[论文]科技支撑计划课题可行性论证报告课题三最终版.doc

国家科技支撑计划课题可行性论证报告所属项目:工业电机及典型泵阀节能关键技术研究课题名称：矿用电机系统节能技术研究课题编号: 2008BAF34B03课题承担单位：山西防爆电机（集团）有限公司（盖章）中华人民共和国科学技术部二八年八月课题信息表项目名称工业电机及典型泵阀节能关键技术研究项目组织单位中国机械工业联合会课题名称矿用电机系统节能技术研究课题编号2008BAF34B03课题承担单位信息单位名称山西防爆电机（集团）有限公司组织机构代码11077009-X所在地区山西省长治市单位性质企业 科研院所 大专院校 其他通讯地址山西省长治城北街防爆巷11号邮政编码046011联系人姓 名金唯伟性 别男职 务副总经理联系电话62570913传 子信箱参与单位序号单 位 名 称1上海电科电机科技有限公司课题起始时间2007年12月课题结束时间2010年4月实施年限2年半经费预算1050万元申请支撑计划拨款272万元其他财政拨款0万元单位自有资金778万元其他资金0万元论证日期2008年1月18日专家组长宋天虎创新类型原始创新 集成创新 引进消化吸收再创新研究内容（100字）研究系统的负载优化节能，矿用变频系统、开关磁阻系统冷却，矿用变频系统、开关磁阻系统的防护、隔爆，功率平衡，基于远程监控的系统的故障诊断等矿用传输系统中电机系统节能急需解决的关键技术。考核目标及技术经济指标（100字）根据市场和实际应用需要，分别开发一套矿用变频节能系统和矿用开关磁阻节能系统，使系统较单一电机传输系统节电1520%，并开展应用示范。产学研结合情况（100字）公司充分利用上海电科电机科技有限公司作为科研机构的技术、人才、信息等方面优势，与其共同开展科研攻关，并与高校建立人才培养和合作机制，从而为公司整合社会资源，提高科研能力，缩短研发周期、降低科研和经营风险起到了积极作用。课题、人才、基地统筹（100字）本课题主要采用产学研联合方式对本课题涉及的主要技术难点进行攻关和突破；建立一定规模的应用示范；引进先进技术，进行技术创新和集成；培养高素质的工程技术研究与管理人才，提升企业自主创新能力和技术进步。预期主要成果形式新装置，专利，软件登陆，应用示范，论文，技术标准预期知识产权分析（100字）本课题的完成，提高了矿用传输系统运行的可靠性和经济性，对于我国矿用传输系统的研制和生产将产生重大影响，可完成12项国内发明专利和4项国内实用新型专利的申请，申请相关技术计算机软件1项。预期取得的技术标准分析（100字）本课题的完成将使我国矿用传输系统技术在国际先进行列中占有一席之地，可完成矿用变频驱动节能系统测试评定、矿用开关磁阻节能系统测试评定相关技术国家标准草案稿2项。预期成果的作用形成自主研发能力 规模生产 试点示范推广应用 突破关键技术 其他专家论证意见申请单位所确定的研究目标和研究任务定位准确，符合课题申报指南的要求。其技术路线与实施方案合理可行，关键技术选择准确，有较突出的创新点。申报单位具有较好的本技术领域的研究基础和成果，应用技术优势较强。编 写 说 明1本研究报告由课题组织单位组织编写。2编写要求：（1）总体目标完整、集中、明确、可考核，要充分考虑经济、技术等方面的可行性；（2）研究任务和内容重点突出，课题设置合理，各课题之间关联度高；（3）技术路线清晰、技术关键点与创新点明确；（4）配套条件落实，明确与重大工程、基地建设及相关计划的衔接、配套；（5）管理措施具体，课题的管理方式等符合课题的特点；（6）经费预算根据充分，支出合理符合有关规定，配套经费落实。（7）相关证明文件等附件齐全。3报告涉及到外文缩写要注明全称。4本报告文本采用A4幅面纸，4号仿宋体字打印，标题用4号黑体字打印，一式十份，盖章后报项目组织单位，同时报送电子版本。课题可行性论证报告一、课题摘要本课题研究矿用传输系统中电机系统节能急需解决的关键技术，进而开发节能控制新产品并通过市场机制实现技术及产品推广。课题将研制包含4台变频驱动装置的矿用传输带综合节能控制系统，以及包含4台开关磁阻电机驱动装置的矿用传输带综合节能控制系统。系统具有自动功率平衡、远程监控、负载优化等功能，可达到15%20%的节电率。本课题的研究成果具有节能降耗，安全生产，延长电机、传送带等设备的使用寿命等多重功能，可应用于煤矿井下含有煤尘、瓦斯爆炸危险的环境中，符合煤矿安全规程。利用申报单位长期从事矿用产品研究开发和生产的有利条件开展示范工程，并进行推广。同时，与合作单位提出相关国家标准草案稿2项、申请专利6项、形成计算机软件1项、并发表相应技术研究论文。二、课题的意义和必要性具体阐述课题与国家需求的关系，落实纲要重点领域、优先主题的任务情况。国家重大工程、重大装备、引进吸收、部门或地方科技需求的结合度，预期成果对经济与社会发展或行业技术进步的支撑作用，国内外技术现状和发展趋势，市场需求分析。