摘 要 變頻器主要對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無(wú)極調(diào)速
關(guān)鍵詞 防爆變頻器
0 引言
隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，電氣傳動(dòng)領(lǐng)域也發(fā)生了重大的技術(shù)變革。變頻器自上世紀(jì)80年代進(jìn)入我國(guó)以來(lái)
，在短短的幾十年里得到了非常廣泛的應(yīng)用。
變頻器由初期的變壓變頻(VVVF)調(diào)速方案
，到如今的矢量、直接轉(zhuǎn)矩控制方案
石油化工行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)行業(yè)
，同時(shí)也是能耗大戶(hù)。石化行業(yè)作為一個(gè)特殊的行業(yè)，有其獨(dú)特的背景。風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載也成了石化企業(yè)最主要的能耗設(shè)備，在實(shí)際生產(chǎn)中，這些設(shè)備都有較大的裕度，機(jī)泵的負(fù)載率通常只有60%～80%，而且很多采油設(shè)備是全天候工作
1 設(shè)計(jì)原理
變頻器的調(diào)速范圍大
，可以通過(guò)改變電機(jī)電源頻率方式進(jìn)行無(wú)極調(diào)速，但是在有爆炸性氣體混合物的危險(xiǎn)場(chǎng)所中使用，必須對(duì)變頻器進(jìn)行防爆處理。其設(shè)計(jì)原則為
(1)采用國(guó)標(biāo)GB 3836.1—2010 爆炸性氣體環(huán)境 第1部分：通用要求
、GB 3836.2—2010爆炸性環(huán)境第2部分：由外殼“d”保護(hù)的設(shè)備和GB/T 3836.5—2017 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第5部分：由正壓外殼“p”保護(hù)的設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)。
(2)滿(mǎn)足石油化工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)防爆變頻器的使用要求
。
(3)保證防爆變頻器在爆炸性混合物危險(xiǎn)場(chǎng)所長(zhǎng)期安全運(yùn)行。
2 防爆變頻器所采用的防爆型式
根據(jù)變頻器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和發(fā)熱原理
2.1 隔爆型
此種防爆型式是我國(guó)防爆行業(yè)采用的最為廣泛的一種形式
(1)耐爆性
隔爆型電氣設(shè)備的耐爆性其實(shí)就是外殼的強(qiáng)度問(wèn)題
在隔爆型電氣設(shè)備的制造和維修過(guò)程中
，規(guī)定不同容積的外殼其內(nèi)部承受壓力試驗(yàn)(一般為水壓)的數(shù)值亦不同
表1 不同容積不同氣體類(lèi)別的水壓試壓壓力
[width=434,height=123,dpi=110]
(2)隔爆性
隔爆型電氣設(shè)備的隔爆性要求殼體上所有通過(guò)裝配的零部件與大氣溝通的間隙都能阻止火焰向外傳播
隔爆外殼的隔爆性是建立在隔爆接合面對(duì)內(nèi)部的爆炸火焰有冷卻作用為理論基礎(chǔ)的
2.2 正壓型
這種防爆型式的防爆原理是保證內(nèi)部保護(hù)氣體(一般潔凈的空氣或者惰性氣體)的壓力高于周?chē)悦獗ㄐ曰旌衔镞M(jìn)入外殼內(nèi)，或保證足量的保護(hù)氣體通過(guò)使內(nèi)部的爆炸性混合物的濃度降至爆炸下限以下
(1)正壓型防爆電氣設(shè)備在投入運(yùn)行前或退出運(yùn)行后所有可能帶電的電氣部分必須采用了相應(yīng)的防爆型式
(2)必須有可靠的措施保證正壓型防爆電氣設(shè)備在投入運(yùn)行前，首先進(jìn)行換氣工作，即用足量的保護(hù)性氣體通過(guò)正壓外殼和管道
(3) 必須有可靠的措施保證正壓外殼和管道在未形成正壓前
(4)電氣設(shè)備必須有可靠的自動(dòng)連鎖裝置
3 防爆變頻器的散熱處理
3.1 散熱的必要性
變頻器作為一種變流器在運(yùn)行過(guò)程中要產(chǎn)生一定的功耗。由于使用器件不同，控制方式不同
3.2 散熱的處理方式
對(duì)于小功率的變頻器，因發(fā)熱量不是太大
