一种矿用隔爆滤波型变频器隔爆柜子的结构分析摘要随着计算机技术的高速发展，有限元技术在现代设计中应用越来越广泛。
有限元技术具有计算速度快，精度高的特点。
通过有限元分析计算，设计人员在设计阶段就能了解到构件的应力、应变及位移，同时可以方便的对构件反复修改，达到优化结构的目的。
矿用隔爆滤波型变频器隔爆柜子是放在煤矿井下的电机控制柜。
箱体必须有足够的强度和刚度，以防止变频器发生爆炸时，能承受其瞬间产生的强大爆炸力。
箱体在传统设计中，多采用类比法或凭经验设计，这样设计出来的产品，其受力情况设计者心中无数，往往造成产品不合格或材料浪费现象。
增加了制造成本，延长了制造周期。
因此，在某种有限元的支持下，对变频器箱体进行受力分析，检验其强度和刚度是否满足要求，对提高变频器箱体的技术水平，快速响应市场，降低成本具有十分重要的意义。
在此背景下，本文以山西防爆电机有限公司设计的矿用隔爆滤波型变频器防爆柜作为研究对象，对其柜体进行有限元分析。
完成的主要工作包括：（1）认真学习研究煤炭安全标准；（2）利用三维建模软件Solidworks对箱体进行实体建模；（3）利用有限元分析软件Simulation对箱体进行静态分析，通过分析计算，显示出箱体的变形情况，同时可以得出箱体任意位置的应力值和位移值。
并针对每次计算结果，对箱体进行适时改进。
关键词：防爆柜；有限元；应力；应变；优化；A mining explosion-proof filter inverter flameproof cabinetstructure analysisAbstractWith the rapid development of computer technology, the Finite Element Method(FEM) is widely used in modern design. FEM is a method of high speed and high precision. The stress, strain and displacement can be obtained with the Finite Element Analysis (FEA) in the design stage. And it is convenient to modify and optimize the structure.Mining flame-proof filtering type transducer explosion-proof cabinet is used in coal mine. The explosion-proof cabinet should have enough strength and stiffness, and should be able to endure the tremendous blast-force during the moment gas blasts. Traditionally, the explosion-proof cabinet design always relies on analogy and experience. The designer can’t know the deformation of the the explosion-proof cabinet, and which may make the product disqualification, or wasting material or high developing cost, and longer designing and manufacturing cycle. Therefore, it has great significance to find a new approach to analyze and calculate the mechanical model of cabinet, check its strength and stiffness based on a certain FEM software. Thus it can improve the technique of cabinet design, speed up the response to the market requirement and reduce the cost.This paper investigated the explosion-proof cabinet designed by Shan Xi Explosion proof motor company. The cabinet was analyzed by FEM. The major works completed mainly included: (1) The fundamentals on FEM were discussed; (2) The solid model of the cabinet was created by 3D design software SolidWorks. (3) The Nonlinear Finite Element model