一、前言
隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,變頻調(diào)速技術(shù)日益成熟,通用變頻器得到了迅速發(fā)展,各種品牌的變頻器在自控領(lǐng)域的各行各業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。但在一些有爆炸性氣體和粉塵比較多的地方(煤礦\焦化廠\部分化工廠)變頻器還沒(méi)有得到充分的應(yīng)用,究其原因主要是這些地方的變頻器需要防爆,而這種變頻器現(xiàn)在市場(chǎng)上還未見(jiàn)成熟產(chǎn)品。根據(jù)上述情況,華隆防爆電氣有限公司特別研發(fā)了新型的防爆變頻器，供需要的廠家使用。
二、變頻器的技術(shù)要求
1、工作環(huán)境 有爆炸性氣體或粉塵較多的環(huán)境 (防爆)；
2、輸入電壓 交流660V±10% ；
3、調(diào)速范圍 2—50HZ ；
4、保護(hù)功能 具有短路、過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、超溫、停電閉鎖等功能；
5、工作方式 24小時(shí)連續(xù)工作制；
6、其他技術(shù)指標(biāo)與通用變頻器相同。
三、變頻器的控制原理
1、主回路部分
變頻器主回路包括空氣斷路器、三相整流器、濾波電容、IGBT逆變器
變頻器主回路電氣原理框圖
圖1： 主回路電氣原理框圖
2、控制回路部分
變頻器控制部分包括CPU控制器、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路、保護(hù)電路、操作顯示電路。其控制原理框圖如下：
變頻器控制原理圖
圖2： 控制原理框圖
3、變頻器所用主要元件都是選用世界公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，性能優(yōu)良，質(zhì)量可靠。
(1) 逆變器部分選用德國(guó)西門子公司的IGBT模塊，該模塊飽和壓將低，母線電感小，開(kāi)關(guān)頻率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。
(2) CPU控制器選用美國(guó)In公司的87C196MC單片機(jī)，該芯片功能齊全，運(yùn)算速度快，是一種高性能的CHMOS 16位單片機(jī)，它功耗小，除正常工作外還可以工作于2種節(jié)電方式：待機(jī)方式和掉電方式。它內(nèi)部有一個(gè)波形發(fā)生器，可以輸出2組互補(bǔ)的3相PWM信號(hào)，特別使用于電機(jī)控制系統(tǒng)。
(3) 驅(qū)動(dòng)電路采用日本三菱公司的M57959L驅(qū)動(dòng)模塊，該模塊驅(qū)動(dòng)功率大，信號(hào)隔離強(qiáng)，集成化程度高，性能優(yōu)良，使用方便。
四、防爆變頻器研制中的問(wèn)題和對(duì)策
1、防爆問(wèn)題
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上。
2、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
(1)沒(méi)有延時(shí)回路
避免因延時(shí)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。
五、結(jié)束語(yǔ)
防爆變頻器研制成功，*了變頻器應(yīng)用行業(yè)的一項(xiàng)空白。當(dāng)然，我們還將在結(jié)構(gòu)、工藝、功能等方面進(jìn)一步完善，把防爆變頻器做的更，更可靠，更齊全。相信不遠(yuǎn)的將來(lái)防爆變頻器在自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)會(huì)有一個(gè)燦爛的天空。
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