，損耗加大，絕緣老化。對于安全 生產(chǎn)尤為重要的煤礦井下生產(chǎn)來說，由于電網(wǎng)諧波污染的產(chǎn)生源的普 遍性，所以任何煤礦井下安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控及各種保護(hù)裝置的誤動或 拒動，就會導(dǎo)致區(qū)域性停電事故，嚴(yán)重影響礦井的安全生產(chǎn)。這類井 下事故的主要表現(xiàn)為
影響井下通風(fēng)正常，電話打不通；
中性線電流過大，造成發(fā)熱甚至火災(zāi)；
損壞電網(wǎng)中的敏感設(shè)備；
使電力系統(tǒng)中各種測量儀表誤差增加，甚至無法工作；
對通訊、電子類、自動控制設(shè)備生產(chǎn)嚴(yán)重干擾。
目前，為了解決煤礦井上、井下的諧波電網(wǎng)污染，普遍采取的治
理方案是加電力濾波裝置，這些濾波裝置大多是用電容和電感組成各
種低通和高通濾波裝置，這些濾波裝置的缺點(diǎn)是
(1) 被動型，沒有預(yù)檢測功能，故達(dá)不到完整的治理功能；
(2) 靜態(tài)型，只對系統(tǒng)靜止的諧波進(jìn)行治理，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時動 態(tài)跟蹤治理；
(3) 效果差，主要是因?yàn)闆]有對癥下藥，故一般為虛設(shè)。 目前市場上還有一種叫電源波形矯正濾波器，實(shí)際上工作原理與
上述差不多，它是將低通與高通濾波結(jié)合在一起的濾波器，在吸收諧波的效果上要比單一低通濾波器或單一高通濾波器有明顯的改善，但
是治理效果還是達(dá)不到<5%以下的國家標(biāo)準(zhǔn)。同時，電源波形矯正濾 波器雖然在材料上采用了納米晶合金材料，這僅解決了元器件的質(zhì)量 和壽命問題，沒從根本上解決治理問題。經(jīng)本發(fā)明人在暗斜井絞車變 頻調(diào)速電控系統(tǒng)中應(yīng)用，效果不明顯。
隨著國內(nèi)外新技術(shù)的發(fā)展，動態(tài)有源濾波器也已問世，西門子、 ABB、施耐德、曼斯塔等公司均有產(chǎn)品，其工作原理是用新型的IGBT 模塊與微機(jī)集成電源逆變裝置，產(chǎn)生與諧波同電位，同電流大小，但 相位相反的電流，以抵抗諧波電流，這類有源動態(tài)濾波裝置效果要比 前者大大明顯。
但此類產(chǎn)品目前一般是在地面使用，而諧波產(chǎn)生最嚴(yán)重、最大量 的煤礦井下沒有得到應(yīng)用，究其原因有四個
1、 井下環(huán)境惡劣，要求安全防爆，而目前的動態(tài)有源濾波裝置 都不防爆，不能在井下應(yīng)用；
2、 濾波器所用大功率IGBT的散熱問題解決不了；
3、 抗干擾能力差。此類濾波器的工作頻率多在6-9KHZ，用在 地面可以，用在井下不行，井下的高頻干擾高于這個頻段；
4、 工作電壓低，只有380V，而煤礦井下的電壓為660V以上。 這些不足之處直接影響了有源動態(tài)濾波器在煤礦井下的使用。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型發(fā)明的目的旨在提出一種能在井下安全使用的有源 動態(tài)濾波裝置，既達(dá)到井下機(jī)電設(shè)備的防爆要求，也使電網(wǎng)諧波污染直接在用電設(shè)備的區(qū)域源頭上解決，使其解決的效果達(dá)到5%以下的 國家標(biāo)準(zhǔn)。
這種礦用隔爆型動態(tài)有源濾波器，包括組成有源濾波器的預(yù)充電 限流電路、接觸器、高頻電感、IGBT PWM逆變橋、直流電容器，紋 波電流濾除模塊以及檢測和控制電路，以及保護(hù)逆變橋的散熱機(jī)構(gòu)， 其特征在于
A、 所述的濾波器設(shè)于一鋼板焊成的隔爆箱體內(nèi)；
B、 所述逆變橋配置著一個由熱管和散熱片以及散熱風(fēng)機(jī)構(gòu)成的 散熱裝置，其中的熱管為一內(nèi)腔壁橫截面呈梯形毛細(xì)管狀的紫銅管， 并且該熱管與地面的夾角成近90。設(shè)置；