1、本课题的意义我国煤炭资源总量为5.6万亿吨，其中已探明储量为1万亿吨，占世界总储量的12%。按照发改委提出的“十一五”规划，通过行业整合组建13个大型煤炭基地，到2010年13个大型煤炭基地的煤炭产量达到17亿吨，形成56个亿吨级生产能力的特大型企业集团和56个5000万吨级生产能力的大型企业。可以预见，在今后相当长的一段时间内，煤在我国的一次能源中所占比重最大的地位不会改变。1）电机系统节能的意义目前世界各国科学技术都向绿色化、高效化、智能化方向发展。其中电机系统节能是二十一世纪经济和社会发展的必然趋势，我国已经意识到电机系统节能技术在全国经济社会发展中的重要作用。国家发展与改革委员会在2004年制定的中国“节能中长期专项规划”中已把高效节能电动机列入第十一个五年计划中的重点节能推广项目。在2006年7月国家发展改革委联合科技部、财政部、国家质检总局等8个部委发布的“十一五十大重点节能工程实施意见”中, 对于重点节能工程之一的“电机系统节能工程”，将“推广高效节能电动机、稀土永磁电动机、高效风机、泵、压缩机、高效传动系统等”作为十一五期间该节能工程的主要措施之一。2）煤矿运输系统节能的意义20实际90年代，我国已经成为世界上第一大产煤国，煤炭工业在国民经济和社会发展中具有重要地位和作用。在现代化矿井中，由于设备大型化，自动化水平较高，吨煤人工费用所占比例不大，而电费所占比例增加，要降低成本，增强竞争力，应重视利用现代智能控制技术节约能源。煤矿运输驱动系统是矿井六大系统之一（采煤系统、掘井系统、提升系统、运输系统、排水系统、通风系统），其主要特点是运行环境恶劣、安全可靠性要求高、电网电压不稳定、功率范围变化大等，所以，目前大部分矿井运输驱动系统采用的双速电机及软起动、液力偶合器、变频系统开环控制等都有其局限性，没有很好的将电机实际运行的工况和系统进行结合，只能在某一方面满足其要求；目前国外对于运输机早已采用皮带机变速驱动的节能控制技术，实现多台电机的闭环控制，在运行中可以实现多台电机的功率平衡。以满足实际工况中功率范围变化较大的要求，以避免大马拉小车，同时，专用设计的控制系统可以结合实际工况适时检测功率，使电机都运行在高功率区，达到系统节能的目的。3）该项技术推广的意义运输驱动也是广泛使用的场合之一，在粮食、化工等行业大量使用，将电机、控制技术、运行工况相结合进行系统节能技术研究是国内外技术发展的方向。在满足国家产业政策和国民经济发展需求的同时，改善能源紧缺和环境危机，提升行业的技术水平，和国际竞争力，带动本行业健康持续发展。2、国内外技术发展现状及趋势1）矿用变频系统节能技术国内外现状目前，皮带机在煤矿的生产中起着非常重要的作用。众所周知，皮带是一个弹性体，在静止或运行时皮带内贮藏了大量的能量，在皮带机起动过程中，如果不加设软起动装置，皮带内贮藏的能量将很快释放出去，在皮带上形成张力波并迅速沿着皮带传输出去。过大的张力波对皮带及皮带机架均有极大的破坏作用。在我国煤矿安全规程中有规定，带式输送机必须加设软起动装置，目前，我国的煤矿采用的软起动装置中小功率传输系统普遍采用调压软启动装置，但其不具备调速功能，大功率传输系统多采用液力偶合器。以下分析液力偶合器与变频系统的性能差异：、变频器调速的低速性能比液力偶合器具有明显的节能效果。、采用变频调速与液力偶合器比较可实现软起动，对电网和机械都没有冲击，可以降低用电配备容量，可节省增容费的开支，而且起动的全过程可以控制，启动点、爬坡时均可设置。、变频调速系统比液力偶合器的动态调节过程非常快，且调节时间可设置，可以实现精确控制。、变频调速比液力偶合器高功率因数运行范围宽。、变频调速系统比液力偶合器稳定性比较高，检修维护比较简单。、变频电机系统与液力偶合器比较可以方便的实现功率平衡功能。国外的大型煤矿已普遍将变频技术应用于煤矿的皮带机和刮板运输机,如DSK,WEST 等采矿集团已普遍采用变频控制的皮带机和刮板机,最大单机功率已达1000KW。近年来随着变频技术的发展,国内的一些煤矿也在逐步采用一些变频器,但是大都是一些200KW以下的单机功率，仅有少数企业使用400KW的矿用变频器，并且大多只采用全主控制模式，不能实现功率的平衡,节能效率和自动化程度不高。我公司在矿用电机系统节能技术研究上走在了行业的前列，先后为潞安矿务局，屯留矿业集团开发了变频电机传输系统，功率达到500kW，满足煤矿安全生产的需要，取得了良好的运行效果，带来了一定的经济效益，也为我公司在开发矿用变频系统节能提供了良好的实际经验；同时，得到客户认可，并获得了新的需求信息和订货要求。2）矿用开关磁阻系统节能技术国内外现状开关磁阻调速电动机是20世纪80年代出现的一种高性能机电一体化调速系统。这种新型的无级调速系统与感应电动机调速系统、直流电动机调速系统相比，具有许多明显的优点：电动机转子无绕组、无碳刷，也不加永磁体，无直流电动机整流子故障，维护量较小；系统启动电流小，启动和加速力矩大，每小时启动次数不受限制，可做不间断的连续启动和制动工作；系统在整个调速范围内，功率因数和效率都很高，且调控性能好；能够四象限运行，可实现再生制动，适合应用于煤矿生产的主要运输环节。