CN201409082Y - 改进的矿用隔爆兼本质安全型变频调速装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型所说的改进的矿用隔爆兼本质安全型变频调速装置包含热管散热器单元和电磁干扰抑制单元。热管散热器嵌装在防爆壳体上，功率器件通过导热绝缘垫片和热管散热器端面密合安装。电磁干扰抑制单元包括串接在电源输入端的电抗器或LC谐波滤波器；动力装置接地线和控制装置接地线分离安装；变频调速器的计算机控制单元安装在屏蔽腔内；变频调速器的IGBT驱动单元和控制单元之间用光纤进行信号传递。本实用新型提高了矿用隔爆兼本安型变频调速装置的工作效率和可靠性，减少了对电网的高频谐波干扰，保证了电网的供电质量。

Description

改进的矿用隔爆兼本质安全型变频调速装置

技术领域

本实用新型属于矿用机电设备技术领域，具体涉及一种改进的矿用隔爆兼本质安全型变频调速装置。

背景技术

目前矿用变频器散热方式现状如下，因为矿用变频器要在矿山井下使用，该场合有多种易燃易爆的气体和物质，所以这种场合的工业设备控制系统只能密封在厚实的防爆金属密封箱体中，但防爆箱体内部空间又不能与外界防爆区域直接进行散热交换，因此如何使变频器在防爆箱内部有效的散热将直接影响设备的正常运行？这一问题一直以来困扰着变频器的制造厂家和矿山使用单位，没有一个彻底有效的解决方法。从目前该设备的现状看，上述问题有几种解决方式，这几种方式都没能够很好的解决变频器的散热问题：变频调速技术应用于低电压、小功率及控制简单的民用设备时，许多人并未认识到对周围设备造成的影响，但当其应用于中高压、大功率、通讯控制复杂的设备，尤其在矿井下供电系统和工作较为复杂的环境中，对周围设备的影响显得特别突出。主要原因是变频器中含有大功率二极管、可控硅整流和大功率高频开关管的逆变等造成的。如图1所示，国内先前生产的变频设备在启动和运行中产生了高次谐波，其谐波份量高于国家标准，对电网产生了较为严重的污染。虽然许多生产厂商认识变频器本身有铁壳屏蔽，不让其电磁干扰泄漏，但不论何种变频器均会产生高次谐波，且与一般无线电电磁干扰一样会通过传导、电磁辐射和感应耦合等方式，对电网和周围设备造成一些危害，只是干扰的程度不同。系统简单的地面低压小功率变频器的干扰小一些，系统复杂的矿山高压大功率变频器干扰程度尤为突出。矿山井下变频器干扰是客观存在的事实，往往使自身系统甚至系统外的相关联设备不能正常工作，比如出现：变压器温度过高造成其容量裕度变小；电机温度长期高达100℃，电机频繁匝间短路烧毁；各种开关的零序保护动作无法正常使用；设备出现共振现象；振动变送器、温度寻检仪等测控仪表无法正常工作，甚至在安装很短的时间就损坏；电脑、井下的工控计算机以及以单片机为核心的各种电气设备严重瘫痪。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种矿用隔爆兼本质安全型变频调速装置散热问题和电磁干扰问题的技术解决方案，具体是提供一种改进的矿用隔爆兼本质安全型变频调速装置。

本实用新型采用的技术解决方案如下：

改进的矿用隔爆兼本质安全型变频调速装置还包含热管散热单元和电磁干扰抑制单元。

热管散热单元包括热管5，散热片4，热管基板2构成的热管散热器，热管基板2为二级阶梯结构，热管基板2嵌装在变频器防爆壳体3上，功率器件1通过导热绝缘垫片和热管基板2端面密合安装。

电磁干扰抑制单元包括串接在电源输入端的电抗器，或LC型谐波滤波器；动力装置接地线和控制装置接地线分离安装；变频调速装置的计算机控制单元安装在屏蔽腔内；变频调速装置的IGBT驱动单元和控制单元之间使用光纤进行信号传递。

本实用新型的积极效果是：提高了矿用隔爆兼本质安全型变频调速装置的工作效率和可靠性，减少对电网的高频谐波干扰，保证了电网的供电质量。

附图说明

图1为本实用新型热管散热器结构和安装示意图。

具体实施方式

如图1所示：改进的矿用隔爆兼本质安全型变频调速装置包含热管散热单元和电磁干扰抑制单元。

热管散热单元包括热管5，散热片4，热管基板2构成的热管散热器，热管基板2为二级阶梯结构，热管基板2嵌装在变频器防爆壳体3上，功率器件1通过导热绝缘垫片和热管基板2端面密合安装。

电磁干扰抑制单元包括串接在电源输入端的电抗器，或LC型谐波滤波器；动力装置接地线和控制装置接地线分离安装；变频调速装置的计算机控制单元安装在屏蔽腔内；变频调速装置的IGBT驱动单元和控制单元之间使用光纤进行信号传递。

