1、防爆變頻器技術(shù)防爆處理
由于該變頻器所使用的環(huán)境有爆炸性氣體或粉塵較多，這就要求變頻器密封防爆，所以它的外殼不能用普通的殼體，必需用標(biāo)準(zhǔn)的防爆腔，把變頻器所有的元件都裝在防爆腔內(nèi)。在防爆腔門(mén)上開(kāi)一個(gè)觀察窗，把顯示部分裝在上面，把啟動(dòng)、停止、調(diào)速控制裝在防爆腔門(mén)上。
2、防爆變頻器技術(shù)處理 散熱問(wèn)題
由于變頻器的所有元件都裝在防爆腔內(nèi)，空氣不能流動(dòng)，散熱問(wèn)題成為該變頻器所要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。在這里我們采用了一種新的散熱技術(shù)-熱管散熱技術(shù)。
（1）熱管技術(shù)原理熱管是一種具有*導(dǎo)熱性能的傳熱元件，它通過(guò)在全封閉真空管內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)與凝結(jié)來(lái)傳遞熱量，具有*的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠(yuǎn)距離傳熱、可控制溫度等一系列優(yōu)點(diǎn)。由熱管組成的換熱器具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、流體阻損小等優(yōu)點(diǎn)。
（2）變頻器結(jié)構(gòu)布置我們將主回路設(shè)計(jì)成一個(gè)大單元，安裝在長(zhǎng)方形防爆腔內(nèi)后壁，后壁上通過(guò)一個(gè)過(guò)度散熱器與IGBT模塊、整流模塊等發(fā)熱元件接合，防爆外殼外壁加焊槽形散熱器，過(guò)度散熱器與槽形散熱器通過(guò)熱管相連接。變頻器內(nèi)部產(chǎn)生的熱量就通過(guò)防爆腔后壁過(guò)度散熱器熱管槽形散熱器散發(fā)出去。
3、主回路結(jié)構(gòu)與通用變頻器的不同
?。?）沒(méi)有回路避免因繼電器動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生電火花造成的不安全因素，增加了變頻器的安全可靠性。（2）整流器容量選擇比通用變頻器增大一倍目的是為了耐受住變頻器開(kāi)機(jī)瞬間電容充電電流的沖擊。（3）濾波電容選用多只無(wú)感電容并聯(lián)電解電容體積大，高溫環(huán)境下易爆炸，不安全;而無(wú)感電容體積小，耐高溫、高壓，在這種環(huán)境下應(yīng)用非常安全。
2 散熱方式的分類(lèi)
變頻器的散熱分為以下幾種:自然散熱，強(qiáng)迫風(fēng)冷，水冷。
2.1自然散熱
對(duì)于小容量的變頻器一般選用自然散熱方式，其使用環(huán)境應(yīng)通風(fēng)良好，無(wú)易附著粉塵及飄浮物。此類(lèi)變頻器的拖動(dòng)對(duì)象多為家用空調(diào)、數(shù)控機(jī)床之類(lèi)，功率很小，使用環(huán)境比較優(yōu)良。
另外一種使用自然散熱方式的變頻器容量并不一定小，那就是防爆變頻器。對(duì)于此類(lèi)變頻器小容量可以選用一般類(lèi)型的散熱器即可，要求散熱面積在允許的范圍內(nèi)盡可能的大一些，散熱肋片間距小一些，盡可能的增加熱輻射面積。對(duì)于大容量的防爆變頻器，如使用自然散熱方式建議使用熱管散熱器。熱管散熱器是近年來(lái)新興的一種散熱器，它是熱管技術(shù)與散熱器技術(shù)結(jié)合的一種產(chǎn)品，它的散熱效率*，可以將防爆變頻器的容量做的比較大，可達(dá)幾百kVA。這種散熱器相對(duì)普通散熱器，所不同之處就是體積相對(duì)大，成本高。這種散熱方式與水冷方式(后面將論述)相比較還是有優(yōu)勢(shì)的:水冷要用水冷器件，水冷散熱器以及*的水循環(huán)系統(tǒng)等等，其成本比使用熱管散熱器散熱高。業(yè)界反映熱管散熱器性能好，值得推廣。
2.2 強(qiáng)迫風(fēng)冷