was built and calculated by FEM software Simulation. Through calculation and analysis, the deformation of the transformer cabinet was obtained. Meanwhile, the stress and displacement of every element were also obtained.Key Words:Explosion-proof cabinet; the Finite Element Method; Stress; Strain ；Optimization ；目录引言 (1)1 有限元简介 (2)1.1 有限元的发展历程 (2)1.2 有限元法的基本思路 (2)1.3 有限元法的理论基础 (3)1.4 有限元的解题步骤： (5)1.5 有限元的发展趋势 (7)2 防爆技术的应用与意义 (9)3 变频器的工作原理 (10)3.1 变频器简介 (10)3.2 谐波对供电线路的影响 (10)4 变频柜设计时应注意的问题 (12)4.1 机械负载与电机转矩特性种类 (12)4.2 电气设计工程师的设计 (12)4.3 电气工艺设计 (13)4.4 柜体钣金工艺设计 (13)5 防爆柜设计的技术要求 (15)6 变频调速系统结构设计 (16)6.1 柜体的布局和器件配置 (16)6.2 变频调速系统变频柜设计 (16)6.3 变频控制柜内部基本布局 (17)6.4 变频器散热及制作 (18)7 防爆柜的三维实体模型 (19)7.1 Solidworks软件介绍 (19)7.2 三维建模步骤 (19)8 焊接技术 (21)9 有限元分析与Simulation在隔爆柜结构分析中的应用 (23)9.1 Simulation简介 (23)9.2 Simulation对防爆柜的结构分析步骤 (23)总结 (32)参考文献 (33)附录A 山西防爆电机公司防爆柜参考图 (35)致谢 (36)引言随着煤矿供电系统不断完善升级, 隔爆型干式变压器[1]作为井下的重要供电设备已得到广泛应用。
隔爆壳体是矿用隔爆型干式变压器的主要防爆型式, 不仅要具有一定的机械强度, 又要有良好的冷却效果, 隔爆壳体的设计、制造水平直接影响到隔爆变压器的技术性能和使用寿命。
矿用隔爆型外壳是电气设备的一种防爆型式,能够承受通过外壳任何接合面或结构间隙渗透到外壳内部的可燃性混合物在内部爆炸而不损坏, 并且不会引起外部由一种、多种气体或蒸汽形成的爆炸性环境的点燃。
根据 GB 3836. 2 -2000《爆炸性气体环境用电气设备第2部分:隔爆型“D”》[2]第15.1条规定, 箱壳设计必须经过压力为 1 MPa, 加压时间为10+ 20s 的静压试验, 试验时若外壳既未发生损坏,也未发生永久变形, 则认为试验合格, 此外, 在接合面的任何部位都不应有永久性的增大。
因此外壳必须有足够的强度和刚度。
根据箱体法兰形状来看,箱体大多为矩形和圆形, 而以矩形类设计对壳体强度校核计算较为复杂。
很多结构设计工程师多采用结构比较法或凭经验进行模糊设计, 但是这种粗放型设计对隔爆类产品结构无法进行优化, 不可避免地造成材料浪费或强度不够造成产品失爆。
随着生产技术的发展和科技的进步, 对隔爆型产品的设计质量要求越来越高, 产品更新换代的速度也越来越快, 这就要求设计人员掌握更加科学的工程设计方法和设计工具, 以适应新的设计要求。
在此提出Simulation 软件对矩形类隔爆箱体强度进行有限元分析, 优化设计方案。
目前，生产变频柜的厂家有很多。
例如：北京鼎盛恒巨自动化技术有限公司生产的变频柜就不错，上海凯威电气设备有限公司，北京宇恒恒业电气自动控制有限公司。
南阳凯达防爆电机电器有限公司位于我国防爆电气技术科研生产基地--河南南阳，专业从事防爆电机、防爆电器科研、开发和生产。
公司依托南阳防爆行业的资源优势，集全国知名防爆电机电气专家技术实力于一身，开发生产各种防爆电机、防爆电器、防爆仪表、防爆电气控制柜及其他防爆电气设备，同时承接各类防爆电器设备及成套系统的设计开发和横向技术合作。
1 有限元简介1.1 有限元的发展历程有限元法的发展历程可以分为提出(1943)、发展(1944一1960)和完善(1961-二十世纪九十年代)三个阶段。
有限元法是受内外动力的综合作用而产生的。
1943年，柯朗发表的数学论文《平衡和振动问题的变分解法》和阿格瑞斯在工程学中取得的重大突破标志着有限元法的诞生。
有限元法早期(1944一1960)发展阶段中，得出了有限元法的原始代数表达形式，开始了对单元划分、单元类型选择的研究，并且在解的收敛性研究上取得了很大突破。
1960年，克劳夫第一次提出了“有限元法”这个名称，标志着有限元法早期发展阶段的结束。
有限元法完善阶段(1961一二十世纪九十年代)的发展有国外和国内两条线索。
在国外的发展表现为: 第一，建立了严格的数学和工程学基础;第二，应用范围扩展到了结构力学以外的领域;第三，收敛性得到了进一步研究，形成了系统的误差估计理论;第四，发展起了相应的商业软件包。
在国内，我国数学家冯康[3]在特定的环境中独立于西方提出了有限元法。