隔爆变频器技术工艺发展分析

第一节 隔爆变频器基本生产技术、工艺或流程

根据防爆变频器的技术和应用特点，采用以下关键工艺来确保产品技术性能：

（1）涂敷工艺技术

在功率器件表面涂刷硅脂，以填补模块底板与散热器之间的空隙，达到更均匀、更有效的散热效果，避免晶片结温超限，导致模块损坏。

（2）固定工艺技术

采用对功率器件分步固定及精确控制力矩的作业规程，确保功率器件的散热面与散热器的散热面更有效接触，散热效果更加充分，同时避免过大的力造成功率器件硬损伤，或者过小的力造成功率器件散热效果差或固定不到位的情况。

（3）高温老化工艺技术

老化工艺技术的理论基础是浴盆曲线，即通过高温老化这种方式筛除早期失效的元器件，从而达到提高产品可靠性、降低故障率的目的。

隔爆变频器生产工艺图

首先根据产品的设计电路，由电子车间完成 PCB 等电路板的焊接调试；然后，单元车间进行功率单元的组装，总装车间进行控制器和其他组件的组装；最后，总装车间在采购的箱体、柜体基础上，完成变压器和上述各种组件的装配。在上述生产过程中，品质部会全程进行监控，确保产品质量合格。

第二节 隔爆变频器新技术研发、应用情况

1、隔爆变频器在井下皮带机上的应用

皮带机是现代化煤矿高产高效的主要运输设备，皮带机的拖动技术形式多样，调速型液力偶合器、CST、固态软启动（既可控硅软启动）、交流变频拖动等多种形式。

煤矿井下皮带机目前对拖动技术的要求越来越高，基本要求是：①控制简单，启动特性好，调速性能好，启动转距大；②节能；③工作可靠，维护量小；④价格适中。采用无速度传感器矢量控制的隔爆变频器能够满足用户要求，是井下皮带机拖动的发展方向。

2、隔爆变频器技术简介

经过不断的研究与实验，由唐山开城电器公司生产的ZJT-30隔爆兼本安智能变频调整装置通过引进国外高效能热管散热技术，其极低热阻的高效散热性能，优越的双面散热形式使主要散热得到解决，最大散热能力达到650KW/1140V变频器的散热需要。

针对煤矿井下的特殊环境，隔爆变频器除了在箱体结构方面采取了相应的防潮、防滴水措施外，在主回路方面尽量加大爬电距离与电气间隙，在控制回路方面，所有的控制板均采取了特殊防潮措施。

采用隔爆变频器将大大提高皮带机的可靠性，降低机械系统损耗，减少运输系统的维护量，且节能明显。隔爆变频器以其特有的软启动特性，较高的性价比，将成为井下皮带机拖动的发展方向。

3、HPVFS隔爆变频器

HPVFS隔爆兼本安型变频器以全新的设计思路，将变频、矢量控制、隔爆及本质安全等技术相结合，具有多种控制模式、低速高转矩等特性，可四象限运行，具有能量回馈功能，节能效果明显。主要适用于煤矿井下或露天矿山、选煤厂等有爆炸危险场所的大负荷设备软起动、软停车控制。

4、组合式高压隔爆变频器

实用新型组合式高压隔爆变频器，属于电力电子设备技术领域；所要解决的问题是提供一种具有隔爆功能的组合式高压隔爆变频器；包括隔离变压器、功率模块单元、控制系统和输出接线部分，隔离变压器、功率模块单元、控制系统和输出接线部分之间通过电缆或光纤连接，隔离变压器设置在第一隔爆箱内，控制系统设置在第二隔爆箱内，输出接线部分设置在第三隔爆箱内，功率模块单元按照相同相位的功率单元分隔成第一功率模块单元组、第二功率模块单元组和第三功率模块单元组，第一功率模块单元组、第二功率模块单元组和第三功率模块单元组分别设置在相互独立的第四隔爆箱和第五隔爆箱和第六隔爆箱内；可在煤矿井下等需要隔爆的场合工作。

第三节 隔爆变频器国外技术发展现状

高压变频器国外主流供应厂商主要有西门子、罗宾康、罗克韦尔（AB）及ABB等。在国外，以西门子为代表的国外品牌占据大容量和为大型工程配套的高端市场。国外各大品牌的变频器生产商，均形成了系列化的产品，其控制系统也已实现全数字化。几乎所有的产品均具有矢量控制功能，完善的工艺水平也是国外品牌的一大特点。目前，在发达国家，只要有电机的场合，就会同时有变频器的存在。归纳欧美日等国外发达国家的高压变频技术现状，主要如下：

（1）技术开发起步早，并具有相当大的产业化规模。

（2）能够提供特大功率的变频器，目前已超过20000KW。

（3）变频调速产品的技术标准比较完备。

（4）与变频器相关的配套产业及行业已基本发展成熟。

（5）本国具备成熟的变频器用功率器件生产技术，如IGBT、IGCT、SGCT等。

（6）高压变频器在各个行业中被广泛应用，并取得了显着的经济效益。

（7）产品国际化、本土化加剧。

（8）创新技术、新工艺层出不穷，并被大量和快速地应用于产品中。

（9）采用输入多脉波整流，输出H桥逆变叠加多电平输出，逆变单元使用通用模块，无需输入、输出滤波器即可以控制高压异步电机与同步高压电机，该类型以美国罗宾康公司为代表。

（10）采用输入多脉波整流，输出E桥逆变叠加多电平输出，逆变单元使用高压模块，需输入、输出滤波器即可以控制高压异步电机与同步高压电机，该类型高压变频器以ABB公司和富士公司的产品为代表。

第四节 隔爆变频器技术开发热点、难点分析

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）没有回路避免因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

第五节 隔爆变频器未来技术发展趋势

随着“十二五”计划的推广实施，国家对节能环保产品的越来越重视，变频器作为通过改变电机工作电源频率和幅度，来控制交流电动机电力传动元件，对于节约能源有其独特的作用，因些变频器行业会呈现发展的趋势。

据了解，我国变频器行业起步较晚，高端变频器技术的研发一直存在瓶颈，由于变频器的节能环保作用和对电机等的保护作用，现在市场对变频器的需求旺盛，我国的变频企业应该要自主创新掌据核心技术才能够抢占市场份额，顺应变频器行业的发展趋势。