CN104113188A - 一种煤矿用防爆变频器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿用防爆变频器，包括由壳体后板、壳体维护框体及门体组成的防爆壳体，所述防爆壳体内设置整流功率单元，所述壳体后板上设置有部分伸入防爆壳体内的散热器基板，整流功率单元固定于散热器基板上，所述散热器基板的外部自散热器基板向外延伸并列设置有多个散热翅片，在各散热翅片之间均设置有散热间隙。使用寿命长，散热均匀，散热效率高。本发明的一个散热循环为：IGBT-导热硅脂-基板-散热翅片。传递环节少，因此传递的热量衰减较少。热量传递过程不存在气液形态变化，因此传热迅速。紫铜散热翅片导热效率高，相同时间内可以向空气中传递更多热量。

Description

一种煤矿用防爆变频器

技术领域

本发明涉及一种变频器，特别涉及一种煤矿专用防爆变频器。

背景技术

随着低压交流变频调速技术的日趋成熟和完善，通用变频器得到了迅速广泛的应用。但是有的时候，由于工况的特殊性，通用变频器则显得捉襟见肘了，比如说：煤矿井下胶带运输机、提升绞车、风机、刮板运输机等需要调速的电机拖动设备，以及化学厂的部分设备，就是其中一例。防爆变频器就是为这些比较特殊的工况而研制的由于防爆变频器具有防尘、防潮、防爆等优点，它主要用于煤矿、石油天然气、石油化工和化学工业。

矿用防爆变频器的主要发热单元是整流功率单元（IGBT）和逆变功率单元（IGBT）。整流功率单元与逆变功率单元使用相同的散热装置。

目前，矿用防爆变频器的主要散热装置为热管散热器。根据不同功率等级变频器的IGBT的发热量来选择对应热管散热器的型号和数量。

传统热管散热器与防爆变频器的连接方式轴向图如图1所示，传统热管散热器与IGBT的贴合关系如图2所示。

图1与图2中，IGBT作为主要发热元件，工作时产生大量热量，热量通过导热硅脂传递至热管散热基板，再由基板传递给镶嵌在基板内的热管，热管内的冷媒吸热气化，沿向上倾斜的管道上升同时通过散热翅片散热并上升至散热翅片处，气化的冷媒将热量传递给散热翅片，散热温度降低后的冷媒重新凝结成液体，在重力的作用下回流至基板内，从而完成散热。由于空气自然流通及风机做功，散热翅片将热量散发到空气中，完成一次散热循环。如需散热量过大，可辅以风机加大翅片周围空气的流量，从而增大散热效率。

传统变频器的散热方式是以上两图所示的热管散热，这种散热方式简单有效，但同时伴随着诸多问题。

1.散热效率低下。如上所述，一次散热循环需要经过IGBT-导热硅脂-散热基板-热管-冷媒-液\气\液转换，才能将热量传递给冷媒发散到空气中，整个散热过程环节多，不同环节热阻不同导致散热效率可以散发的热量逐环节递减，且冷媒需要经过液化-气化-液化三个阶段，速度较慢，另外由于且冷媒比热容相对较小，因此每次气液转换所能带走的热量不多导致整个系统反应速度不高，导致散热效率低下。

2.散热不均。热管散热主要通过经过抽真空处理的热管内的冷媒的液-气-液状态变换散热，所以热管在热管基板上的分布以及每根热管内冷媒的量，在实际的生产过程中的一致性很难把握，会导致热管不同区域的散热效率有差别，从而导致安装在同一热管上的不同的半导体功率器件散热条件不同，会导致部分半导体功率器件工作不正常而产生故障。由于IGBT在散热基板上分布不均，普通材质的散热基板无法将IGBT产生的热量迅速扩散到基板其他部分，导致IGBT周边温度过高，热管无法充分散热，其他部分温度不高，热管内的冷媒吸收不到热量，导致散热不均。

       3.管壳腐蚀。热管内的冷媒大部分为易气化的液体（液氨等），冷媒对热管管壁有腐蚀性，经过长时间工作后，使热管管壁变薄甚至泄漏，热管散热器泄漏后基本失去散热能力。

       4.容易形成气塞。由于冷媒在高温下会与管壁进行化学反应，或冷媒在高温下发生分解，生成不凝性气体，不凝性气体一直滞留在热管上部翅片处，使气化的冷媒无法与翅片完成热交换，严重降低热管散热效率。

       5.热管散热器体积庞大。为满足散热效率，热管散热器的散热翅片之间间距比较大，需散热量大时且需要另外加装轴流式散热风机，使成本进一步升高，体积更加庞大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构简单、成本低廉、体积更小、散热效率更高且不存在腐蚀及气塞的煤矿用防爆变频器。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种煤矿用防爆变频器，包括由壳体后板、壳体维护框体及门体组成的防爆壳体，所述防爆壳体内设置整流功率单元，所述壳体后板上设置有部分伸入防爆壳体内的散热器基板，整流功率单元固定于散热器基板上，所述散热器基板的外部自散热器基板向外延伸并列设置有多个散热翅片，在各散热翅片之间均设置有散热间隙。

