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<BR> Researches of the riot frequency converter</P><P> 臺(tái)州富凌機(jī)電有限公司 劉文兵 鐘志兵<BR> Liu wenbing Zhong zhibing</P><P> 摘要：本文簡(jiǎn)要的介紹了防爆變頻器的應(yīng)用場(chǎng)合，解決了在研制過(guò)程中的最大難題："散熱"。<BR> 關(guān)鍵詞：防爆變頻器 熱管 電解電容 非電解電容<BR> Abstract: This text synoptically introduced the application situation of the riot frequency converter, solving the biggest hard nut to crack:〝scattering heat〞 in research to manufacture process. <BR> Key words: Riot frequency converter Heat pipe <BR> Electrolytic capacitance Un-electrolytic capacitance</P><P> 1、引言：<BR> 隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，以變頻調(diào)速為代表的近代交流調(diào)速技術(shù)有了飛速的發(fā)展。交流變頻調(diào)速技術(shù)以其卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電效果以及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的廣泛適用性，而被公認(rèn)為是一種最有前途的交流調(diào)速方式，代表了電氣傳動(dòng)發(fā)展的主流方向。變頻調(diào)速技術(shù)為節(jié)能降耗、改善控制性能、提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量提供了至關(guān)重要的手段。變頻調(diào)速理論已形成較為完整的科學(xué)體系，成為一門相對(duì)獨(dú)立的學(xué)科。有人認(rèn)為，電力電子技術(shù)是否被廣泛的應(yīng)用，反映了一個(gè)國(guó)家的科技水平。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1995年發(fā)達(dá)國(guó)家電能中有75%左右是經(jīng)過(guò)電力電子技術(shù)變換或控制后才使用的。在我國(guó)，目前交流變頻調(diào)速也正以其優(yōu)異的性能而深受各行業(yè)的青睞，在電力、軋鋼、造紙、化工、水泥、煤炭、紡織、鐵路、食品、船舶、機(jī)床等傳統(tǒng)工業(yè)的改造中和航天航空等高新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用中無(wú)不看到變頻調(diào)速技術(shù)的蹤影，變頻調(diào)速技術(shù)取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益 。</P><P> 2、防爆變頻器的提出：<BR> 這些年來(lái)，隨著低壓交流變頻調(diào)速技術(shù)的日趨成熟和完善，通用變頻器得到了迅速?gòu)V泛的應(yīng)用。但是有的時(shí)候，由于工況的特殊性，通用變頻器則顯得捉襟見(jiàn)肘了，比如說(shuō)：煤礦井下膠帶運(yùn)輸機(jī)、提升絞車、風(fēng)機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)等需要調(diào)速的電機(jī)拖動(dòng)設(shè)備，以及化學(xué)廠的部分設(shè)備，就是其中一例。防爆變頻器就是為這些比較特殊的工況而研制的。對(duì)于防爆變頻器，簡(jiǎn)單的來(lái)講：就是一臺(tái)通用變頻器裝在防爆殼里。但是要真的把通用變頻器裝在防爆殼里來(lái)制成的防爆變頻器，那問(wèn)題就多多了。</P><P> 3、技術(shù)難點(diǎn)：<BR> 3.1、功率器件的散熱<BR> 首先，我們來(lái)看看通用變頻器的主回路圖。（如圖1）<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20056214535474374.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20056214535474374.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 散熱是防爆變頻器遇到最大的難題。在變頻器內(nèi)部：逆變模塊是發(fā)熱最多的器件，據(jù)專家詁計(jì)：它約占整個(gè)變頻器所有散熱量的一半；整流模塊也是發(fā)熱相當(dāng)多的，它所發(fā)的熱量約占整個(gè)變頻器的45%；而剩下的5%則是電解電容、充電電阻、均壓電阻以及印制板上的發(fā)熱元件等所發(fā)生的熱量。<BR> 熱管是一種傳熱性極好的人工構(gòu)件，它利用"相變"傳熱的原理與金屬銅、鋁等實(shí)體材料和天然傳熱方式完全不同。其有效導(dǎo)熱性是銅、鋁等有色金屬的成百上千倍。常用的熱管由三部分組成：主體為一根封閉的金屬管，內(nèi)部有少量工作介質(zhì)和毛細(xì)結(jié)構(gòu)，管內(nèi)的空氣及其他雜物必須排除在外。熱管工作時(shí)利用了三種物理學(xué)原理；（1）在真空狀態(tài)下，液體的沸點(diǎn)降低；（2）同種物質(zhì)的汽化潛熱比顯熱高得多；（3）多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)對(duì)液體的抽吸力可使液體流動(dòng)。