一般变频器的功耗为其容量的4％～5％，其中逆变部分约占50％，整流及直流回路约占40％，控制及保护电路占10％左右。因此，需要解决如何将逆变、整流回路高发热器件的热量迅速有效地通过防爆壳体散发出去，保证功率器件的正常工作温度，而热管散热器则是一种较为实用合理的技术途径。

热管是一种传热性极好的人工构件，它利用“相变”传热的原理，与金属铜、铝等实体材料和天然传热方式完全不同。其有效导热性是铜、铝等有色金属的成百、上千倍。热管散热器就是利用热管技术对散热器进行改进而制作出来的新品，对于双面散热的分立电力电子器件，风冷的全铜或全铝散热器的热阻只能达到0.04℃/W，而热管散热器的热阻可达0.01℃/W。在自然对流冷却条件下，热管散热器比实体散热器的性能可提高10倍以上。热管散热器可以采用自冷的方式，无需风扇，没有噪音，免维修，安全可靠。图2所示为采用水-铜热管散热器(以水为介质，铜为管壳材料)，其蒸发段以压装方式装入铜材制成的基座，基座平面固定功率器件，冷凝段压装铝质散热片，形成热管散热器可有效地将功率器件在防爆腔体积聚地热量传导到壳体外并通过散热片快速散发，从而就解决了较大功率防爆变频器的散热问题。

变频器的输入部分为整流电路，输出部分为逆变电路，它们都是由起开关作用的非线性元件组成，在开断电路的过程中，都要产生高次谐波，由于功率较大，对系统其它设备干扰性较强，其干扰途径主要为传导、电磁辐射及感应耦合。为防止干扰，可从硬件和软件两个方面入手，硬件抗干扰的原则就是要抑制和消除干扰源，切断干扰的耦合通道和降低系统干扰信号的敏感性。因此，可以采取隔离、滤波、屏蔽、接地等措施，将干扰抑制在相关标准允许的范围内。

采用从源头抑制电磁干扰的产生，使之降到最小；并采用切实可行的办法把设备不可避免的干扰波除掉，杜绝其对自身和周边关联设备的影响。在电源端加三相电抗器和电磁滤波器，采用高性能IGBT等进口器件，采用切实可行的屏蔽、接地，系统合理的布线等抗干扰措施，有效的抑制了来至设备的传导干扰和辐射。

具体施工工艺如下：

(1)串接电抗器或安装谐波滤波器

在电源输入端串接合适的电抗器或安装LC型谐波滤波器，以吸收谐波和增大电源或负载阻抗达到抑制谐波的目的。

(2)接地分开

通过共用的接地线传播干扰是干扰传播的最普遍的方式。将动力线的接地与控制线的接地分开是切断这一途径的根本方法，即将动力装置的接地端子接到地线上，将控制装置的接地端子接到该装置的金属外壳上。

(3)布线分离

信号线靠近有干扰源电流的导线时，干扰会被诱导到信号线上，使信号线上的信号受到干扰，布线分离对消除这种干扰行之有效。把动力电缆、控制电缆以及信号电缆分开走线，在有限的空间内保持一定间隔，尽量增大干扰源与受扰电路间的距离。模拟量、低电平、高电平信号采用屏蔽双绞线连接并单独占用走线槽。控制电缆最好与其主回路线以垂直的方式走线。

(4)采用变压器隔离

采用隔离变压器将电源与控制回路隔离，隔离变压器可应用具有隔离层的隔离变压器。

(5)屏蔽

将计算机控制单元予以屏蔽，IGBT的驱动单元和控制单元之间使用光纤进行信号传递。

本实用新型从启动到正常运行过程中对产生的谐波显著减少，远低于国家标准线，对电网的谐波干扰显著减少，大大提高该设备的启动和运行特性。

Claims (3)

1.改进的矿用隔爆兼本质安全型变频调速装置，其特征是：所说的改进的矿用隔爆兼本质安全型变频调速装置，包含热管散热单元和电磁干扰抑制单元。

2.根据权利要求1所说的改进的矿用隔爆兼本质安全型变频调速装置，其特征是：热管散热单元包括热管(5)，散热片(4)，热管基板(2)构成的热管散热器，热管基板(2)为二级阶梯结构，热管基板(2)嵌装在变频器防爆壳体(3)上，功率器件(1)通过导热绝缘垫片和热管基板(2)端面密合安装。

3.根据权利要求1所说的改进的矿用隔爆兼本质安全型变频调速装置，其特征是：电磁干扰抑制单元包括串接在电源输入端的电抗器或LC型谐波滤波器；动力装置接地线和控制装置接地线分离安装；变频调速装置的计算机控制单元安装在屏蔽腔内；变频调速装置的IGBT驱动单元和控制单元之间使用光纤进行信号传递。

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