高壓變頻散熱介紹課件

1、1 1 高壓變頻散熱介紹高壓變頻散熱介紹 石本星石本星 二零一零年十二月二零一零年十二月2 2高壓變頻器運行環(huán)境要求高壓變頻器運行環(huán)境要求高壓變頻調(diào)速統(tǒng)采用移相隔離變壓器和大功率高頻電力電子元件，其發(fā)熱量較大，系統(tǒng)效率約97%、約3%的功率以發(fā)熱形式消耗；同時運行環(huán)境的溫度影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性及功率元件的使用壽命，環(huán)境溫度每升高10K、其使用壽命將減少一半，因此為了使變頻器能長期穩(wěn)定和可靠地運行，對變頻器的安裝環(huán)境溫度要求很嚴格：-5oC至+45oC，溫度變化應不大于5K/h ；針對不同的安裝環(huán)境，現(xiàn)總結(jié)出幾種常用變頻器散熱方式共大家參考：風道散熱、空調(diào)散熱、空氣水冷器散熱、風道+空氣水冷器散

2、熱、風道+空調(diào)散熱、水冷冷水機組散熱。3 3變頻系統(tǒng)發(fā)熱說明變頻系統(tǒng)發(fā)熱說明變頻系統(tǒng)總發(fā)熱量一般按照其適配電機額定容量的4%計算，如果系統(tǒng)長期運行頻率低于40Hz，則發(fā)熱量可按照適配電機額定功率的2%進行估算；主要包括變壓器發(fā)熱與單元體發(fā)熱兩部分；變壓器發(fā)熱量與單元體發(fā)熱量近似相等；變壓器發(fā)熱量包括空載損耗與負載損耗，空載損耗大致可按0.1% 0.2%(小容量一般在0.2%左右，大容量一般在0.1%左右）變壓器容量計算，負載損耗包括一次負載損耗與二次負載損耗，變壓器負載發(fā)熱量與輸入一次電流的平方近似成正比；單元體發(fā)熱量包括整流發(fā)熱、晶閘管發(fā)熱和IGBT發(fā)熱， IGBT發(fā)熱與系統(tǒng)開關頻率以及輸出

3、電流有關，在系統(tǒng)開關頻率一定的情況下，單元體發(fā)熱量與系統(tǒng)輸出電流近似成正比。4 4變頻系統(tǒng)溫度保護變頻系統(tǒng)溫度保護系統(tǒng)設置單元體的保護溫度為75報警，85跳機（由于電子器件存在溫度漂移等誤差，試驗表明6973報警、7983跳機） ；移相隔離變壓器為H級絕緣（ 180），允許溫升110K。5 5變頻散熱原理變頻散熱原理變頻系統(tǒng)的散熱原理： Q=tQfCp （Q：系統(tǒng)總的損耗發(fā)熱量，t：空氣進口與出口的溫差 ，Qf：總的通風量 ，Cp：空氣的比熱：1005J/kg，：空氣的密度：1.165kg/ m3）；風道冷卻、空調(diào)冷卻、空氣水冷器冷卻基本原理： Q=tCpm = Q=tQfCp ， Q為總冷卻

4、熱量、 t為冷卻介質(zhì)溫差、Cp為冷卻介質(zhì)比熱、m為冷卻介質(zhì)質(zhì)量、Qf為冷卻介質(zhì)流量、 為冷卻介質(zhì)密度；水的比熱為4.2103J/kg ；空調(diào)與空氣水冷器冷卻主要區(qū)別在于空調(diào)有個制冷壓縮機。6 6離心散熱器風機離心散熱器風機7 7系統(tǒng)風量計算系統(tǒng)風量計算變頻系統(tǒng)排風量為變壓器柜以及功率柜上所有風機排風的總和；單個450風機排風量約為4100 m3/h ，主要運用了EBM、洛森以及施依洛三個品牌風機；單個560風機排風量約為8500 m3/h ，主要運用了EBM、洛森兩個品牌風機；8 8一、風道散熱一、風道散熱主要針對于現(xiàn)場環(huán)境清潔、空氣中灰塵少、不含導電顆粒、并且環(huán)境溫度不是很高（年平均溫度在2

