CN104779816B - 掘进机截割电机用变频功率装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种掘进机截割电机用变频功率装置，包括隔爆电控箱，以及设置于所述隔爆电控箱内的变频功率模块，所述隔爆电控箱设置有侧门与前门，所述前门与所述侧门分别设置于所述隔爆电控箱两相邻侧壁上，所述侧门为可开合的铰链门，该侧门的铰链设置于所述前门的对侧壁边缘，所述变频功率模块包括侧门移动组件和柜内不动组件，所述侧门移动组件包括功率半导体器件，该侧门移动组件设置于所述隔爆电控箱的侧门所处的内壁上，所述柜内不动组件包括电容组件及控制电路，该柜内不动组件设置于所述隔爆电控箱内。该掘进机截割电机用变频功率装置体积小、功率密度高，方便井下维护。

Description

掘进机截割电机用变频功率装置

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是指一种掘进机截割电机用变频功率装置。

背景技术

掘进机是煤矿井下作业的重要设备，其通过主截割电机不断地破碎岩石。目前，主截割电机均采用变极对数的调速方法进行调速。变极对数调速方法通过改变电机定子绕组的接线方式来改变电机定子极对数，由此达到调速目的。此方法属于有级调速，其级差较大，导致掘进机的主截割电机无法获得平滑调速特性，不能满足掘进工作时对各种不同等级岩层的需求，影响生产进度。

采用变频调速控制主截割电机，可以有效解决掘进机主截割电机无法平滑调速切割岩层的问题。然而目前用于煤矿矿井下的变频器设备，由于环境因素，其使用受到制约，一方面，煤矿矿井下变频器需要将电子元器件及电路设备全部密封在隔爆腔体内，另一方面变频器中的电力电子器件工作时有功率损耗，会产生大量的热量，因此需要将热量散发出去。

但是，目前应用于矿井的通用隔爆变频器的两种主要散热方式，热管散热和水冷散热，二者均体积庞大，并且水冷散热还需设置水冷板及一套独立的水冷循环系统以满足变频器的散热需求。另外，由于变频器的隔爆外壳非常重，而且为满足矿井下现场完成维护等工作，现有隔爆变频器通常将柜体较为宽大，内部各结构部件分开安装在隔爆柜体的内墙壁，中间留有很大的维修空间，导致体积大，质量大，功率密度低。

为满足矿井下狭小空间，掘进机上各个功能单元有非常高的尺寸和重量限制。因此，普通隔爆变频器不能满足掘进机高功率密度同时兼顾可维修的需求，不能移植到掘进机电控箱内使用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种掘进机截割电机用变频功率装置，该掘进机截割电机用变频功率装置体积小、功率密度高，方便井下维护。

基于上述目的本发明提供的掘进机截割电机用变频功率装置包括隔爆电控箱，以及设置于所述隔爆电控箱内的变频功率模块，所述隔爆电控箱设置有侧门与前门，所述前门与所述侧门分别设置于所述隔爆电控箱两相邻侧壁上，所述侧门为可开合的铰链门，该侧门的铰链设置于所述前门的对侧壁边缘，所述变频功率模块包括侧门移动组件和柜内不动组件，所述侧门移动组件包括功率半导体器件，该侧门移动组件设置于所述隔爆电控箱的侧门所处的内壁上，所述柜内不动组件包括电容组件及控制电路，该柜内不动组件设置于所述隔爆电控箱内。

较佳的，所述隔爆电控箱的侧门的主体设置有具有隔爆与水冷散热功能的侧门水冷散热器。

较佳的，所述侧门水冷散热器内部开有冷却水流道，该冷却水流道与外部供水系统连接。

可选的，所述侧门移动组件包括所述侧门水冷散热器，以及铜散热衬板、绝缘栅双极型晶体管元件、整流二极管、放电电阻、L型低感复合母排、驱动电路组件、电缆转接架；所述铜散热衬板设置于所述侧门水冷散热器内侧表面，所述绝缘栅双极型晶体管元件、整流二极管和放电电阻均设置于所述铜散热衬板上表面，所述L型低感复合母排设置于绝缘栅双极型晶体管元件上表面，所述电缆转接架、铜散热衬板、驱动电路组件从后向前依次设置于所述侧门水冷散热器的内侧表面。

