防爆變頻器散熱處理有哪些方式

1、防爆變頻器技術防爆處理
　　
　　由于該變頻器所使用的環境有爆炸性氣體或粉塵較多，這就要求變頻器密封防爆，所以它的外殼不能用普通的殼體，必需用標準的防爆腔，把變頻器所有的元件都裝在防爆腔內。在防爆腔門上開一個觀察窗，把顯示部分裝在上面，把啟動、停止、調速控制裝在防爆腔門上。
　　
　　2、防爆變頻器技術處理 散熱問題
　
　　由于變頻器的所有元件都裝在防爆腔內，空氣不能流動，散熱問題成為該變頻器所要解決的關鍵問題。在這里我們采用了一種新的散熱技術-熱管散熱技術。

（1）熱管技術原理熱管是一種具有*導熱性能的傳熱元件，它通過在全封閉真空管內工質的蒸發與凝結來傳遞熱量，具有*的導熱性、良好的等溫性、冷熱兩側的傳熱面積可任意改變、可遠距離傳熱、可控制溫度等一系列優點。由熱管組成的換熱器具有傳熱效率高、結構緊湊、流體阻損小等優點。

（2）變頻器結構布置我們將主回路設計成一個大單元，安裝在長方形防爆腔內后壁，后壁上通過一個過度散熱器與IGBT模塊、整流模塊等發熱元件接合，防爆外殼外壁加焊槽形散熱器，過度散熱器與槽形散熱器通過熱管相連接。變頻器內部產生的熱量就通過防爆腔后壁過度散熱器熱管槽形散熱器散發出去。
　　

3、主回路結構與通用變頻器的不同
　　
　　（1）沒有回路避免因繼電器動作時產生電火花造成的不安全因素，增加了變頻器的安全可靠性。（2）整流器容量選擇比通用變頻器增大一倍目的是為了耐受住變頻器開機瞬間電容充電電流的沖擊。（3）濾波電容選用多只無感電容并聯電解電容體積大，高溫環境下易爆炸，不安全;而無感電容體積小，耐高溫、高壓，在這種環境下應用非常安全。

2 散熱方式的分類 

　　變頻器的散熱分為以下幾種:自然散熱，強迫風冷，水冷。 

2.1自然散熱 

　　對于小容量的變頻器一般選用自然散熱方式，其使用環境應通風良好，無易附著粉塵及飄浮物。此類變頻器的拖動對象多為家用空調、數控機床之類，功率很小，使用環境比較優良。 

　　另外一種使用自然散熱方式的變頻器容量并不一定小，那就是防爆變頻器。對于此類變頻器小容量可以選用一般類型的散熱器即可，要求散熱面積在允許的范圍內盡可能的大一些，散熱肋片間距小一些，盡可能的增加熱輻射面積。對于大容量的防爆變頻器，如使用自然散熱方式建議使用熱管散熱器。熱管散熱器是近年來新興的一種散熱器，它是熱管技術與散熱器技術結合的一種產品，它的散熱效率*，可以將防爆變頻器的容量做的比較大，可達幾百kVA。這種散熱器相對普通散熱器，所不同之處就是體積相對大，成本高。這種散熱方式與水冷方式(后面將論述)相比較還是有優勢的:水冷要用水冷器件，水冷散熱器以及*的水循環系統等等，其成本比使用熱管散熱器散熱高。業界反映熱管散熱器性能好，值得推廣。 

2.2 強迫風冷 

　　強迫風冷是普遍采用的一種散熱方式。隨著半導體器件的發展，半導體器件散熱器也得到了飛速的發展，趨向標準化，系列化，通用化;而新產品則向低熱阻，多功能，體積小，重量輕，適用于自動化生產與安裝等方向發展。世界幾大散熱器生產商，產品多達上千個系列，并全部經過測試，提供了使用功率與散熱器熱阻曲線，為用戶準確選用提供了方便。同時散熱風機的發展也相當快，呈現出體積小，長受命，低噪聲，低功耗，大風量，高防護的特點。如DELTA CPU風扇體積只有25mm×25mm×10mm;日本SANYO長壽命風機可達200000h，防護等級可達IPX5; 更有德國ebm大風量軸流風機，排風量高達5700m3/h。這些因素為設計者提供了非常廣闊的選擇空間。強迫風冷正是由于使用的器件(風機、散熱器)選擇比較容易，成本不是太高, 變頻器的容量可以做到從幾十到幾百kVA，甚至更高(采取單元并聯方式)才被廣為采用。 

2.3 水冷 

　　水冷是工業冷卻較常用的一種方式。針對變頻器這種設備選用該方式散熱的很少，因為它的成本高，體積大，再由于通用變頻器的容量在幾kVA到近百kVA，容量不是很大，很難將性價比做到讓用戶接受的程度，只有在特殊場合(如需要防爆)以及容量特別大的變頻器才采用這種方式。 

2.4 小結 

　　無論采用哪種散熱方式，都應根據變頻器的容量，確定它的功耗，選擇適當的風機，以及適當的散熱器，達到優良的性價比，同時也應將變頻器所使用的環境因素充分考慮到。針對環境比較惡劣(高溫，高濕，煤礦，油田，海上平臺)的情況，必須采取相應的措施，確保變頻器正常可靠的運行。從變頻器本身，應盡可能的避免不利因素的影響，例如針對灰塵、風沙的影響可以進行密封處理，只有散熱器風道與外界空氣接觸，避免了對變頻器內部的影響;針對鹽霧，潮濕等可以對變頻器各部件進行絕緣噴涂處理;野外作業用變頻器要加防護，做到防雨，防曬，防霧，防塵;對于高溫高濕環境可以增加空調等設備進行降溫除濕，給變頻器一個良好的環境，確保變頻器可靠運行。 