C、 在由預(yù)充電限流電路、接觸器、高頻電感、IGBTPWM逆變橋、 直流電容器，紋波電流濾除模塊構(gòu)成的濾波器的輸出端設(shè)有一自偶變 壓器。
根據(jù)以上技術(shù)方案提出的這種礦用隔爆型動態(tài)有源濾波器，由 于通過將濾波器的主體設(shè)于鋼制的箱體內(nèi)解決防爆問題，同時又通過 散熱機(jī)構(gòu)的改進(jìn)，使散熱的效果提高三倍以上，既解決了大功率逆變
器的散熱問題，實(shí)際上也從另 一側(cè)面提高了整個濾波器的防暴性能；
另外，由于在整個濾波電路的輸出端增設(shè)一個自偶變壓器以達(dá)到設(shè)用
于井下660V 1140V電壓配套問題。

圖1為本實(shí)用新型的主體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的側(cè)面圖；圖3為散熱機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)示意圖4為圖3的側(cè)示圖5為熱管散熱結(jié)構(gòu)；
圖6為熱管橫截面示意圖7為濾波器的電路原理框圖8為濾波電路圖。 圖中l(wèi)-隔爆箱體 2-散熱裝置2-l散熱風(fēng)機(jī)2-2熱管散熱機(jī)構(gòu) 2-21散熱片2-22熱管2-23基板3-濾波器4-預(yù)充電限流電路 5-接觸器 6-高頻電感 7-IGBT P麗逆變橋 8-直流電容器 9-電力斷路開關(guān)10-自偶變壓器 11-快速熔絲12-電磁接觸器 13-直流電容器14-逆變器組15-高頻電感器16-濾波器
具體實(shí)施方式
如圖所示的這種礦用隔爆型動態(tài)有源濾波器，它是對現(xiàn)有公知的 僅僅只能用于地面實(shí)用的動態(tài)有源濾波器的一種創(chuàng)造性改進(jìn)。這種改 進(jìn)主要體現(xiàn)在以下三方面
其一是，將濾波器主體設(shè)于一 12 16mm厚的鋼板焊成的隔爆箱體
內(nèi)；
其二是，給逆變橋配置著一個由熱管和散熱片以及散熱風(fēng)機(jī)構(gòu)成 的散熱裝置，其中的熱管為一內(nèi)腔壁橫截面呈梯形毛細(xì)管狀的紫銅 管，并且該熱管與地面的夾角成近90。設(shè)置；
其三是，在由預(yù)充電限流電路、接觸器、高頻電感、IGBT P簡逆變橋、直流電容器，紋波電流濾除模塊構(gòu)成的濾波器的輸出端設(shè)有 一自偶變壓器。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本實(shí)用新型
圖l、圖2給出的這種礦用隔爆型動態(tài)有源濾波器，它設(shè)有一個
由12 16mm鋼板構(gòu)成的殼體內(nèi)，在主體的上部及背側(cè)設(shè)置由散熱風(fēng) 機(jī)和熱管散熱機(jī)構(gòu)共同組成的散熱裝置，這種牢固的鋼體結(jié)構(gòu)才能理 想地實(shí)現(xiàn)該濾波器的防暴性能。
圖3 6給出的是應(yīng)用于本實(shí)用新型的一種熱管散熱機(jī)構(gòu)，該熱管 散熱機(jī)構(gòu)，雖然依然采用傳統(tǒng)的紫銅空心管作為熱管的散熱載體，但 是該紫銅熱管的橫截面呈梯形毛細(xì)管狀的管芯，并且該熱管與地面的 夾角成近90。。
根據(jù)以上技術(shù)方案提出的這種礦用變頻器的散熱結(jié)構(gòu)，雖然依然 采用傳統(tǒng)的紫銅制作的管材作為熱管，但由于將其內(nèi)腔的管壁結(jié)構(gòu)形 態(tài)進(jìn)行改造成毛細(xì)管芯以后，不僅繼續(xù)維持了熱管體的散熱功能，而 且，由于增大了熱管的散熱面積使熱交換的效率得以提高；同時散熱 機(jī)構(gòu)熱管的安裝中又將管體垂直于地面安裝，使處于熱管內(nèi)的流體能 獲得比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和安裝方式的管體中的流體大3倍的毛細(xì)泵力，因此 為最終加快散熱機(jī)構(gòu)的散熱效果提供技術(shù)支持。經(jīng)試驗(yàn)表明用同樣 直徑和長短的兩種內(nèi)芯結(jié)構(gòu)不一樣的管子(一種為傳統(tǒng)紫銅管、另一 種是內(nèi)壁為梯形芯管)，同時伸進(jìn)8(TC的水中，達(dá)到規(guī)定溫升速度的 時間明顯不同，帶毛細(xì)狀的熱管導(dǎo)熱速度比內(nèi)壁光滑的熱管快0.91s。