近几年，交流变频技术发展较快，在煤矿中的应用不断扩大，但在某些方面的缺点也是必可避免的，如起动转矩不够大，机械特性较软，不能频繁起动等。而开关磁阻电机系统以其起动电流小，起动转矩大，可以频繁重载起动，维修工作量小等优势，完全适用于煤矿恶劣的工作环境。目前，国外英国SR Drives公司生产各种开关磁阻电动机及调速系统，但防爆型的开关磁阻电动机产品并没有生产。国内国外已经开始尝试应用大功率的SRD系统到煤矿生产中,但大功率开关磁阻系统应用到井下存在很多问题，如传感器容易损坏、冷却方式等，使得矿用大功率开关磁阻系统一直未能很好的使用和推广，而且拥有矿用SRD系统节能、功率平衡等技术的企业更是很少，该课题开发的SRD系统在国际上也属领先地位（详见查新报告）。3、本课题的市场需求分析目前，井下采矿区皮带传输机由于受环境条件的限制，普遍存在着欠载运行的现象，能源浪费非常严重。偶尔也出现皮带机过煤量较大，形成堆煤现象。因此皮带传输机合理地运行方式是适应过煤量，即过煤量大时速度快、过煤量小时速度慢，以便达到系统安全平稳运行的情况下，达到最大的能源利用率。皮带传输系统是保证现代煤矿高产、高效的主要设备。由于煤矿的特殊生产条件，皮带运输系统的运煤量是不均匀的，在轻载或无负载时，皮带运输机系统的高速运行对机械传动系统的磨损浪费较为严重，同时电能消耗也比低速运行时大得多。本课题集合井下皮带运输系统的具体情况和要求，研制开发矿用传输节能系统。此系统根据负载的大小来实时控制输入功率，使皮带处于最佳运行状态，此系统适用于煤量变化较频繁的系统，可大大节约电能，降低皮带运输系统的设备损耗，延长设备使用寿命，具有巨大的需求量。1）矿用变频系统节能的需求分析目前，我国在矿用运输系统中采用调速技术还比较少，市场潜力巨大。要降低我国煤矿产业的生产成本，减少能源消耗量，增强国际竞争力，应重视现代调速技术的应用和普及。随着煤矿向大型化方向发展，设备也向大型化、大功率化方向发展，因而对煤机设备提出了更高的要求。目前国内煤矿传输系统绝大部分电机系统经常工作于满电压、满速度，但不是满载运行，也有部分时间空载运行，这就造成了大量的能源浪费。这是因为电机系统只有在接近满载时才是效率最高、功率因数最佳。交流变频技术是借助于半导体功率器件对电能进行转换、控制和优化利用的技术，可使电机运行在较高的效率状态下，具有较好的节能效果，较早用于矿井提升机，并且迅速发展起来。交流变频调速在调节频率范围、动态响应、工作效率、节能效果、输出特性、可靠性、使用方便等方面都是以往所使用的液力偶合器调速等装置无法比拟的。矿用变频电机调速系统具有体积小、质量轻、工艺先进、通用性强、运行可靠性高等优点。应用变频系统的卓越调速性能，可使传输系统根据负载情况实时调整输入功率，使系统运行在高功率因数和电机运行于低损耗状态下，具有非常显著的节能效果；对转速和转矩的控制可以减少系统机械部分的张力，增加设备的使用寿命；可以减小电机及驱动系统的容量，降低用户在传输系统上的投资，对设备的安全运行也具有可靠的保证，在矿厂具有广泛的使用前景。2）矿用开关磁阻电机系统节能的需求分析面对开关磁阻电机系统优异的性能和巨大的市场需求，急需开展开关磁阻电机系统节能技术研究和相应的推广，但开关磁阻调速系统在煤矿场合的应用技术研究还有很多技术问题急需解决，是今后一个研究和发展趋势。通过本课题的开发，对矿用开关磁阻系统展开进一步研究和探索，解决目前开关磁阻电机系统的低速脉动、抗干扰性、防爆性能、大功率控制器的设计等一些技术难点，并形成一定的应用示范，为今后技术发展提供应用依据和试验数据，开拓矿用传输系统节能新领域。开关磁阻调速系统是由电子技术、控制技术及计算机技术与开关磁阻电动机相结合而发展起来的新型无级调速系统。近几年电力电子技术的蓬勃发展，加之控制技术及计算机技术日新月异的进步，使这种结构上最简单，可靠性高的电动机，在电气传动界异军突起，倍受国内外学术界和工程界的重视，目前已经成为电气传动研究热点之一，具有巨大的市场前景。开关磁阻电动机调速系统具有结构简单、制造成本低；启动性能好，启动力矩大、启动电流小，每小时起动次数不受限制；四象限控制方便，可实现再生制动；容错性能优，不怕长时间堵转，系统可靠性高；系统效率高，不仅在额定输出状态下有比其它电动机调速系统高的效率，而且在宽速范围内也能保持高效率运行，节能效果显著；适合在高粉尘、易燃、易爆等恶劣环境下运行，在矿井下应用前景十分广阔，可为提高煤矿井下电气传动设备的运行可靠性和延长其电动机使用寿命开辟一条新途径，对提高煤矿企业的经济效益、减少不安全因素和降低事故率具有重要意义。同时，开关磁阻电机系统，过载能力更强，起动性能非常好，很适合频繁起动的场合，可实现完美的传输功能和优异的节能效果。