，可以放置在隔爆腔內(nèi)，變頻器產(chǎn)生的熱量通過(guò)防爆金屬外殼傳導(dǎo)出箱外；由于傳導(dǎo)速度緩慢，一般還需對(duì)變頻器降容使用，降低其發(fā)熱量，且適當(dāng)放大隔爆腔體，從而增大隔爆外殼的散熱面積；對(duì)于大功率的變頻器而言，因加工精度和爆炸能量的限制，隔爆腔不能過(guò)于龐大
3.2.1 熱管散熱
熱管是具有極高效能的傳熱元件
根據(jù)上面變頻器的熱量能耗分析：90%的發(fā)熱量來(lái)源于主回路的整流和逆變部分，我們將此部分(主要指絕緣柵雙極晶體管
，簡(jiǎn)稱(chēng)IGBT模塊)單獨(dú)安裝在基板內(nèi)表面上(基板材質(zhì)可以為銅或者鋁型材，銅的導(dǎo)熱性?xún)?yōu)于鋁，但成本高)，在安裝固定這些功率器件時(shí)，需在基板和發(fā)熱元件之間直接加導(dǎo)熱硅膠，保證其之間的導(dǎo)熱性能。蒸發(fā)段以壓裝方式裝入銅或鋁材制成的基座內(nèi)，冷凝段壓裝鋁質(zhì)散熱片，形成熱管散熱器
這樣變頻器在工作中產(chǎn)生的主要熱量
，通過(guò)防爆腔后壁的基板直接傳導(dǎo)到熱管上，并通過(guò)散熱片迅速散發(fā)到隔爆腔外的空氣中，保證箱體內(nèi)部的溫升在變頻器的允許范圍之內(nèi)。如果現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)環(huán)境密閉，空氣流動(dòng)性差，為了加速熱管和散熱片上的熱量散發(fā)，可以在熱管的正下方配一個(gè)防爆風(fēng)機(jī)，這樣散熱效果更佳。
那么變頻器放置在隔爆殼體內(nèi)
對(duì)于自然散熱
Q=KA△T
(1)
式中
，Q—柜體表面積發(fā)散的熱量，W；K—熱傳導(dǎo)系數(shù)，W/ m2K
(1)單個(gè)柜體，四周有空：A=1.8×高×(寬+深)+1.4×寬×深
(2)單個(gè)柜體
(3)起始或終端柜體，四周有空：A=1.4×寬×(高+深)+1.8×寬×高
(4)起始或終端柜體
(5)位于中間的柜體，四周有空：A=1.8×寬×高+1.4×寬×深+深×高
(6)位于中間的柜體
(7)位于中間的柜體，用于壁裝
△T—柜內(nèi)外的溫差，柜體內(nèi)部的溫度減去柜體外面的溫度(即現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度)
按照GB 3836.2—2010對(duì)隔爆殼體的要求
那么根據(jù)式(1),此鋼制柜體的最大能散發(fā)的熱量為5.5×4.32×(50-25)=594W
如果隔爆腔不考慮其它發(fā)熱元件引起的溫升
但如果采用熱管散熱處理
3.2.2 正壓通風(fēng)散熱
采用介質(zhì)隔離點(diǎn)燃源達(dá)到電器防爆的目的
正壓通風(fēng)型防爆柜為不間斷連續(xù)供風(fēng)
一臺(tái)正壓柜到底需要提供多大流量的壓縮氣源
4 對(duì)比分析
隔爆型和正壓通風(fēng)型防爆變頻柜在爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所使用具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)
(1)相對(duì)于隔爆型防爆結(jié)構(gòu)
，正壓通風(fēng)型變頻柜更容易設(shè)計(jì)制造；但隔爆型變頻柜安裝維護(hù)簡(jiǎn)便，適合使用的危險(xiǎn)區(qū)域多。
(2)正壓通風(fēng)柜現(xiàn)場(chǎng)必須提供連續(xù)不斷的壓縮氣源，使用場(chǎng)所有一定的局限性
，在不具備氣源的場(chǎng)所其運(yùn)行成本較高。
(3)對(duì)于大功率的變頻器
，正壓通風(fēng)柜的散熱性能好，優(yōu)于隔爆型柜體。
(4)外觀(guān)上來(lái)看，正壓通風(fēng)柜要比隔爆型柜體更加美觀(guān)和輕便
，遠(yuǎn)距離運(yùn)輸成本低。5 結(jié)語(yǔ)
本文分析了目前防爆變頻器兩種主要的防爆處理方式
，并比較了它們的優(yōu)缺點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，通過(guò)不斷的研究，在滿(mǎn)足國(guó)家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的防爆要求的前提下，一定會(huì)研制出成本更低，散熱效果更好的防爆處理方式。- 相關(guān)產(chǎn)品
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