较佳的，所述整流二极管、绝缘栅双极型晶体管元件、放电电阻与L型低感复合母排通过铜排或电缆与所述电缆转接架连接。

可选的，所述柜内不动组件包括直流电容器、电容连接复合母排、母排接线块、控制电路组件、电流传感器、电缆固定夹、进出线电缆；所述直流电容器设置于所述隔爆电控箱中部，该直流电容器的接线端子朝向所述隔爆电控箱的前门放置，所述电容连接复合母排设置于所述直流电容器的接线端子上，所述控制电路组件安装在所述直流电容器的前侧，该控制电路组件的控制板朝向前门，所述进出线电缆安装在直流电容器的后侧，该进出线电缆出口端通过所述电缆固定夹固定，并穿过所述电流传感器连接外部电路，所述进出线电缆另一端连接所述电缆转接架。

较佳的，所述电容连接复合母排的右侧设计有正负交错搭接母排，该电容连接复合母排的搭接端朝向所述侧门移动组件。

较佳的，当闭合所述侧门时，所述L型低感复合母排与所述电容连接复合母排搭接到一起，并连接紧固到所述母排接线块上。

较佳的，所述驱动电路组件通过光纤连接到所述控制电路组件的控制板上，组成控制回路。

从上面可以看出本发明实施例提供的一种掘进机截割电机用变频功率装置，实现了在掘进机狭小的隔爆电控箱内设置体积小、高功率密度与快速可维护性同时兼顾的矿用变频装置。

附图说明

图1为本发明实施例掘进机截割电机用变频功率装置主视示意图；

图2为本发明实施例掘进机截割电机用变频功率装置俯视示意图；

图3为本发明实施例掘进机截割电机用变频功率装置侧门开启立体结构示意图；

图4为本发明实施例掘进机截割电机用变频功率装置侧门移动组件立体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1为本发明实施例掘进机截割电机用变频功率装置主视示意图，图2为本发明实施例掘进机截割电机用变频功率装置俯视示意图。如图1-2所示，在本实施例中，所述掘进机截割电机用变频功率装置包括隔爆电控箱1以及设置于所述隔爆电控箱1内的变频功率模块。其中，所述隔爆电控箱1设有前门101和侧门102。

图3为本发明实施例掘进机截割电机用变频功率装置侧门开启立体结构示意图。如图3所示，在本实施例中，所述变频功率模块包括侧门移动组件2和柜内不动组件3两部分。各部件依托隔爆电控箱1的内壁或者门铰链安装，形成高功率密度的变频功率装置整体。

在本实施例中，所述侧门移动组件2包括所述变频功率模块的功率半导体器件。该侧门移动组件2设置于在隔爆电控箱1的侧门102的内壁上。所述前门101与所述侧门102分别设置于所述隔爆电控箱两相邻侧壁上，所述侧门为可开合的铰链门，该侧门的铰链设置于所述前门的对侧壁边缘。开启侧门102，可方便的实现功率器件的维护工作，并无需留有维修空间，减小了变频功率装置整体体积。所述柜内不动组件3为所述截割电机用变频功率装置的电容组件及控制电路，其设置于所述隔爆电控箱101的前门侧的空间，靠近前门位置。便于开启前门101进行维护。

在本说明书中，定义隔爆电控箱1的前门101方向为隔爆电控箱1的前侧面，该前门101的对侧面为隔爆电控箱1的后侧面；侧门102为隔爆电控箱1的隔爆电控箱1的右侧面，侧门102的对侧面为隔爆电控箱1的左侧面。

图4为本发明实施例掘进机截割电机用变频功率装置侧门移动组件立体结构示意图。如图4所示，在本实施例中，所述侧门移动组件2包括侧门水冷散热器4、铜散热衬板5、绝缘栅双极型晶体管元件6、整流二极管7、放电电阻8、L型低感复合母排10、驱动电路组件11、电缆转接架9、进出水接口19。