三、国内现有工作基础相关领域的试验及示范基地建设情况；课题相关的基本建设、技术改造、技术引进、国际合作、研究开发队伍等落实情况。本课题参加单位经过了多年的产品研发、生产和工程实践，已经在电机系统节能领域积累了丰富的技术和工程实施经验，并成功开发出了部分节能效果显著的产品，在示范基地建设、基本建设、技术改造、技术引进、国际合作、研究开发队伍、资金、实验、检测方面都具备了开发本课题的绝对优势。1、申报单位的工作基础1）示范基地建设我公司隶属于潞安矿业集团，长期从事矿用产品的生产，并为国内多家煤矿企业提供产品，取得了防爆合格证、生产许可证和多项产品的矿用产品安全证，具备了开展示范工程和技术推广的必要条件。煤矿安全生产意义重大，矿用产品的示范和推广工作的一大难点就是安全性、稳定性的保证。我公司在矿用安全生产上具有丰富的实际经验和相应的资质，并且一直在行业内具有较高的信誉，为本课题中开展示范工程提供了必要条件和坚实的安全保证。2）基本建设山西防爆电机（集团）有限公司，始建于1958年，主要从事各类电机、电器的研制和生产，山西省高新技术企业，是山西省“守合同重信用企业”，山西省企业技术中心，中国质量万里行回顾展览会荣誉企业，山西省质量信誉AA级标准，取得了GB/T19001 IDT ISO9001：2000质量管理体系认证证书，已经初步建成我国最先进的矿用防爆电机、矿用电器及其自动化产品科研、生产基地。先后开发了替代进口的大功率高压煤矿专用电机；国内首创的潜水高压贯流泵电机；高效节能的内馈无级调速电机；煤矿专用的大功率变频调速电机；高压大功率多回路的防爆开关控制柜等，可为本课题提供坚实的研究和产业化基础。3）主要技术改造、引进成果山西防爆电机（集团）有限公司经过半个世纪的发展历程，逐步形成了自己独有的产品特色，具有丰富的科技成果。近几年科技成果情况如下：2004年，我公司自主开发的MD1防爆电机获得“国家级火炬计划项目证书”；2005年，我公司自主开发的矿用YQW潜水电机获得“国家级火炬计划项目证书”；2006年，开发的YBSD700/250-4/8双速电机、YQW潜水高压电机、YB系列大中型高压防爆电机，因在“十五”期间，在新产品、新技术创新工作中做出了显著成绩，获得了山西省的表彰；20042007年，公司加大了对市场急需的电机节能系统、特殊电机以及矿用电器及自动化产品的开发力度。先后开发了具有自主知识产权的煤矿专用电机及大功率变频调速电机；开关磁阻电机及其控制设备；国内功率最大的630kVA防爆变频器；在我国首次推出的8SKC9215矿用隔爆兼本质安全型负荷中心；高压大功率多回路的防爆组合开关；国内首创的大型双向贯流泵用潜水高低压电机；高效技能的内馈无级调速电机等，并将这些产品成功应用于现场，取得了良好的节能效果，受到客户的一致认可。4）国际合作情况公司经过几十年的努力，实力逐步壮大，特别是近几年来，扩大和国外先进企业的交流、合作及技术引进，与德国博太科、劳尔公司、布劳尔公司建立了战略合作伙伴关系，并在某些行业和服务领域，如煤炭、石化、电力、水利、冶金等行业，产品覆盖全国三十个省、直辖市、地区。并远销德国、澳大利亚、巴西、巴基斯坦、意大利等国家和地区，企业已具有较强的研制、开发、生产各类电机和电器的能力，形成了自己的优势。本课题部分技术就是引进了国外先进技术，并采购部分国外产品进行集成和创新。5）研发队伍落实情况企业占地面积30万平方米，现有资产3亿元，连续4年销售额每年超过2亿元。现有员工2000人，其中技术人员150余人，高级技术人员近40人。公司具有高素质的技术创新团队和勇于创新、高效精干、科学化管理的领导班子；具有丰富的工程化研究开发经验。课题开展中，我公司正将主要的骨干技术人员投入到本课题中。6）科研条件落实情况公司具有电机生产所必需的、完备的试验检测手段。拥有大型VPI真空加压浸漆设备、数控精加工设备、计量中心、理化中心、大型试验站、中小型试验站、三防试验室、隔爆试验站。山西省质量技术监督局防爆电器产品质量监督检验站也设在我公司。上述这些实验条件都已投入到课题研究和测试中。 2、主要参与单位的工作基础1）基本建设上海电科电机科技有限公司是整合上海电器科学研究所（集团）有限公司电机分所的部分资源，组织成立的股份制有限公司，以便更好的服务于我国中小型电机行业。本公司的人员和组织结构继承了原有的上海电器科学研究所（集团）有限公司电机分所全部特种专用设计和电机系统节能技术以及电机检测设备开发研究人员，主要从事电机行业生产性服务业，包括各种特种、高效电机产品研发；特种、高效电机产品和试验方法相关标准的研究和咨询服务；电机检测设备开发研制；电机系统节能方案设计、电机系统节能效果评估；电机行业信息服务；电机企业管理咨询、质量认证服务等业务。