摘 要 變頻器主要對電動機(jī)進(jìn)行無極調(diào)速
關(guān)鍵詞 防爆變頻器
0 引言
隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展,電氣傳動領(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)入我國以來
變頻器由初期的變壓變頻(VVVF)調(diào)速方案
石油化工行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)行業(yè)
1 設(shè)計(jì)原理
變頻器的調(diào)速范圍大,可以通過改變電機(jī)電源頻率方式進(jìn)行無極調(diào)速,但是在有爆炸性氣體混合物的危險(xiǎn)場所中使用
,必須對變頻器進(jìn)行防爆處理。其設(shè)計(jì)原則為
(1)采用國標(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)滿足石油化工現(xiàn)場對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)場所長期安全運(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
,目前各個(gè)廠家普遍采用的是隔爆型和正壓通風(fēng)型兩種防爆型式。2.1 隔爆型
此種防爆型式是我國防爆行業(yè)采用的最為廣泛的一種形式,防爆原理是將能產(chǎn)生火花電弧的部件置于隔爆殼體內(nèi)
(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)度問題
在隔爆型電氣設(shè)備的制造和維修過程中
,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。對于小型設(shè)備不能測定參考壓力時(shí),則應(yīng)采用下列相應(yīng)壓力進(jìn)行靜壓試驗(yàn),如表1所示。
表1 不同容積不同氣體類別的水壓試壓壓力
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(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裝配的零部件與大氣溝通的間隙都能阻止火焰向外傳播,這些特殊的間隙稱為隔爆結(jié)合面
,其接合縫隙稱為隔爆結(jié)合面間隙。
隔爆外殼的隔爆性是建立在隔爆接合面對內(nèi)部的爆炸火焰有冷卻作用為理論基礎(chǔ)的
。隔爆接合面的結(jié)構(gòu)應(yīng)該能保證熄滅間隙中的火焰,損失至少20%的能量。為此隔爆接合面的寬度L、間隙(或直徑差)i2.2 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)的壓力高于周圍以免爆炸性混合物進(jìn)入外殼內(nèi)
,或保證足量的保護(hù)氣體通過使內(nèi)部的爆炸性混合物的濃度降至爆炸下限以下。按照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)備的規(guī)定,正壓型防爆電氣設(shè)備在安全措施上必須滿足如下幾個(gè)方面的要求。
(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
(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)行過程中要產(chǎn)生一定的功耗
3.2 散熱的處理方式
對于小功率的變頻器,因發(fā)熱量不是太大
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,簡稱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)熱性優(yōu)于鋁
這樣變頻器在工作中產(chǎn)生的主要熱量
,通過防爆腔后壁的基板直接傳導(dǎo)到熱管上
那么變頻器放置在隔爆殼體內(nèi)
,多大功率以下的可以采用自然散熱。
對于自然散熱
,目前的廠家一般按照某公司提供的經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算的。
Q=KA△T
(1)
式中
,Q—柜體表面積發(fā)散的熱量
(1)單個(gè)柜體
(2)單個(gè)柜體,用于壁裝:A=1.4×寬×(高+深)+1.8×深×高
(3)起始或終端柜體
(4)起始或終端柜體,四周有空:A=1.4×高×(寬+深)+1.4×寬×深
(5)位于中間的柜體
(6)位于中間的柜體
(7)位于中間的柜體
△T—柜內(nèi)外的溫差
按照GB 3836.2—2010對隔爆殼體的要求
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,就可以將變頻器產(chǎn)生的90%的熱量全部帶出柜外(實(shí)際會有小部分熱量留在腔內(nèi))
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
,是正壓通風(fēng)防爆柜的防爆原理。隔離介質(zhì)可以用壓縮空氣罐、壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)等供氣,保護(hù)氣源壓力在0.2~0.8MPa均可,氣體類型為潔凈空氣或惰性氣體;在通電使用之前,需首先進(jìn)行換氣操作程序
正壓通風(fēng)型防爆柜為不間斷連續(xù)供風(fēng)
,當(dāng)變頻器安裝在正壓柜內(nèi)運(yùn)行,所產(chǎn)生的熱量將連續(xù)不斷的被帶出柜外。如果變頻器功率較大,相應(yīng)的發(fā)熱量也大,可適當(dāng)?shù)脑龃蟪鰵忾y的開度,增加氣體流動量,如果面板上儀表顯示壓力低于最低設(shè)定氣壓,再緩慢增大進(jìn)氣閥的開度,使腔內(nèi)壓力維持在一個(gè)合理范圍。這時(shí)正壓柜處于一個(gè)動態(tài)平衡狀態(tài),不停的帶走變頻器工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量,正壓腔內(nèi)的溫度也就不會升高,保證變頻器安全可靠運(yùn)行。
一臺正壓柜到底需要提供多大流量的壓縮氣源,主要看整個(gè)正壓柜內(nèi)發(fā)熱量的大小
,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式,如果柜內(nèi)需排出1kW功耗產(chǎn)生的熱量,要求的排風(fēng)量是360m3/h。這樣就可以根據(jù)柜內(nèi)變頻器的發(fā)熱量,大致計(jì)算出所需壓縮氣源的最小流量。理論上講,不管柜內(nèi)產(chǎn)生多少發(fā)熱量,這要排氣量達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn),變頻器就可以安全可靠的運(yùn)行。4 對比分析
隔爆型和正壓通風(fēng)型防爆變頻柜在爆炸性危險(xiǎn)場所使用具有各自的優(yōu)缺點(diǎn),具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面
。
(1)相對于隔爆型防爆結(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)簡便,適合使用的危險(xiǎn)區(qū)域多。
(2)正壓通風(fēng)柜現(xiàn)場必須提供連續(xù)不斷的壓縮氣源,使用場所有一定的局限性
,在不具備氣源的場所其運(yùn)行成本較高。
(3)對于大功率的變頻器,正壓通風(fēng)柜的散熱性能好
,優(yōu)于隔爆型柜體。
(4)外觀上來看,正壓通風(fēng)柜要比隔爆型柜體更加美觀和輕便
,遠(yuǎn)距離運(yùn)輸成本低。5 結(jié)語
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,通過不斷的研究,在滿足國家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的防爆要求的前提下,一定會研制出成本更低,散熱效果更好的防爆處理方式。