3 散熱器散熱效果及選用原則的討論 

　　資料表明，散熱器表面經電泳涂漆發黑或陽極氧化發黑后，其散熱量在自然冷卻情況下可提高10~15%，在強迫風冷情況下可提高20~30%，電泳涂漆后表面耐壓可達500V~800V。所以在選擇散熱器及制定加工工藝時，對散熱器進行上述工藝處理會大大提高本身的散熱能力，還可以增強絕緣性，降低了因安裝不當造成的爬電距離過小，電氣間隙不夠等帶來的不利影響。 

　　散熱效果優劣與安裝工藝有密切關系，安裝時盡量增大功率模塊與散熱器的接觸面積降低熱阻，提高傳熱效果。在功率器件與散熱器之間涂一層薄薄的導熱硅脂可以降低熱阻25~30%。如需要在功率器件與散熱器之間加絕緣或加墊塊來方便安裝，建議使用低熱阻材料:薄云母，聚酯薄膜或紫銅塊，鋁塊。合理安排器件在散熱器上的位置，單件安裝時應使器件位于散熱器基面中心位置，多件安裝時應均勻分布。緊固器件時需保證扭力一致。安裝完畢后不宜對器件及散熱器再進行機械加工，否則會產生應力，增加熱阻。單面肋片式散熱器，適于在設備外部作自然風冷，即利于功率器件的通風又可降低機內溫度。自然風冷時，應使散熱器的斷面平行于水平面的方向;強迫風冷時，應使氣流的流向平行于散熱器的肋片方向。 

　　根據半導體器件的功耗選擇散熱器，可參考式(1): 

　　Q = (Tj - Ta)÷(Rjc + Rcs + Rsa) (1) 

　　式(1)中: Q—耗散功率 W 
　　　Tj—結點(P-N)溫度 ℃ 
　　　Ta—環境空氣溫度 ℃ 
　　　Rjc—由結點至管殼熱阻 ℃/W 
　　　Rcs—由管殼至散熱器熱阻 ℃/W 
　　　Rsa—由散熱器表面至環境空氣熱阻 ℃/W 

　　在多數情況下，除由散熱器表面至空氣zui大熱阻Rsa以外，所有上述參數均為已知或者可以得到，因此該參數即為選擇散熱器的基礎。式(1)為一基本公式，可適用于自冷或強冷。在用于強迫風冷式散熱器選擇的資料中多介紹Rsa; 但對于自冷式ΔTsa(散熱器與空氣溫差)則更為常見。由式(1)可得到如下簡化結果: 

　　ΔTsa = (Tj－Ta)－Q(Rjc＋Rcs) (2) 

　　該式已不出現Rsa與Q乘積，而是允許得到zui大值 ΔTsa，因而得到能與常見自冷式圖形資料進行直接比較的參數。 

　　利用式(1)通過下面的例子來說明如何為一只半導體器件選擇散熱器。某一只半導體器件其管芯結溫在運行時不得超過125℃(TJ)，在環境溫度為50℃(TA)時的功耗為10W(Q)，制造商提供的該器件的Rjc為1.5℃/W，Rcs可按 0.09℃/W計算，通過式(1)得到Rsa的表達式:

　　　Rsa=(Tj－Ta)÷Q－(Rjc＋Rcs) (3) 

　　將已知數代入式(3) Rsa=(125-50)÷10-(1.5＋0.09) 

　　　Rsa=5.9℃/W 

　　這就是可用的Rsazui大值，如散熱器可提供Rsa較小值即可接受，因為zui終的管芯結溫將小于125℃規定值。利用Rsa值可以選擇各種散熱器并了解相應的特性。 

4 選擇風機的一點經驗 

　　根據變頻器功耗可選擇適當的風機為其散熱。根據經驗每排出1kW功耗產生的熱量, 需要風機的排風量為360m3/h，而變頻器的功耗為其容量的4~5%，這里我們按5%計算，可以得到變頻器適配風機與其容量的關系: 

　　風機的排風量(m3/h)=變頻器容量×5%×360m3/h/kW 

　　我們可根據上面的經驗公式為JD-BP32-90J的變頻器選擇風機，該變頻器容量為90kW 

　　風機的排風量(m3/h)=90kW×5%×360m3/h/kW 

　　風機的排風量=1620m3/h 

　　根據此排風量選擇風機，通過資料我們選用德國ebm風機,型號為w2e250-cl06-01,其排風量為1730m3/h，這個值大于我們的計算值, 可以選用，實踐證明也是可行的。 

5 結束語 

　　事實表明處理好變頻器的散熱不僅要求設計者從變頻器本身做到，還要求使用者正確使用 嚴格按照使用說明進行安裝, 有足夠的通風空間，適合的使用環境，并且盡可能做到定期維護, 尤其是水泥，煤炭等多粉塵行業，定期給使用環境除塵, 對變頻器風道除塵，這樣才能使變頻器的散熱系統發揮正常功能，使變頻器的溫升在允許值之內，變頻器才能可靠運行, 而為企業帶來更大的經濟及社會效益。