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<BR> Researches of the riot frequency converter</P><P> 臺州富凌機電有限公司 劉文兵 鐘志兵<BR> Liu wenbing Zhong zhibing</P><P> 摘要：本文簡要的介紹了防爆變頻器的應用場合，解決了在研制過程中的最大難題："散熱"。<BR> 關鍵詞：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、計算機技術和自動控制技術的發(fā)展，以變頻調速為代表的近代交流調速技術有了飛速的發(fā)展。交流變頻調速技術以其卓越的調速性能、顯著的節(jié)電效果以及在國民經(jīng)濟各領域的廣泛適用性，而被公認為是一種最有前途的交流調速方式，代表了電氣傳動發(fā)展的主流方向。變頻調速技術為節(jié)能降耗、改善控制性能、提高產品的產量和質量提供了至關重要的手段。變頻調速理論已形成較為完整的科學體系，成為一門相對獨立的學科。有人認為，電力電子技術是否被廣泛的應用，反映了一個國家的科技水平。據(jù)統(tǒng)計，1995年發(fā)達國家電能中有75%左右是經(jīng)過電力電子技術變換或控制后才使用的。在我國，目前交流變頻調速也正以其優(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、機床等傳統(tǒng)工業(yè)的改造中和航天航空等高新技術的發(fā)展應用中無不看到變頻調速技術的蹤影，變頻調速技術取得了顯著的經(jīng)濟效益 。</P><P> 2、防爆變頻器的提出：<BR> 這些年來，隨著低壓交流變頻調速技術的日趨成熟和完善，通用變頻器得到了迅速廣泛的應用。但是有的時候，由于工況的特殊性，通用變頻器則顯得捉襟見肘了，比如說：煤礦井下膠帶運輸機、提升絞車、風機、刮板運輸機等需要調速的電機拖動設備，以及化學廠的部分設備，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。對于防爆變頻器，簡單的來講：就是一臺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制成的防爆變頻器，那問題就多多了。</P><P> 3、技術難點：<BR> 3.1、功率器件的散熱<BR> 首先，我們來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。在變頻器內部：逆變模塊是發(fā)熱最多的器件，據(jù)專家詁計：它約占整個變頻器所有散熱量的一半；整流模塊也是發(fā)熱相當多的，它所發(fā)的熱量約占整個變頻器的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件，它利用"相變"傳熱的原理與金屬銅、鋁等實體材料和天然傳熱方式完全不同。其有效導熱性是銅、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，內部有少量工作介質和毛細結構，管內的空氣及其他雜物必須排除在外。熱管工作時利用了三種物理學原理；（1）在真空狀態(tài)下，液體的沸點降低；（2）同種物質的汽化潛熱比顯熱高得多；（3）多孔毛細結構對液體的抽吸力可使液體流動。與熱源靠近的一段(蒸發(fā)段)內的液體吸熱而蒸發(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，冷凝成液體，經(jīng)毛細結構的抽吸或重力回流到蒸發(fā)段進入下一個工作循環(huán)。<BR> 熱管散熱器就是利用熱管技術對散熱器進行改進而制作出來的新品。對于雙面散熱的分立電力電子器件，風冷的全銅或全鋁散熱器的熱阻只能達到0.04 ℃/W。而這種熱管散熱器的熱阻達到0.01 ℃/W。在自然對流冷卻條件下，熱管散熱器比實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，無需風扇，沒有噪音，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，同時密封在防爆殼內，熱量就通過蒸發(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明書中，都提到了電解電容需要4～5年更換一次。但實際工作中，由于變頻器的使用環(huán)境、使用條件以及變頻器的設計等諸多問題，導致電解電容損壞的現(xiàn)象屢見不鮮，何況將其安裝于防爆殼內呢？通常，電解電容的工作溫度最高是85℃，再且，電解電容長期工作在高溫下，壽命會大大減少。<BR> 我們再看看：電解電容等所組成的直流回路在變頻器中所起到的作用：<BR> （1） 由于在脈寬調制過程中產生有無功功率和諧波功率。電解電容就是與整流器、逆變器交換這些無功功率和諧波功率的。<BR> （2） 與異步電動機交換無功功率。<BR> （3） 濾除由于器件高頻開關動作造成的直流電壓的紋波；<BR> （4） 當負載發(fā)生變化時，在整流器的慣性延時期間內，支撐中間回路的電壓，將直流電壓的波動維持在限定范圍內，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）之間存在著復雜的能量交換過程，人們常常通過系統(tǒng)仿真，按照以下準則來判斷經(jīng)驗取值的正確性。這些準則包括：<BR> （1） 工作過程中，中間回路直流電壓是穩(wěn)定的，連續(xù)的，沒有間斷，峰-峰波動值不超過規(guī)定的允許值。<BR> （2） 中間回路的損耗應保持最小。<BR> （3） 所選擇的電容器的參數(shù)不會影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。<BR> （4） 應當成功的抑制逆變器和電機之間發(fā)生的暫態(tài)過程，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)過了無數(shù)次用非電解電容（無感電容）代替電解電容的實驗，結論是可行的。這種方法已申報了國家專利。</P><P> 4、 可行性分折：<BR> 由于防爆變頻器的設計原理、工藝構造都嚴格按通用變頻器的設計思路而得來，所以在技術上是成熟的。有不少的行家在制作初期對變頻器的可靠運行和對電網(wǎng)的諧波污染提出了置疑。我們用諧波分析儀經(jīng)過大量的實驗，分析出輸入、輸出的諧波與同型號的通用變頻器是一樣的，符合要求。到目前為此，已有2臺30KW防爆變頻器正實驗性的長期正常運行快達一年了。</P><P> 5、 結語：<BR> 由于防爆變頻器具有防塵、防潮、防爆等優(yōu)點，它主要用于煤礦、石油天然氣、石油化工和化學工業(yè)。此外，在紡織、冶金、城市煤氣、交通、糧油加工、造紙、醫(yī)藥等部門也可以應用。防爆變頻器通常用于驅動泵、風機、壓縮機和其他傳動機械。隨著交流調速系統(tǒng)的飛速發(fā)展，它也將伴隨著讓越來越多的客戶所知曉，必將推動交流調速系統(tǒng)更廣泛的應用。</P><P> 參考文獻： <BR> [1] G P Peterson. An introduction to heat pipes. John Wiley & Sons, Inc., USA , 1994<BR> 作者簡介：<BR> 劉文兵：（1981- ）男 硬件開發(fā)工程師 臺州富凌機電有限公司技術部經(jīng)理 從事變頻器的開發(fā)與制造。<BR>
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