5、0左右，最高短時環(huán)境溫度45，日最高平均溫度不超過35 ）的可采用風道散熱方式 ；如果變頻器柜頂風機距出風口較近（小于3米，中間無轉(zhuǎn)折），出風口可不加裝輔助抽風機；如果出風口的現(xiàn)場施工存在不便，風道需有轉(zhuǎn)折，則必須加裝風機強迫排風，抽風機的排風量不得小于變頻器柜頂風機的排風量；注意事項：進風口面積必須足夠大，防止室內(nèi)形成負壓，產(chǎn)生高海拔效應，人為的降低設備系統(tǒng)容量，進風口必須加裝方便拆卸的防塵濾網(wǎng)，防塵濾網(wǎng)必須定期更換、沖洗；出風口必須做好防止雨水沿著風道回灌到系統(tǒng)中的措施；風道材料：采用噴漆的冷軋鋼板、白鐵皮或者不銹鋼，材料厚度在0.81.0mm即可；進風口的的位置一般在墻壁距地面0.51.

6、0m處；風道散熱的優(yōu)缺點 ：成本低，可靠性高，散熱效果良好 ，可靠性高；需要定周期地維護，不能使用于灰塵比較大、溫度比較高的環(huán)境。9 9出風口、進風口的選置出風口、進風口的選置風道散熱效果的好壞與變頻系統(tǒng)安裝的地點、進風口位置、出風口位置有著密切的關系；出風口與周圍障礙物的距離不得小于1.5m，不得放置在迎風處，出風口所在環(huán)境的壓強不得高于標準大氣壓，不得向密閉的環(huán)境、安裝有發(fā)熱源的電器設備排放變頻系統(tǒng)熱風。由于我們使用的風機正常情況是逆時針旋轉(zhuǎn)，因此風道出風口時不得逆著風機旋轉(zhuǎn)的方向放置；進風口要遠離灰塵源、遠離熱源、遠離水霧、盡量靠近變頻的變壓器柜與功率柜；在無增加抽風機的情況下，出口風速

7、一般控制在12m/s以內(nèi)。1010進風面積計算進風面積計算在現(xiàn)場允許的情況下，進風口的面積應盡量的大；系統(tǒng)的通風量Qf，假定進風口的風速V不超過3 m/s，由Qf =SV可知，進風口的面積SQf /V。如果進風面積越小，則進風速度就越大，那么空氣所攜帶的灰塵就會越多、顆粒就會越大，防塵濾網(wǎng)就很容易積灰阻塞，從而使維護的工作量加大、變頻室容易造成負壓現(xiàn)象散熱效果不好；1111風道設計注意事項風道設計注意事項在設計風道的時候，注意因壓力損失而引起的系統(tǒng)風量損失；在條件允許的情況下，風道截面接近正方形有利于減少阻力；在風道截面變化以及轉(zhuǎn)彎的時候，應按照右圖設計。12121、風道直接安裝、風道直接安裝

8、系統(tǒng)安裝離墻壁較近、出風口至墻體無障礙物的現(xiàn)場，通過風道將熱風排出室外,注意防止雨水回灌、冷風進風口要遠離熱風出風口防止熱風回流。如下圖所示：13132、房間隔層、向外排熱、房間隔層、向外排熱此方法主要使用于房間較小且障礙物較多或者室內(nèi)變頻器較多的現(xiàn)場，冷風進風口要遠離熱風出風口防止熱風回流。如圖所示：14143、風道加抽風機方式、風道加抽風機方式如果變頻器柜頂風機距出風口較遠或者出風口的現(xiàn)場施工存在不便，風道需有轉(zhuǎn)折，則可以考慮加裝風機強迫排風，抽風機的排風量必須不小于變頻器柜頂風機的排風量。如圖所示：15154、房間隔層、加抽風機向外排熱方式、房間隔層、加抽風機向外排熱方式為了更好的使系統(tǒng)