正是由于采用上述散熱機(jī)構(gòu)，并配備能進(jìn)一步幫助散熱片散熱的說明書第7/7頁 散熱風(fēng)機(jī)，因此對于保持大功率逆變器的正常工作提供了有力保障。 為了適應(yīng)礦山地面電壓和井下電壓的不同，在本實(shí)用新型的濾波器的
輸出端設(shè)有一 自偶變壓器。使其在井下能適應(yīng)660V生產(chǎn)用電的環(huán)境。 圖7 8是本實(shí)用新型的電路原理框圖和有源濾波器的工作電路 圖。該電路圖的設(shè)計沿用目前已公知的有源濾波電路。其設(shè)計的原理 是采用有源濾波補(bǔ)償技術(shù)來消除電網(wǎng)諧波，通過實(shí)時檢測非線性負(fù) 載產(chǎn)生的電流波形，分離出諧波部分，再通過IGBT逆變電路輸出等 同的諧波電流，以抵消負(fù)載諧波，確保從電網(wǎng)吸取的電流為正弦波， 實(shí)現(xiàn)諧波濾除功能。
斷路器合閘后，濾波器首先通過預(yù)充電電阻對直流母線的電容器 進(jìn)行限流充電，當(dāng)母線電壓達(dá)到設(shè)定值時，預(yù)充電接觸器閉合。三相 IGBT PWM逆變橋輸出電壓經(jīng)高頻電感模塊作用后輸出補(bǔ)償電流。 紋波電流濾除模塊主要用于濾除PWM開關(guān)過程產(chǎn)生的高頻紋波電 流，防止其進(jìn)入電網(wǎng)。
濾波器通過外部CT檢測負(fù)載電流送至控制電路的諧波分離模 塊，分離出負(fù)載電流中的各次諧波分量，作為給定值送到調(diào)節(jié)模塊， 濾波器實(shí)際輸出電流作為反饋值同時送到調(diào)節(jié)模塊，調(diào)節(jié)模塊的輸出 經(jīng)過PWM控制后產(chǎn)生IGBT的觸發(fā)脈沖。逆變器最終輸出對應(yīng)的補(bǔ) 償電流，實(shí)現(xiàn)諧波濾除功能。
權(quán)利要求1、一種礦用隔爆型動態(tài)有源濾波器，包括組成有源濾波器的預(yù)充電限流電路、接觸器、高頻電感、IGBT PWM逆變橋、直流電容器，紋波電流濾除模塊以及檢測和控制電路，以及保護(hù)逆變橋的散熱機(jī)構(gòu)，其特征在于A、所述的濾波器設(shè)于一鋼板焊成的隔爆箱體內(nèi)；B、所述逆變橋配置著一個由熱管和散熱片以及散熱風(fēng)機(jī)構(gòu)成的散熱裝置，其中的熱管為一內(nèi)腔壁橫截面呈梯形毛細(xì)管狀的紫銅管，并且該熱管與地面的夾角成近90°設(shè)置；C、在由預(yù)充電限流電路、接觸器、高頻電感、IGBT PWM逆變橋、直流電容器，紋波電流濾除模塊構(gòu)成的濾波器的輸出端設(shè)有一自偶變壓器。
專利摘要本實(shí)用新型介紹的一種礦用隔爆型動態(tài)有源濾波器，包括組成有源濾波器的預(yù)充電限流電路、接觸器、高頻電感、IGBT PWM逆變橋、直流電容器，紋波電流濾除模塊以及檢測和控制電路，以及保護(hù)逆變橋的散熱機(jī)構(gòu)，其特征在于A、所述的濾波器設(shè)于一鋼板焊成的隔爆箱體內(nèi)；B、所述逆變橋配置著一個由熱管和散熱片以及散熱風(fēng)機(jī)構(gòu)成的散熱裝置，其中的熱管為一內(nèi)腔壁橫截面呈梯形毛細(xì)管狀的紫銅管，并且該熱管與地面的夾角成近90°設(shè)置；C、在由預(yù)充電限流電路、接觸器、高頻電感、IGBT PWM逆變橋、直流電容器，紋波電流濾除模塊構(gòu)成的濾波器的輸出端設(shè)有一自偶變壓器。
文檔編號H02J3/01GK201142575SQ200720144378
公開日2008年10月29日 申請日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日
發(fā)明者焦維軍, 韓菊娣 申請人:上海地澳自動化科技有限公司