強(qiáng)迫風(fēng)冷是普遍采用的一種散熱方式。隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展，半導(dǎo)體器件散熱器也得到了飛速的發(fā)展，趨向標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，通用化;而新產(chǎn)品則向低熱阻，多功能，體積小，重量輕，適用于自動(dòng)化生產(chǎn)與安裝等方向發(fā)展。世界幾大散熱器生產(chǎn)商，產(chǎn)品多達(dá)上千個(gè)系列，并全部經(jīng)過(guò)測(cè)試，提供了使用功率與散熱器熱阻曲線，為用戶準(zhǔn)確選用提供了方便。同時(shí)散熱風(fēng)機(jī)的發(fā)展也相當(dāng)快，呈現(xiàn)出體積小，長(zhǎng)受命，低噪聲，低功耗，大風(fēng)量，高防護(hù)的特點(diǎn)。如DELTA CPU風(fēng)扇體積只有25mm×25mm×10mm;日本SANYO長(zhǎng)壽命風(fēng)機(jī)可達(dá)200000h，防護(hù)等級(jí)可達(dá)IPX5; 更有德國(guó)ebm大風(fēng)量軸流風(fēng)機(jī)，排風(fēng)量高達(dá)5700m3/h。這些因素為設(shè)計(jì)者提供了非常廣闊的選擇空間。強(qiáng)迫風(fēng)冷正是由于使用的器件(風(fēng)機(jī)、散熱器)選擇比較容易，成本不是太高, 變頻器的容量可以做到從幾十到幾百kVA，甚至更高(采取單元并聯(lián)方式)才被廣為采用。
2.3 水冷
水冷是工業(yè)冷卻較常用的一種方式。針對(duì)變頻器這種設(shè)備選用該方式散熱的很少，因?yàn)樗某杀靖?，體積大，再由于通用變頻器的容量在幾kVA到近百kVA，容量不是很大，很難將性價(jià)比做到讓用戶接受的程度，只有在特殊場(chǎng)合(如需要防爆)以及容量特別大的變頻器才采用這種方式。
2.4 小結(jié)
無(wú)論采用哪種散熱方式，都應(yīng)根據(jù)變頻器的容量，確定它的功耗，選擇適當(dāng)?shù)娘L(fēng)機(jī)，以及適當(dāng)?shù)纳崞?，達(dá)到優(yōu)良的性價(jià)比，同時(shí)也應(yīng)將變頻器所使用的環(huán)境因素充分考慮到。針對(duì)環(huán)境比較惡劣(高溫，高濕，煤礦，油田，海上平臺(tái))的情況，必須采取相應(yīng)的措施，確保變頻器正?？煽康倪\(yùn)行。從變頻器本身，應(yīng)盡可能的避免不利因素的影響，例如針對(duì)灰塵、風(fēng)沙的影響可以進(jìn)行密封處理，只有散熱器風(fēng)道與外界空氣接觸，避免了對(duì)變頻器內(nèi)部的影響;針對(duì)鹽霧，潮濕等可以對(duì)變頻器各部件進(jìn)行絕緣噴涂處理;野外作業(yè)用變頻器要加防護(hù)，做到防雨，防曬，防霧，防塵;對(duì)于高溫高濕環(huán)境可以增加空調(diào)等設(shè)備進(jìn)行降溫除濕，給變頻器一個(gè)良好的環(huán)境，確保變頻器可靠運(yùn)行。
3 散熱器散熱效果及選用原則的討論
資料表明，散熱器表面經(jīng)電泳涂漆發(fā)黑或陽(yáng)極氧化發(fā)黑后，其散熱量在自然冷卻情況下可提高10~15%，在強(qiáng)迫風(fēng)冷情況下可提高20~30%，電泳涂漆后表面耐壓可達(dá)500V~800V。所以在選擇散熱器及制定加工工藝時(shí)，對(duì)散熱器進(jìn)行上述工藝處理會(huì)大大提高本身的散熱能力，還可以增強(qiáng)絕緣性，降低了因安裝不當(dāng)造成的爬電距離過(guò)小，電氣間隙不夠等帶來(lái)的不利影響。
散熱效果優(yōu)劣與安裝工藝有密切關(guān)系，安裝時(shí)盡量增大功率模塊與散熱器的接觸面積降低熱阻，提高傳熱效果。在功率器件與散熱器之間涂一層薄薄的導(dǎo)熱硅脂可以降低熱阻25~30%。如需要在功率器件與散熱器之間加絕緣或加墊塊來(lái)方便安裝，建議使用低熱阻材料:薄云母，聚酯薄膜或紫銅塊，鋁塊。合理安排器件在散熱器上的位置，單件安裝時(shí)應(yīng)使器件位于散熱器基面中心位置，多件安裝時(shí)應(yīng)均勻分布。緊固器件時(shí)需保證扭力一致。安裝完畢后不宜對(duì)器件及散熱器再進(jìn)行機(jī)械加工，否則會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，增加熱阻。單面肋片式散熱器，適于在設(shè)備外部作自然風(fēng)冷，即利于功率器件的通風(fēng)又可降低機(jī)內(nèi)溫度。自然風(fēng)冷時(shí)，應(yīng)使散熱器的斷面平行于水平面的方向;強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)，應(yīng)使氣流的流向平行于散熱器的肋片方向。
