山东大学 韩文昭 （济南 ）
摘 要：本文介绍了防爆变频器研制情况，着重从结构和散热方面进行了阐述，在这里我们把一种新的技术—热管散热技术运用到变频器中，效果相当不错。
关键词：变频器 防爆 热管散热技术
一、前言
随着电力电子技术的不断发展,变频调速技术日益成熟,通用变频器得到了迅速发展,各种品牌的变频器在自控领域的各行各业都得到了广泛的应用。但在一些有爆炸性气体和粉尘比较多的地方（煤矿\焦化厂\部分化工厂）变频器还没有得到充分的应用,究其原因主要是这些地方的变频器需要防爆,而这种变频器现在市场上还未见成熟产品。根据上述情况,我们山东风光电子有限公司与大屯煤电（集团）有限公司联合开发研制成功了矿用防爆变频器,该产品已经过有关部门鉴定,现已在大屯煤矿正式投产使用.
二、变频器的技术要求
1、工作环境 有爆炸性气体或粉尘较多的环境 （防爆）；
2、输入电压 交流660V±10% ；
3、调速范围 2—50HZ ；
4、保护功能 具有短路、过流、过压、欠压、超温、停电闭锁等功能；
5、工作方式 24小时连续工作制；
6、其他技术指标与通用变频器相同。
三、变频器的控制原理
1、主回路部分
变频器主回路包括空气断路器、三相整流器、滤波电容、IGBT逆变器
图1： 主回路电气原理框图
2、控制回路部分
变频器控制部分包括CPU控制器、IGBT驱动电路、电流检测电路、电压检测电路、保护电路、操作显示电路。其控制原理框图如下：
图2： 控制原理框图
3、变频器所用主要元件都是选用世界知名公司生产的名牌产品，性能优良，质量可靠。
（1） 逆变器部分选用德国西门子公司的IGBT模块，该模块饱和压将低，母线电感小，开关频率高，结构简单，安装方便。
（2） CPU控制器选用美国Intel公司的87C196MC单片机，该芯片功能齐全，运算速度快，是一种高性能的CHMOS 16位单片机，它功耗小，除正常工作外还可以工作于2种节电方式：待机方式和掉电方式。它内部有一个波形发生器，可以输出2组互补的3相PWM信号，特别使用于电机控制系统。
（3） 驱动电路采用日本三菱公司的M57959L专用驱动模块，该模块驱动功率大，信号隔离强，集成化程度高，性能优良，使用方便。
四、防爆变频器研制中的问题和对策
1、防爆问题
由于该变频器所使用的环境有爆炸性气体或粉尘较多，这就要求变频器密封防爆，所以它的外壳不能用普通的壳体，必需用标准的防爆腔，把变频器所有的元件都装在防爆腔内。在防爆腔门上开一个观察窗，把显示部分装在上面，把启动、停止、调速控制装在防爆腔门上。
2、散热问题
由于变频器的所有元件都装在防爆腔内，空气不能流动，散热问题成为该变频器所要解决的关键问题。在这里我们采用了一种新的散热技术-热管散热技术。
（1）热管技术原理
热管是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。由热管组成的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点。
（2）变频器结构布置
我们将主回路设计成一个大单元，安装在长方形防爆腔内后壁，后壁上通过一个过度散热器与IGBT模块、整流模块等发热元件接合，防爆外壳外壁加焊槽形散热器，过度散热器与槽形散热器通过热管相连接。变频器内部产生的热量就通过防爆腔后壁 过度散热器 热管 槽形散热器散发出去。
3、主回路结构与通用变频器的不同
（1）没有延时回路
避免因延时继电器动作时产生电火花造成的不安全因素，增加了变频器的安全可靠性。
（2）整流器容量选择比通用变频器增大一倍
目的是为了耐受住变频器开机瞬间电容充电电流的冲击。
（3）滤波电容选用多只无感电容并联
电解电容体积大，高温环境下易爆炸，不安全；而无感电容体积小，耐高温、高压，在这种环境下应用非常安全。
五、结束语
防爆变频器研制成功，填补了变频器应用行业的一项空白。当然，我们还将在结构、工艺、功能等方面进一步完善，把防爆变频器做的更完美，更可靠，更齐全。相信不远的将来防爆变频器在自动化领域内会有一个灿烂的天空。
参考文献：
《Intel 16 位单片机》 北京航空航天大学出版社 孙涵芳 主编
《变频器使用手册》 山东风光电子有限公司