上海电器科学研究所（集团）有限公司的电机分所是全国中小型电机技术归口单位、全国旋转电机标委会秘书处挂靠单位、中国电器工业协会下设的中小型电机分会理事长单位，一直承担着国家中小型电机技术研发工作，解决了行业内许多技术难题，目前市场上大部分产品是由上海电器科学研究所（集团）有限公司开发的，在我国电机技术产品发展的历史进程中做出了应有的贡献。自公司成立以来，已经在特种专用设计，电机控制技术和电机系统节能技术以及电机检测设备开发研究以及相关标准研究制订方面涉及的一系列共性技术问题展开了研究，取得了一定的研究成果，走在了国内其他企业的前面。2）科研条件落实情况该公司继承了上海电器科学研究所的有利科研条件，可以方便的实施低压电器、低压成套开关与控制设备、电机、绝缘结构等各类电器设备的安全和性能试验、电工电子类产品的气候环境试验、电气产品等设备的电磁兼容性测试。上述条件已经为课题开展提供了充足的科研条件。3）研发队伍落实情况上海电科电机科技有限公司在中小型电机领域中具有国内一流的研究开发和技术继承能力及结构合理的技术创新团队。本公司现有研发人员100多人，其中高级技术人员近35人，中级技术人员50多人，其中有多名长期从事特种专用电机设计、绝缘、工艺设计等的专家和学者。为了本课题的开展，我们公司先后引进了通信、自动控制、计算机及网络等专业的众多优秀人才，为电机及其系统节能技术的研发提供了合理的人员结构和技术保障。4）标准制修订落实情况上海电科电机科技有限公司为原上海电器科学研究所开设的子公司，其中大部分资源由上海电器科学研究所电机分所继承所得，包括参加标准制修订的研究工作。上海电器科学研究所电机分所为全国旋转电机标准技术委员会挂靠单位，一直紧跟国际技术发展和标准制定，坚持自主创新，始终处于行业领先地位。这为本课题的标准制定工作提供了有利条件和技术保证。四、课题总体目标，实施年限，年度计划安排与阶段目标，具体考核指标。1、课题总体目标本课题的主要目标之一：研制矿用传输带变频驱动节能系统节能产品。开发一套具有典型应用价值的传输系统以开展井下实际应用示范工程，该系统具有4台变频系统，确保矿井运输系统能比单一电机传输系统节能15%-20%；制定相关国标草案稿1项；申请相关专利23项。本课题的主要目标之二：研制矿用传输带开关磁阻节能系统节能产品。开发一套具有典型应用价值的传输系统作为示范工程，该系统由4台开关磁阻电机驱动系统组成，具有功率平衡、远程监控和负载优化等功能，系统综合节电率达到15%20%；制订相关国标草案稿1；申请相关专利23项；该装置将达到国际先进水平。本课题的主要目标之三：开发出矿用运输系统的宽范围负载模拟装置，以及由数据采集和处理系统、系统监控模块组成的系统运行控制和检测装置，为开发矿用电机系统节能产品提供试验模拟条件。222、实施年限，年度计划安排序号进度安排任 务第一年第二年第三年上半年下半年上半年下半年上半年1确定课题总体实施方案2变频器的防爆壳体初步设计3SRD控制器防爆壳体初步设计4调研并获得不同传输系统现场运行数据5变频器的防爆壳体,SRD控制器防爆壳体制造6防爆变频电机初步设计7SRD防爆电机初步设计8防爆变频电机，SRD防爆电机样机制造9负载优化控制算法研究10远程监控系统平台构建11系统节能技术研究及监控系统软件开发12开关磁阻控制关键技术研究13矿用运输系统的功率平衡技术的研究14变频器, SRD控制器水冷系统制造和试验15系统电机优化控制方法研究16矿用VSD系统组装，试验17矿用SRD系统组装，试验18监控系统硬件及部分功能调试19系统到用户进行试用和节能测试20监控系统联合调试21课题总结，验收3、课题各年度目标及考核指标各年度目标及考核指标如下表：年度目标考核指标第一年上半年1.课题方案总体的确定。2.变频器的防爆壳体初步设计。3.SRD控制器防爆壳体初步设计变频器的防爆壳体。4.SRD控制器防爆壳体制造。5.掌握传输系统运行工况。1.确定课题总体方案，形成课题开展计划书。2.完成变频器防爆壳体、SRD控制器防爆壳体设计和施工图纸，并通过壳体试验。3.系统优化控制分析。第一年下半年1.防爆变频电机初步设计。2.SRD防爆电机初步设计。3.防爆变频电机，SRD防爆电机样机制造。4.系统节能技术研究。5.开关磁阻控制关键技术研究。6.确定负载优化控制算法。1.完成防爆变频电机和SRD防爆电机设计。2.完成防爆变频电机，SRD防爆电机样机制造。3.收集大量矿用运输工矿运行数据，进行矿用运输系统工矿模拟。4.进行开关磁阻控制关键技术初步研究，建立部分仿真模型及试验电路板。5.完成软件平台结构设计。6.数据通讯总线确定。第二年上半年1.变频器, SRD控制器水冷系统制造和试验。2.系统节能技术研究。3.开关磁阻控制关键技术研究。4.矿用传输系统功率平衡技术研究。5.电机不同工况下的高效运行的研究。1.完成变频器, SRD控制器水冷系统制造，并同时试验检测。2.建立矿用运输系统节能仿真模型，进行初步试验。3.改善开关磁阻电机低转速下的转矩脉动情况，完成开关磁阻主要控制部分的设计和制作。4.