上述的煤矿用防爆变频器，所述散热翅片与散热器基板一体成型设置。

上述的煤矿用防爆变频器，所述散热翅片沿散热器基板的长度方向垂直于散热器基板向外延伸设置。

上述的煤矿用防爆变频器，所述壳体后板上设置有增强散热间隙内空气流动的散热风机。

上述的煤矿用防爆变频器，所述散热风机的出风口与散热间隙平行设置。

上述的煤矿用防爆变频器，所述整流功率单元设置有与散热器基板固定连接的螺栓孔，在整流功率单元与散热器基板之间设置有提高导热效率的导热硅脂层。

上述的煤矿用防爆变频器，所述壳体后板周围设置有与壳体维护框体固定连接的螺栓孔。

上述的煤矿用防爆变频器，所述散热器基板与散热翅片采用紫铜材料制成。

本发明煤矿用防爆变频器的优点是：成本降低。热管散热器由于热管需要使用耐腐蚀材料，以及散热翅片加工难度高等原因，价格较高。紫铜散热翅片式散热器无需考虑冷媒与散热器相容问题，仅有紫铜及散热翅片两部分组成，因此加工难度低，且材料价格便宜。

1）  使用寿命长。由于不存在液体冷媒，因此不存在腐蚀问题，散热器使用寿命仅取决于抗形变能力。

2）  散热均匀。本发明的散热基板采用紫铜材料，IGBT产生的热量可迅速由投影面向基板四周迅速扩散，单位长度内，紫铜材料的不同位置温差小，因此IGBT产热可以均匀地散发到散热翅片上。

3）  散热效率高。本发明的一个散热循环为：IGBT-导热硅脂层-基板-散热翅片。传递环节少，因此传递的热量衰减较少。热量传递过程不存在气液形态变化，因此传热迅速。紫铜散热翅片导热效率高，相同时间内可以向空气中传递更多热量。

附图说明

图1为传统热管散热器与防爆变频器连接方式示意图；

图2为传统热管散热器与IGBT的连接结构示意图；

图3为本发明的结构示意图；

图4为本发明散热器基板与散热翅片相连接的结构放大图；

图5为本发明散热器基板、散热翅片与IGBT的连接结构示意图；

图6为图5中Ⅰ部分的局部结构放大图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明；

如图3、4、5、6所示，一种煤矿用防爆变频器，包括由壳体后板1、壳体维护框体2及门体3组成的防爆壳体4，所述防爆壳体4内设置整流功率单元5，所述壳体后板1上设置有部分伸入防爆壳体4内的散热器基板6，整流功率单元5固定于伸入防爆壳体4内的散热器基板6上，所述散热器基板6的外部自散热器基板6向外延伸并列设置有多个散热翅片7，在各散热翅片7之间均设置有散热间隙8。

为提高散热效果，增强热传递效率，所述散热翅片7与散热器基板6一体成型设置，散热器基板6与散热翅片7采用散热均匀的紫铜材料制成。所述散热翅片7沿散热器基板6的长度方向垂直于散热器基板6向外延伸设置，即各散热翅片7均水平层叠设置，便于通风，当然，散热翅片7也可以垂直于水平方向设置。为增强散热效率，在所述壳体后板1上设置有增强散热间隙8内空气流动的散热风机9。为使得散热翅片7能够更快的将整流功率单元5所产生的热量散发，散热风机9的出风口与散热间隙8平行设置。整流功率单元5设置有与散热器基板6固定连接的螺栓孔，在整流功率单元5与散热器基板6之间设置有提高导热效率的导热硅脂层。所述壳体后板1的周围设置有与壳体维护框体2固定连接的螺栓孔10。散热器基板6的周围同样设置有与壳体后板1固定连接的螺栓孔11，二者可通过螺栓常规可拆卸式连接。

本发明产品的散热过程如下：IGBT运行产热后，由导热硅脂层将热量传递给紫铜散热器基板6，散热器基板6将热量直接传递给散热翅片7，在空气自然流通和轴流式散热风机的作用下，将热量散发到空气中。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种煤矿用防爆变频器，包括由壳体后板、壳体维护框体及门体组成的防爆壳体，所述防爆壳体内设置整流功率单元，其特征在于：所述壳体后板上设置有部分伸入防爆壳体内的散热器基板，整流功率单元固定于散热器基板上，所述散热器基板的外部自散热器基板向外延伸并列设置有多个散热翅片，在各散热翅片之间均设置有散热间隙。

2.根据权利要求1所述的煤矿用防爆变频器，其特征是：所述散热翅片与散热器基板一体成型设置。

3.根据权利要求2所述的煤矿用防爆变频器，其特征是：所述散热翅片沿散热器基板的长度方向垂直于散热器基板向外延伸设置。

4.根据权利要求2或3所述的煤矿用防爆变频器，其特征是：所述壳体后板上设置有增强散热间隙内空气流动的散热风机。

5.根据权利要求4所述的煤矿用防爆变频器，其特征是：所述散热风机的出风口与散热间隙平行设置。

6.根据权利要求5所述的煤矿用防爆变频器，其特征是：所述整流功率单元设置有与散热器基板固定连接的螺栓孔，在整流功率单元与散热器基板之间设置有提高导热效率的导热硅脂层。

7.根据权利要求6所述的煤矿用防爆变频器，其特征是：所述壳体后板周围设置有与壳体维护框体固定连接的螺栓孔。

8.根据权利要求7所述的煤矿用防爆变频器，其特征是：所述散热器基板与散热翅片采用紫铜材料制成。