矿用隔爆交流变频器的结构分析及设计

矿用隔爆交流变频器的结构分析及设计

【摘要】随着煤矿生产的规模不断壮大，对于生产中的安全问题和效率问题受到人们的重视，对矿用设备的要求也越来越高。变频器在速度、安全、节能等方面都表现出了优越性，为了能够更好的特定环境中应用，达到隔爆的效果，对矿用隔爆交流变频器的结构进行分析和设计，解决了散热和隔爆两个重要的方面。

【关键词】矿用隔爆；交流变频器；结构；安全

矿井下工作具有爆炸的危险，所以在变频器的使用上要具有隔爆的功能来保证其周围的安全性，这就对变频器的结构设计和开发提出了非常高的要求。设备必须要安装在隔爆壳体中，但是这样会影响变频器的散热，给隔爆壳体的结构设计增加了难度。

1 矿用隔爆交流变频器的散热

1.1 散热的重要性

任何设备都不能承受过高的温度，一般情况下对设备的破坏作用并不明显，但是在脉冲宽度调制逆变电路中，温度超过一临界值，逆变管迅速损坏，这种临界值通常情况下是固定的。所以说，为了避免损坏现象的出现，设备要预留出一段等待时间。

1.2 散热方式

发热主要由于内部做功，产生功率，造成损耗。与其他设备一样，变频器的发热并不能精确的算出，但是可以通过多种散热方式减小温度对设备的影响。

1.2.1 风冷散热

在通风较好的情况下，这种风冷形式散热能够有效保护设备，但是本文研究的矿用隔爆变频器是在密闭的空间中工作的，这种散热方式不实用。

1.2.2 热管冷却

热管是设备中导热性极好的构件，利用热管散热就是在散热器的设计上进行热管技术应用，热管散热可以达到0.01℃/W，在自然冷却的条件下，热管冷却拥有最可靠的散热性能。

1.2.3 水循环冷却与风冷散热结合

对于矿用隔爆变频器只应用水循环冷却并不实际，因为一般所处的环境大多

缺水，而且会造成水资源浪费，不方便设备的维护。所以，在水冷的基础上加以风冷，更加适合设备的散热。具有减少水资源浪费、减少设备维护费用和解决设备因为热量散发不当而出现的故障的作用。

1.3 散热设计

利用强制水循环冷却方法结合风冷散热模式对矿用隔爆变频器进行散热处理。为了更好的散热，水流从循环泵的出口经过散热水箱向进口流动，水流的下循环口进行散热水的回收。

其中要注意的是，在水箱内部分隔出流道，使其横截面相等，这样可以稳定内部水循环的流速，均匀的带走设备中的热量；同时安装的材料要保证材料的导热系数满足设备散热。同时在安装基板上增加散热的支片，通过增加散热面积达到冷却效果。

2 矿用隔爆交流变频器的隔爆结构

隔爆壳体在设备中十分重要，能够承受住在外壳内部的混合物爆炸而不受到破坏，不改变环境。为了能够在井下正常安全作业，要将所有的构件置于隔爆壳体内。

针对会影响隔爆性能的隔爆接合面间隙以及火焰通路长度对隔爆壳体进行设计研究

2.1 左侧门设计

左侧门与壳体之间的平面接合形式是由螺栓连接，接合的部分产生接合面，可以通过布置螺栓的位置来控制接合面间隙。使接合面之间的距离控制在0.4毫米以下。

2.2 正门设计

正门与壳体的连接时通过正门与壳体上的齿条啮合，可以通过改变其中一齿条的厚度而改变与壳体间平面接合的距离，满足要求。

2.3 操纵杆设计

操纵杆是做旋转运动、直线运动的零件，在按钮和开关上常见，为了使设备中操作机构更加耐磨，在按钮和隔爆壳体之间会运用镶嵌的形式，此时二者为过盈配合，形成操纵杆类的隔爆结合面。与接合面的距离控制在0.4米之内，此时加工铜套要进行两个阶段，一是除内孔外其余部位都加工到位，二是过盈配合后对铜套进行满足间隙的加工，以达到要求。

2.4 电缆引入装置设计

电缆由于其用具有一定弹性的橡胶材料保护，可以通过橡胶的压缩变形以密封装置，橡胶密封后可以更加牢固的固定电缆，保证在橡胶保护下电缆不受到损坏，达到密封的效果。

2.5 风扇电机轴操纵杆设计

对于风扇的安装选择，如果是防爆电机，可以将其直接安装在壳体的外部，但是会导致隔爆交流变频器的体积增大，不美观；如果是非防爆电机，则需要将风扇的电机穿过整个腔体，使设备整体的设计难度增加。所以，对于风扇电机的选择，选用三相普通电机，其优点为（1）可靠性高，能够产时间运转；（2）一般冷却系统使用三相电机，符合等级要求；（3）三相电机的出轴可以通过设计操纵杆而得到解决。

为了解决电机轴与过渡轴不同心的缺点，将电机与电机座先连接再与隔爆腔体相连，这样有利于电机的维护。如图1所示

3 矿用隔爆交流变频器实例

以矿用隔爆交流变频器在皮带机上运行为例，具有以下特点：

3.1 启动停止的优越性

该设备在启动停止的时间是可调控的，调控时间在0至120秒之间，为了使其在启动和停止时更加稳定，可以调节时间使冲击减到最小。

3.2 具有验带功能

在煤矿生产中，运输主要通过皮带，对整个运行系统进行检修维护时也主要是对皮带机进行维修，在检修时要保证皮带处于低速状态。变频调速系统在空载状态下，可以将带速调节为原来的5%至100%，满足检修条件。

3.3 重载启动平稳

在运行的过程中，可能会由于遇到一些状况而停车，所以在重新启动时要保证稳定，由于变频器本身的控制方式是无速度的传感器，能够保证平稳的重新启动。

3.4 功率平衡

皮带的驱动一般为双滚筒驱动，在运行时要保证系统的同步性。为了提高皮带的运输能力，要保证滚筒之间的功率达到一个稳定的状态。通过调整变频器的速度差来改变电流的大小，运用单独的系统控制，各电机的速度会达到一个动态的平衡。

4 结语：

综上所述，主要对变频器的散热和隔爆壳体进行设计，从功能以及性能等方面全方位的满足要求，在结构上分析及设计，得出适合现今生产应用的设备。我们还需要根据不同的环境设计出更加符合条件的产品，以便满足煤矿工作的安全性。

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