进行矿用传输系统功率平衡技术初步研究，制订初步实施方案。5.找到影响电机高效运行的主要因素。第二年下半年1.系统节能技术研究。2.开关磁阻控制关键技术研究。3.矿用传输系统功率平衡技术研究。4.矿用VSD系统组装，试验。5.矿用SRD系统组装，试验。6.软件平台功能模块开发。7.远程监控系统硬件设计。8.监控系统初步联调。1.完成矿用运输系统的节能控制系统的开发。2.完成开关磁阻控制部分的设计，转速范围202000r/min。3.完成矿用传输系统功率平衡系统的开发，实现功率平衡功能。4.完成矿用VSD系统和矿用SRD系统的组装和试验。5.完成通讯模块、优化控制模块、系统监控模块的设计。6.监控系统硬件系统组建。7.部分功能实现。第三年上半年1.矿用VSD系统组装，试验。2.矿用SRD系统组装，试验。3监控系统联调。4.系统到用户进行试用和节能测试。5.课题总结，验收。1.进一步进行矿用VSD系统和矿用SRD系统试验，测试，调整，使系统性能达到设计指标。2.监控系统功能实现。3.进行用户试用，评定，系统运行良好，节能效果显著，达到设计指标。4.进行课题验收。五、课题的研究内容，课题设置方案，课题考核指标及承担单位选择方式。1、课题的研究内容1）系统负载优化节能技术的研究为了满足矿用传输系统电源不稳定，负载变化范围大的特殊工况，目前大都采用增加电机功率范围，能源浪费严重等问题，本课题将对电机系统节能技术进行研究。采集大量现场运行数据，并进行大量仿真模拟，根据电机系统的运行特性以及矿用传输系统的特殊工况，研究实现矿用电机系统节能的方法，试制宽范围负载模拟装置，方便试验模拟、验证。并试制由数据采集和处理系统、节能监控模块系统组成的系统的负载优化节能控制、测试装置，并制定相应实施方案并给与实施。2）矿用变频系统、开关磁阻系统冷却技术的研究我们将在本课题中开展冷却技术的研究，解决矿用变频系统和开关磁阻系统的冷却问题。3）矿用变频系统、开关磁阻系统的防护、隔爆技术的研究本课题中将对变频器和开关磁阻控制器的壳体设计及研究，使得变频器能满足井下恶劣环境的要求，达到国家煤矿安全生产中较高的防爆等级。4）功率平衡技术本课题中将对电机群组的功率平衡技术进行研究，在负载的变化和动态调整过程中应用远程监控功能来使多台电机系统实现速度同步的同时、转矩也协调。5）SRD 电机的低速脉动的研究开关磁阻电机的低速脉动问题是该类电机控制的关键技术之一，根据其应用的领域不同，即对低速要求性能的不同，可以应用不同控制算法来满足系统控制性能，采用变结构控制技术依据煤矿应用的特点确定低速区和高速区，在不同速度区采用专门开发的控制算法以满足系统需要。6）矿用开关磁阻系统的无位置传感器技术的研究避免开关磁阻电动机的位置检测器的高失效率，本课题中将开展矿用开关磁阻系统的无位置传感器技术的研究，提高系统可靠性。7）基于远程监控的系统故障诊断技术的研究为了保障井下作业的安全性，本课题中将开展基于远程监控的系统故障诊断技术的研究，以有效的检测系统的故障，及早发现故障，及时处理，提高井下传输系统安全性和可靠性。2、课题设置方案为了科学的组织课题的实施，初步制订本课题的设置方案。课题的设置主要根据研究内容进行划分，将课题分为共性技术研究、矿用变频系统研发，开关磁阻系统研发三个课题小组进行技术研究和攻关。三个课题小组的设置是相互依存又相互独立的。共性技术研究是本课题顺利实施的基础，需要提前进行研究和探索，要先于其他两个课题小组进行和开展，但是需要在其他两个课题小组实施过程中进行完善和论证；矿用变频系统和开关磁阻系统的研发可并行进行，可以大大提高课题实施效率。以下详细说明各个课题小组具体内容。1）共性技术研究共性技术主要包括系统的负载优化节能技术，冷却技术，防护、隔爆技术，功率平衡技术，集成技术等开发矿用VSD系统和矿用RSD系统中涉及到的共性技术作为一个课题小组，进行统一研究。2）矿用VSD系统研发研究矿用变频节能系统需要解决的特性技术，并开发一套矿用VSD系统应用到生产中，使系统较原有的单一电机传输系统节电率达到1520%。课题实施中根据子课题的需要配备相应的技术人员、施工人员以及试验设备、示范应用场地等。3）矿用RSD系统研发研究矿用开关磁阻节能系统需要解决的特性技术，如：开关磁阻低转速转矩脉动，位置传感器等特性问题，并开发一套矿用VSD系统应用到生产中，使系统较原有的单一电机传输系统节电率达到1520%。3、课题考核指标1）矿用VSD系统主要考核指标研制矿用变频节能系统。根据市场和实际应用需要，研制一套典型规格的矿用变频传输系统，并开展应用示范工程。系统具有运行过程的负载优化功能和同步功率平衡能力，具有远程监控功能，系统较原有的单一电机传输系统节电率达到1520%。