在本实施例中，所述侧门移动组件2安装在隔爆电控箱1的侧门102上，该侧门102主体包括侧门水冷散热器4。侧门水冷散热器4集成了隔爆与水冷散热功能，其内部开有冷却水流道，该冷却水流道与隔爆电控箱1的侧门102上的进出水接口19连接，进而连接外部供水系统。

所述铜散热衬板5安装在侧门水冷散热器4的内侧表面，该铜散热衬板5上安装有温度继电器和铂电阻传感器，所述温度继电器和铂电阻传感器用于在功率模块温度超过预定温度时，发送信号给控制器，控制器控制变频功率装置停机。在本实施例中，所述绝缘栅双极型晶体管元件6、整流二极管7和放电电阻8安装在铜散热衬板5上表面。

所述侧门102主体为侧门水冷散热器4，不仅避免单独设置散热器增加体积与重量，并且配合铜散热衬板5，可有效降低绝缘栅双极型晶体管元件6工作结温，进而提高绝缘栅双极型晶体管元件6的电流输出能力。所述绝缘栅双极型晶体管元件6、整流二极管7和放电电阻8均匀地排列铜散热衬板5上，可有效利用所述铜散热衬板5与侧门水冷散热器4。

在本实施例中，所述绝缘栅双极型晶体管元件6为六个单管，均匀排列，构成三相逆变桥臂。在其他实施例中，所述绝缘栅双极型晶体管元件6也可为三个双管的绝缘栅双极型晶体管元件组成的三相逆变桥臂。

所述整流二极管7安装于铜散热衬板5上表面靠近门铰链位置，在本实施例中，所述整流二极管7为三个，构成三相整流电路。在其他实施例中，所述整流二极管7也可以为六个单管整流二极管7组成的三相整流电路。

在本实施例中，所述L型低感复合母排10安装在绝缘栅双极型晶体管元件6上表面，L型低感复合母排10的短边折弯面，设计有正负交错搭接母排。L型低感复合母排10长边与所述铜散热衬板5平行设置，安装于绝缘栅双极型晶体管元件6上表面。

所述整流二极管7、绝缘栅双极型晶体管元件6、放电电阻8与L型低感复合母排10件通过铜排或电缆与电缆转接架9连接，形成完整的三相整流逆变主电路。在本实施例中，变频功率模块既包括整流电路又包括逆变电路。

在本实施例中，所述电缆转接架9安装在侧门水冷散热器4内侧表面，位于所述侧门102的铰链与所述铜散热衬板5间，便于电缆整理，节省空间，不妨碍开启侧门102后对变频功率装置进行维护。

在本实施例中，所述驱动电路组件11安装在侧门水冷散热器4内侧表面，位于所述铜散热衬板5在设有所述电缆转接架9一端的对侧端。即所述电缆转接架9、铜散热衬板5、驱动电路组件11由后侧至前侧依次并列设置于所述侧门水冷散热器4内侧表面。

驱动电路组件11的电路接口朝向隔爆电控箱1内侧，便于与隔爆电控箱1不动组件3连接，形成控制电路。

在本实施例中，所述柜内不动组件3安装在隔爆电控箱1柜体内，包括直流电容器12、电容连接复合母排13、母排接线块18、控制电路组件14、电流传感器15、电缆固定夹16、进出线电缆17。

其中，所述直流电容器12安装在隔爆电控箱1中部，直流电容器12的接线端子朝前门101放置，方便连接所述电容连接复合母排13，开启前门101后维护方便，无需预留维护空间。

所述直流电容器12的后侧留有进出线电缆17的安装折叠空间，便于整理进出电缆17，并方便与侧门移动组件2的电缆转接架9连接。

所述电容连接复合母排13安装在直流电容器12的前端接线端子上。在电容连接复合母排13的右侧，设计有正负交错搭接母排，该电容连接复合母排13搭接端朝向侧门移动组件2，便于与上述L型低感复合母排10搭接。

在本实施例中，所述控制电路组件14安装在直流电容器12的前方位置，控制电路组件14中的控制板敞开朝向前门101，启前门101后维护方便，无需预留维护空间。

在本实施例中，所述进出线电缆17安装在直流电容器12的后侧，并使用所述电缆固定夹16固定所述进出线电缆17的出口端，该出口端穿过所述电流传感器15连接外部电路。所述进出线电缆17的另一端连接到侧门移动组件2的电缆转接架9上。