根據(jù)半導(dǎo)體器件的功耗選擇散熱器，可參考式(1):
Q = (Tj - Ta)÷(Rjc + Rcs + Rsa) (1)
式(1)中: Q—耗散功率 W
Tj—結(jié)點(diǎn)(P-N)溫度 ℃
Ta—環(huán)境空氣溫度 ℃
Rjc—由結(jié)點(diǎn)至管殼熱阻 ℃/W
Rcs—由管殼至散熱器熱阻 ℃/W
Rsa—由散熱器表面至環(huán)境空氣熱阻 ℃/W
在多數(shù)情況下，除由散熱器表面至空氣zui大熱阻Rsa以外，所有上述參數(shù)均為已知或者可以得到，因此該參數(shù)即為選擇散熱器的基礎(chǔ)。式(1)為一基本公式，可適用于自冷或強(qiáng)冷。在用于強(qiáng)迫風(fēng)冷式散熱器選擇的資料中多介紹Rsa; 但對(duì)于自冷式ΔTsa(散熱器與空氣溫差)則更為常見(jiàn)。由式(1)可得到如下簡(jiǎn)化結(jié)果:
ΔTsa = (Tj－Ta)－Q(Rjc＋Rcs) (2)
該式已不出現(xiàn)Rsa與Q乘積，而是允許得到zui大值 ΔTsa，因而得到能與常見(jiàn)自冷式圖形資料進(jìn)行直接比較的參數(shù)。
利用式(1)通過(guò)下面的例子來(lái)說(shuō)明如何為一只半導(dǎo)體器件選擇散熱器。某一只半導(dǎo)體器件其管芯結(jié)溫在運(yùn)行時(shí)不得超過(guò)125℃(TJ)，在環(huán)境溫度為50℃(TA)時(shí)的功耗為10W(Q)，制造商提供的該器件的Rjc為1.5℃/W，Rcs可按 0.09℃/W計(jì)算，通過(guò)式(1)得到Rsa的表達(dá)式:
Rsa=(Tj－Ta)÷Q－(Rjc＋Rcs) (3)
將已知數(shù)代入式(3) Rsa=(125-50)÷10-(1.5＋0.09)
Rsa=5.9℃/W
這就是可用的Rsazui大值，如散熱器可提供Rsa較小值即可接受，因?yàn)閦ui終的管芯結(jié)溫將小于125℃規(guī)定值。利用Rsa值可以選擇各種散熱器并了解相應(yīng)的特性。
4 選擇風(fēng)機(jī)的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)
根據(jù)變頻器功耗可選擇適當(dāng)?shù)娘L(fēng)機(jī)為其散熱。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)每排出1kW功耗產(chǎn)生的熱量, 需要風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量為360m3/h，而變頻器的功耗為其容量的4~5%，這里我們按5%計(jì)算，可以得到變頻器適配風(fēng)機(jī)與其容量的關(guān)系:
風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量(m3/h)=變頻器容量×5%×360m3/h/kW
我們可根據(jù)上面的經(jīng)驗(yàn)公式為JD-BP32-90J的變頻器選擇風(fēng)機(jī)，該變頻器容量為90kW
風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量(m3/h)=90kW×5%×360m3/h/kW
風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量=1620m3/h
根據(jù)此排風(fēng)量選擇風(fēng)機(jī)，通過(guò)資料我們選用德國(guó)ebm風(fēng)機(jī),型號(hào)為w2e250-cl06-01,其排風(fēng)量為1730m3/h，這個(gè)值大于我們的計(jì)算值, 可以選用，實(shí)踐證明也是可行的。
5 結(jié)束語(yǔ)
事實(shí)表明處理好變頻器的散熱不僅要求設(shè)計(jì)者從變頻器本身做到，還要求使用者正確使用 嚴(yán)格按照使用說(shuō)明進(jìn)行安裝, 有足夠的通風(fēng)空間，適合的使用環(huán)境，并且盡可能做到定期維護(hù), 尤其是水泥，煤炭等多粉塵行業(yè)，定期給使用環(huán)境除塵, 對(duì)變頻器風(fēng)道除塵，這樣才能使變頻器的散熱系統(tǒng)發(fā)揮正常功能，使變頻器的溫升在允許值之內(nèi)，變頻器才能可靠運(yùn)行, 而為企業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。