本课题开展示范工程主要情况：传输带长：1000m；变频电机系统台数：4台与原有的单一电机传输系统比节电率可达到：1520%；额定电压：1140V；避免冲击电压，有削峰及保护功能；具有远程监控功能；主要控制元器件是本安型、可插拔的；操作模式：电机工作在两象限；变频器额定效率达到97.0%；具有运行过程的负载优化功能；具有同步功率平衡功能；具有远程监控功能；上述技术指标均领先国内技术水平，并与国际先进水平持平。技术标准：形成“煤矿传输系统用变频电机系统节能评估、测试方法”的国家标准草案稿1份；新装置：形成新装置“智能化系统监控平台”一套；系统宽负载模拟装置一套；形成知识产权：申请相关技术专利3项；计算机软件：申请相关技术计算机软件1件；论文著作：发表相关技术论文著作2篇；2）矿用RSD系统主要考核指标根据市场和实际应用情况，研制一套典型规格的矿用开关磁阻电机传输系统，并开展应用示范工程。该系统具有启动和低转矩大、启动电流小，小时启动次数无限制，可控参数多、调速性能好，宽转速范围内效率高，功率电路简单可靠，结构简单、维修方便等优点。启动性能好，运行费用低，节能效果显著是其最大特点，正是这一特点使得SRD系统特别适用于煤矿井上下各种设备的驱动要求。本课题开展示范工程主要情况：传输带长：800m；开关磁阻控制系统台数：4台较原有的单一电机传输系统节电率可达到：1520%；具有远程监控功能；电压等级： 1140 V防爆等级：Exd I调速范围：502000r/min；起动电流为额定电流的30%时，起动转矩可达到额定值的150%；本系统的技术指标均领先国内技术水平，并与国际先进水平持平。技术标准：形成“煤矿传输系统用开关磁阻电机系统节能评估、测试方法”国家标准草案稿1份；新装置：形成新装置“智能化系统监控平台”一套；形成知识产权：申请相关技术专利3项；论文著作：发表相关技术论文著作2篇；4、承担单位选择方式由于本课题涉及技术和产品应用场合的特殊性，所以技术可靠性、产品稳定性和以及统安全性都提出了很高的要求，因此在承担单位选择时我们进行了多方征集，并进行择优选择，选择了在本领域具有一定实践经验和研发基础，并具有教高信誉的单位上海电科电机科技有限公司作为本课题的承担单位之一。六、课题涉及的行业共性技术、关键技术、公益技术分析，技术难点和创新点，技术路线。1、课题涉及的行业共性技术、关键技术、公益技术分析我国矿用传输系统“大马拉小车”想象非常严重，能耗水平较高，而且系统自动化水平也相对落后。面对目前能源紧缺以及提高自动化生产水平的强烈需求，我们急需开展相关共性技术、关键技术及公益性技术研究。目前，在利益最大化的企业中，从事行业共性技术、关键技术以及公益性技术研究的企业越来越少，部分高校和科研机构虽然进行部分技术的研究，但与实际应用和产业化还有一段距离。为了减少重复研究和开发的资源浪费，尽快提升行业的整体水平，本课题并引进一些先进的技术和设备，对行业内一些共性技术、关键技术以及公益性技术研究。这些技术包括：a.组的负载优化节能技术b.功率平衡技术c.集成技术d.开关磁阻电机控制技术这些技术目前是本领域的一些技术难点，也是大家公认的本领域的急待进行技术攻关的技术。2、技术难点1）矿用变频系统、开关磁阻系统的负载优化节能技术针对电机运行工况不同，电机系统节能采取的方式不尽相同，为了满足矿用传输系统电源不稳定，负载变化范围大的特殊工况，目前大都采用增加电机功率范围，造成能源的大量浪费。本课题将对电机系统节能技术进行研究，但电机系统节能技术涉及电机、电子技术、电机控制技术等多学科技术的交叉结合，需要通过大量实验数据进行验证，总结出行业特点和各矿特点得到每日各电机运行的负荷趋势，并依据该趋势曲线进行电机的预测控制，同时还可以根据现场检测数据自动或人工进行调节。同时，预最大限度地发掘VSD和RSD系统的节能潜力，需要根据传输系统实时工况来调整电机系统运行状态，由于井下的特殊环境，不能进行现场直接调整控制参数，所以必须采用远程监控技术依据系统实时运行参数，采用智能化控制算法，计算系统运行的工况最优工作点以达到节能的目的。由于目前还没有从一个完整系统的角度进行节能控制应用的实例，所以如何在保证系统安全、可靠运行的前提下，使电机始终运行高效节能工况，需要大量采集现场实际运行数据来研究适合于传输系统各种工况的负载优化算法。2）矿用变频系统、开关磁阻系统冷却技术矿用变频系统、开关磁阻系统的水冷技术是开展本课题的一个技术难点。国内有一些小功率的防爆变频器、开关磁阻控制器采用热管冷却技术。虽然冷却效果开始非常好，但热管冷却有它致命的缺点，第一热管非常容易被煤粉堵塞，不好清洗，使受热不均匀，从而影响冷却效果；第二是热管在矿井下非常容易被掉下来的煤块击中，给系统安全和可靠运行带来隐患。我们将在本课题中开展冷却技术的研究，解决矿用变频系统和开关磁阻系统的冷却问题。3）矿用变频系统、开关磁阻系统的防护、隔爆技术为了满足恶劣的工作环境，需要对防护、隔爆技术研究。煤矿井下使用需要其防爆外壳保护等级至少为IP44以上，而目前市场上的变频器多为IP23以下。