在本实施例中，侧门移动组件2的门铰链合上之后，所述L型低感复合母排10与所述电容连接复合母排13搭接到一起，并通过螺栓连接紧固到所述母排接线块18上。

所述驱动电路组件11通过光纤连接到所述控制电路组件14的控制板上，组成控制回路。

可见，本发明提供的掘进机截割电机用变频功率模块将功率半导体器件安装在隔爆电控箱的侧门内壁上，组成侧门移动组件，侧门内部设计冷却水槽，实现散热冷板功能，减小体积，提高功率密度，并可方便的实现功率器件的维护工作；变频器的电容组件及控制电路安装在隔爆电控箱内，组成柜内不动组件，靠近前面位置，便于从前门维护。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种掘进机截割电机用变频功率装置，其特征在于，包括隔爆电控箱，以及设置于所述隔爆电控箱内的变频功率模块，

所述隔爆电控箱设置有侧门与前门，所述前门与所述侧门分别设置于所述隔爆电控箱两相邻侧壁上，所述侧门为可开合的铰链门，该侧门的铰链设置于所述前门的对侧壁边缘，

所述变频功率模块包括侧门移动组件和箱内不动组件，

所述侧门移动组件包括功率半导体器件，该侧门移动组件设置于所述隔爆电控箱的侧门所处的内壁上，

所述箱内不动组件包括电容组件及控制电路，该箱内不动组件设置于所述隔爆电控箱内；

其中，所述侧门移动组件包括所述侧门水冷散热器，以及铜散热衬板、绝缘栅双极型晶体管元件、整流二极管、放电电阻、L型低感复合母排、驱动电路组件、电缆转接架；

所述铜散热衬板设置于所述侧门水冷散热器内侧表面，

所述绝缘栅双极型晶体管元件、整流二极管和放电电阻均设置于所述铜散热衬板上表面，

所述L型低感复合母排设置于绝缘栅双极型晶体管元件上表面，

所述电缆转接架、铜散热衬板、驱动电路组件从后向前依次设置于所述侧门水冷散热器的内侧表面。

2.根据权利要求1所述的掘进机截割电机用变频功率装置，其特征在于，所述隔爆电控箱的侧门的主体设置有具有隔爆与水冷散热功能的侧门水冷散热器。

3.根据权利要求1所述的掘进机截割电机用变频功率装置，其特征在于，所述侧门水冷散热器内部开有冷却水流道，该冷却水流道与外部供水系统连接。

4.根据权利要求1所述的掘进机截割电机用变频功率装置，其特征在于，所述整流二极管、绝缘栅双极型晶体管元件、放电电阻与L型低感复合母排通过铜排或电缆与所述电缆转接架连接。

5.根据权利要求1所述的掘进机截割电机用变频功率装置，其特征在于，所述箱内不动组件包括直流电容器、电容连接复合母排、母排接线块、控制电路组件、电流传感器、电缆固定夹、进出线电缆；

所述直流电容器设置于所述隔爆电控箱中部，该直流电容器的接线端子朝向所述隔爆电控箱的前门放置，

所述电容连接复合母排设置于所述直流电容器的接线端子上，

所述控制电路组件安装在所述直流电容器的前侧，该控制电路组件的控制板朝向前门，

所述进出线电缆安装在直流电容器的后侧，该进出线电缆出口端通过所述电缆固定夹固定，并穿过所述电流传感器连接外部电路，所述进出线电缆另一端连接电缆转接架。

6.根据权利要求5所述的掘进机截割电机用变频功率装置，其特征在于，所述电容连接复合母排的右侧设计有正负交错搭接母排，该正负交错搭接母排的搭接端朝向所述侧门移动组件。

7.根据权利要求6所述的掘进机截割电机用变频功率装置，其特征在于，当闭合所述侧门时，所述L型低感复合母排与所述电容连接复合母排搭接到一起，并连接紧固到所述母排接线块上。

8.根据权利要求6所述的掘进机截割电机用变频功率装置，其特征在于，所述驱动电路组件通过光纤连接到所述控制电路组件的控制板上，组成控制回路。