2  防爆變頻器的提出
    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。

3  技術(shù)難點(diǎn)
3.1 功率器件的散熱
    首先，我們來(lái)看看通用變頻器的主回路圖, 如圖1所示。

圖1 變頻器主回路圖
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。
    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3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3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)。
    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。
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。
3.2  非電解電容濾波的提出
    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(shū)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。
我們?cè)倏纯?電解電容等所組成的直流回路在變頻器中所起到的作用:
(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。
(2) 與異步電動(dòng)機(jī)交換無(wú)功功率。
(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;
(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。
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:
(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。
(2) 中間回路的損耗應(yīng)保持最小。
(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。
(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。
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。

4  防爆變頻器設(shè)計(jì)的可行性分析
    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)1年了。

5  結(jié)束語(yǔ)
    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(mén)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。