山東大學 韓文昭 （濟南 ） 摘 要：本文介紹了防爆變頻器研制情況，著重從結構和散熱方面進行了闡述，在這里我們把一種新的技術—熱管散熱技術運用到變頻器中，效果相當不錯。 關鍵詞：變頻器 防爆 熱管散熱技術 一、前言 　　隨著電力電子技術的不斷發展,變頻調速技術日益成熟,通用變頻器得到了迅速發展,各種品牌的變頻器在自控領域的各行各業都得到了廣泛的應用。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）變頻器還沒有得到充分的應用,究其原因主要是這些地方的變頻器需要防爆,而這種變頻器現在市場上還未見成熟產品。根據上述情況,我們山東風光電子有限公司與大屯煤電（集團）有限公司聯合開發研制成功了礦用防爆變頻器,該產品已經過有關部門鑒定,現已在大屯煤礦正式投產使用. 二、變頻器的技術要求 　　　1、工作環境 有爆炸性氣體或粉塵較多的環境 （防爆）； 　　　2、輸入電壓 交流660V±10% ； 　　　3、調速范圍 2—50HZ ； 　　　4、保護功能 具有短路、過流、過壓、欠壓、超溫、停電閉鎖等功能； 　　　5、工作方式 24小時連續工作制； 　　　6、其他技術指標與通用變頻器相同。 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 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驅動電路、電流檢測電路、電壓檢測電路、保護電路、操作顯示電路。其控制原理框圖如下： 圖2： 控制原理框圖 　　　3、變頻器所用主要元件都是選用世界知名公司生產的名牌產品，性能優良，質量可靠。 　　（1） 逆變器部分選用德國西門子公司的IGBT模塊，該模塊飽和壓將低，母線電感小，開關頻率高，結構簡單，安裝方便。 　　（2） CPU控制器選用美國Intel公司的87C196MC單片機，該芯片功能齊全，運算速度快，是一種高性能的CHMOS 16位單片機，它功耗小，除正常工作外還可以工作于2種節電方式：待機方式和掉電方式。它內部有一個波形發生器，可以輸出2組互補的3相PWM信號，特別使用于電機控制系統。 　　（3） 驅動電路采用日本三菱公司的M57959L專用驅動模塊，該模塊驅動功率大，信號隔離強，集成化程度高，性能優良，使用方便。 四、防爆變頻器研制中的問題和對策 　　　1、防爆問題 　　由于該變頻器所使用的環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，必需用標準的防爆腔，把變頻器所有的元件都裝在防爆腔內。在防爆腔門上開一個觀察窗，把顯示部分裝在上面，把啟動、停止、調速控制裝在防爆腔門上。 　　　2、散熱問題 　　由于變頻器的所有元件都裝在防爆腔內，空氣不能流動，散熱問題成為該變頻器所要解決的關鍵問題。在這里我們采用了一種新的散熱技術-熱管散熱技術。 　　（1）熱管技術原理 　　熱管是一種具有極高導熱性能的傳熱元件，它通過在全封閉真空管內工質的蒸發與凝結來傳遞熱量，具有極高的導熱性、良好的等溫性、冷熱兩側的傳熱面積可任意改變、可遠距離傳熱、可控制溫度等一系列優點。由熱管組成的換熱器具有傳熱效率高、結構緊湊、流體阻損小等優點。 　　（2）變頻器結構布置 　　我們將主回路設計成一個大單元，安裝在長方形防爆腔內后壁，后壁上通過一個過度散熱器與IGBT模塊、整流模塊等發熱元件接合，防爆外殼外壁加焊槽形散熱器，過度散熱器與槽形散熱器通過熱管相連接。變頻器內部產生的熱量就通過防爆腔后壁 過度散熱器 熱管 槽形散熱器散發出去。 　　3、主回路結構與通用變頻器的不同 　　（1）沒有延時回路 　　避免因延時繼電器動作時產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機瞬間電容充電電流的沖擊。 　　（3）濾波電容選用多只無感電容并聯 　　電解電容體積大，高溫環境下易爆炸，不安全；而無感電容體積小，耐高溫、高壓，在這種環境下應用非常安全。 　　五、結束語 　　防爆變頻器研制成功，填補了變頻器應用行業的一項空白。當然，我們還將在結構、工藝、功能等方面進一步完善，把防爆變頻器做的更完美，更可靠，更齊全。相信不遠的將來防爆變頻器在自動化領域內會有一個燦爛的天空。 參考文獻： 《Intel 16 位單片機》 北京航空航天大學出版社 孫涵芳 主編 《變頻器使用手冊》 山東風光電子有限公司