與熱源靠近的一段(蒸發(fā)段)內(nèi)的液體吸熱而蒸發(fā)，蒸汽攜帶汽化潛熱經(jīng)空腔流向另一段(冷凝段)，汽體經(jīng)管壁與外界冷媒體換熱放出潛熱而完成了傳熱任務(wù)，冷凝成液體，經(jīng)毛細(xì)結(jié)構(gòu)的抽吸或重力回流到蒸發(fā)段進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。<BR> 熱管散熱器就是利用熱管技術(shù)對(duì)散熱器進(jìn)行改進(jìn)而制作出來(lái)的新品。對(duì)于雙面散熱的分立電力電子器件，風(fēng)冷的全銅或全鋁散熱器的熱阻只能達(dá)到0.04 ℃/W。而這種熱管散熱器的熱阻達(dá)到0.01 ℃/W。在自然對(duì)流冷卻條件下，熱管散熱器比實(shí)體散熱器的性能可提高10倍以上。熱管散熱器可以采用自冷的方式，無(wú)需風(fēng)扇，沒(méi)有噪音，免維修，安全可靠。<BR> 防爆變頻器的散熱就采用這種熱管散熱器，將功率器件安裝在散熱器的蒸發(fā)段，同時(shí)密封在防爆殼內(nèi)，熱量就通過(guò)蒸發(fā)段傳到冷凝段而散發(fā)出去。<BR> 3.2 非電解電容濾波的提出： <BR> 如果僅僅解決了95%的功率器件的散熱， 那么其余5%的熱量將會(huì)給你添不少的麻煩。電解電容在變頻器中是一種易損件。在通常的通用變頻器說(shuō)明書中，都提到了電解電容需要4～5年更換一次。但實(shí)際工作中，由于變頻器的使用環(huán)境、使用條件以及變頻器的設(shè)計(jì)等諸多問(wèn)題，導(dǎo)致電解電容損壞的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，何況將其安裝于防爆殼內(nèi)呢？通常，電解電容的工作溫度最高是85℃，再且，電解電容長(zhǎng)期工作在高溫下，壽命會(huì)大大減少。<BR> 我們?cè)倏纯矗弘娊怆娙莸人M成的直流回路在變頻器中所起到的作用：<BR> （1） 由于在脈寬調(diào)制過(guò)程中產(chǎn)生有無(wú)功功率和諧波功率。電解電容就是與整流器、逆變器交換這些無(wú)功功率和諧波功率的。<BR> （2） 與異步電動(dòng)機(jī)交換無(wú)功功率。<BR> （3） 濾除由于器件高頻開(kāi)關(guān)動(dòng)作造成的直流電壓的紋波；<BR> （4） 當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，在整流器的慣性延時(shí)期間內(nèi)，支撐中間回路的電壓，將直流電壓的波動(dòng)維持在限定范圍內(nèi)，使其保持穩(wěn)定。<BR> 由于中間回路與兩端變流器（整流器和逆變器）之間存在著復(fù)雜的能量交換過(guò)程，人們常常通過(guò)系統(tǒng)仿真，按照以下準(zhǔn)則來(lái)判斷經(jīng)驗(yàn)取值的正確性。這些準(zhǔn)則包括：<BR> （1） 工作過(guò)程中，中間回路直流電壓是穩(wěn)定的，連續(xù)的，沒(méi)有間斷，峰-峰波動(dòng)值不超過(guò)規(guī)定的允許值。<BR> （2） 中間回路的損耗應(yīng)保持最小。<BR> （3） 所選擇的電容器的參數(shù)不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。<BR> （4） 應(yīng)當(dāng)成功的抑制逆變器和電機(jī)之間發(fā)生的暫態(tài)過(guò)程，保持系統(tǒng)穩(wěn)定。<BR> 如果有一種電容，也能起到上述與電解電容相差不大的作用，又不容易損壞，發(fā)熱少，那就可以了。經(jīng)過(guò)了無(wú)數(shù)次用非電解電容（無(wú)感電容）代替電解電容的實(shí)驗(yàn)，結(jié)論是可行的。這種方法已申報(bào)了國(guó)家專利。</P><P> 4、 可行性分折：<BR> 由于防爆變頻器的設(shè)計(jì)原理、工藝構(gòu)造都嚴(yán)格按通用變頻器的設(shè)計(jì)思路而得來(lái)，所以在技術(shù)上是成熟的。有不少的行家在制作初期對(duì)變頻器的可靠運(yùn)行和對(duì)電網(wǎng)的諧波污染提出了置疑。我們用諧波分析儀經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，分析出輸入、輸出的諧波與同型號(hào)的通用變頻器是一樣的，符合要求。到目前為此，已有2臺(tái)30KW防爆變頻器正實(shí)驗(yàn)性的長(zhǎng)期正常運(yùn)行快達(dá)一年了。</P><P> 5、 結(jié)語(yǔ)：<BR> 由于防爆變頻器具有防塵、防潮、防爆等優(yōu)點(diǎn)，它主要用于煤礦、石油天然氣、石油化工和化學(xué)工業(yè)。此外，在紡織、冶金、城市煤氣、交通、糧油加工、造紙、醫(yī)藥等部門也可以應(yīng)用。防爆變頻器通常用于驅(qū)動(dòng)泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和其他傳動(dòng)機(jī)械。隨著交流調(diào)速系統(tǒng)的飛速發(fā)展，它也將伴隨著讓越來(lái)越多的客戶所知曉，必將推動(dòng)交流調(diào)速系統(tǒng)更廣泛的應(yīng)用。</P><P> 參考文獻(xiàn)： <BR> [1] G P Peterson. An introduction to heat pipes. John Wiley & Sons, Inc., USA , 1994<BR> 作者簡(jiǎn)介：<BR> 劉文兵：（1981- ）男 硬件開(kāi)發(fā)工程師 臺(tái)州富凌機(jī)電有限公司技術(shù)部經(jīng)理 從事變頻器的開(kāi)發(fā)與制造。<BR>
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