本课题中将对变频器和开关磁阻控制器的壳体设计及研究，使得变频器能满足井下恶劣环境的要求，使防护等级要达到IP54，隔爆等级达到ExdI，该技术是本课题的技术难点及关键技术。4）功率平衡技术矿用变频系统和矿用开关磁阻系统的功率平衡技术研究是为了实现驱动一条皮带的多台电机实现功率的平衡。在负载变化和动态调整过程中应用远程监控功能来使多台电机系统实现速度同步的同时、转矩也协调，这样可以避免多台电机出力不均，甚至某一台电机可能出现发电状态以及传送带堆煤等问题。5）开关磁阻电机的低速转矩脉动开关磁阻电机的低速脉动的研究与抑制技术一直是国内外电机应用的难题。本课题将对开关磁阻电机系统的低速脉动进行研究，来改善开关磁阻电机系统低速脉脉动。6）矿用开关磁阻系统的无位置传感器技术在煤矿井下高粉尘、潮湿的恶劣环境下，开关磁阻电动机的位置检测器容易失效；且位置检测器引线过多，降低了系统的可靠性。为此在本课题中将开展无位置传感器技术的研究。7）基于远程监控系统的故障诊断技术矿用传输系统安全性、可靠性是系统非常重要的性能之一，是推动其广泛应用的关键之一。因此，系统分析变频系统和开关磁阻调系统的故障种类，掌握先进的故障诊断技术，尽早检测出其故障并及时采取措施。但变频系统和开关磁阻系统故障种类繁多，如何尽早准确的发现故障并及时传输到控制中心，在本系统中也将成为主要的技术难点。3、创新点1）系统的负载优化节能技术的研究有针对性开发矿业专用电机节能控制系统，进一步提高电机系统的节能效果，并利用上位机监控系统计算得到的优化结果控制电机运行，来实现深层次的电机系统节能，即本课题将根据负载变化实时调整电源供电量，提高系统能源利用率，减少能源的消耗。本项技术将成为本课题的一个创新点2）冷却技术本课题中矿用变频、开关磁阻系统的冷却技术采用在不同的负载情况下，应用不同压力和流量的水冷控制，并于风冷系统相结合，即解决了由于轻负载情况出现的凝露现象也解决了水冷系统容易受热不均匀的情况，可有效的解决系统的冷却问题。3）功率平衡技术此技术使驱动一条皮带的多台电机实现功率的平衡，在负载的变化和动态调整过程中多台电机实现速度同步的同时，转矩也同步，避免多台电机出力不均以及某一台电机可能出现的发电状态等。4）开关磁阻电机的低速脉动采用变结构控制理论将开关磁阻电机运行分为低速控制和高速控制区间，依据特点在不同区间采用不同的控制算法，同时研究解决控制算法切换时的抖动问题，SRD系统低速脉脉动的克服将是本课题的创新点。5）基于远程监控的系统的故障诊断技术矿用电机系统故障诊断技术在电机系统运行中具有很重要的作用，本课题将对本技术进行研究并分析故障种类掌握先进的故障诊断技术，应用远程监控技术，尽早检测出其故障并及时采取措施，并为系统维护提供技术依据。6）宽范围负载模拟设备为了更好方便系统的调试以及验证系统运行性能，在本课题中将开发一套宽范围负载模拟设备模拟矿用传输系统的运行工况。此设备的开发将大大提高本课题的进展速度，并提供可靠的试验依据，也将是本课题的一个创新点。4、技术路线本课题技术路线是将课题分解为共性关键技术研究和系列产品开发试验及系统的联合调试三个阶段来完成。1）关键技术研究阶段技术路线、针对煤矿领域，特别是矿用传输系统的电机运行工况特点设计变频电动机和开关磁阻电动机以提高电机系统的控制性能。、解决变频器、开关磁阻控制器的壳体及冷系统的设计。开展变频器、开关磁阻电机冷却系统研究，采用水冷与风冷系统相结合的冷却控制方式，并根据负载状态调整水冷系统的送水量，防止出现冷却不均匀、凝露等现象，保证系统安全性、可靠性。、应用变结构控制技术，消除开关磁阻电机低速转矩脉动。、系统的负载优化节能技术的实现。通过试制的电机系统节能评估模块以及数据采集和处理系统来实现系统的负载优化节能功能。该设备基于远程控制技术，利用历史数据训练神经元网络算法得出常规稳定生产的电机运行工况作为趋势控制预测，同时根据实时检测数据调整电机运行状态以实现最优的系统节能效果。 、电机群组功率平衡技术的解决，实时采集系统运行工况数据，应用同步通讯技术，并利用智能控制算法实现电机系统的功率平衡。、基于远程监控的电机系统的故障诊断技术的解决，通过矿用传输系统长期运行情况的检测和分析，总结出系统运行常有故障及其原因，对过载、断相、过压等一些常见故障进行检测，实时采集系统运行的状态信号，利用总线技术实现远程监控功能，提高井下传输系统安全性和可靠性。、通过试制矿用运输系统负载的宽范围负载模拟设备，对矿用传输系统的工况进行模拟，可在井上进行系统运行性能的调试，方便验证系统性能，减少井下调试的工作量。2）产品开发设计及试制阶段技术路线应用关键技术研究阶段所取得的研究成果，进行产品的开发设计及试制，开发出矿用变频、矿用开关磁阻两个适用于不同负载的矿用传输节能系统，并对典型的规格系统进行主要技术指标的试验测试，在此基础上进行定型设计，完成供生产使用的成套加工图和产品技术标准草稿。3）样机试验阶段技术路线将样机及技术文件送到煤矿主管指定的检验机构进行技术审查,并对样机进行隔