9、散熱，在墻壁上加裝抽風機（1臺或者多臺），其排風量一定不能小于系統(tǒng)總風機的排風量。如圖所示：1616二、空調(diào)散熱方式二、空調(diào)散熱方式變頻器安裝空調(diào)時，系統(tǒng)與墻壁必須保持一定的距離防止風機出來的強風吹到墻壁上、未經(jīng)冷卻直接返回變頻系統(tǒng)內(nèi)，并且做好變頻器室密封?？照{(diào)容量的確定原則：按照變頻器的發(fā)熱量和變頻器室環(huán)境實用面積來選擇空調(diào)的容量。變頻器發(fā)熱根據(jù)運行工況選擇，考慮一定的裕量，最大發(fā)熱量為變頻器所適配電機額定功率的4%，如果系統(tǒng)長期運行頻率低于40Hz，則發(fā)熱量可按照適配電機額定功率的2%進行估算。按照房間實用面積計算變頻器室所需的空調(diào)容量，一般每平方米可以按照150瓦特計算?？照{(diào)總體的制冷量

10、應為變頻器的發(fā)熱量加上空間制冷所需的制冷量。所謂的空調(diào)“匹”數(shù)，原指輸入功率的大小，包括壓縮機、風扇電機及電控部分所消耗的能量，制冷量以輸出功率的多少計算。 一般來說，1匹空調(diào)的制冷量大致為2000大卡，換算成國際單位應乘以1.162，故1匹之制冷量應為2000大卡1.162=2324(W)， 這里的W(瓦)即表示制冷量 。1717空調(diào)散熱的特點空調(diào)散熱的特點優(yōu)點：由于室內(nèi)外空氣沒有直接流通，容易保證室內(nèi)環(huán)境清潔。比如現(xiàn)場環(huán)境灰塵比較大或者冶金行業(yè)灰塵中含有導電粉塵的項目都可以選用。缺點：空調(diào)的可靠性會影響變頻器的穩(wěn)定運行，空調(diào)費用高，運行費用高，即一次投入和后期維護費用高。由于空調(diào)的可靠性會

11、影響變頻器的穩(wěn)定運行，因此一定要選用多臺小空調(diào)散熱的形式。1818空調(diào)基本原理空調(diào)基本原理空調(diào)通常是由室內(nèi)機與室外機兩部分組成，而制冷量比較大的柜式室內(nèi)機通常情況下是下面熱進風而上部出被冷卻的冷風；空調(diào)是由冷媒從室內(nèi)熱交換器到室外熱交換器不停地進行熱量傳遞，如下圖所示：19191、室內(nèi)空調(diào)冷卻方式、室內(nèi)空調(diào)冷卻方式 此方式主要運用在中小型系統(tǒng)散熱上，要求室內(nèi)密閉、墻壁與變頻器必須有足夠的距離，必須注意空調(diào)的擺放位置，如圖所示：20202、空調(diào)集中冷卻方式、空調(diào)集中冷卻方式此方式主要運用在中型系統(tǒng)散熱上或者房子空間比較緊湊的現(xiàn)場，如圖所示：21213、空調(diào)集中冷卻方式、空調(diào)集中冷卻方式此方式主要

12、運用在中型系統(tǒng)散熱上或者房子深度空間比較緊湊且長度方向?qū)捰嗟默F(xiàn)場，如圖所示：2222三、空氣水冷器散熱三、空氣水冷器散熱對于電廠、化工等行業(yè)有大量循環(huán)水或冷凍水的現(xiàn)場，宜采用空氣水冷器散熱方式?？諝馑鋮s系統(tǒng)(簡稱空冷器)是一種利用高效、環(huán)保、節(jié)能的冷卻系統(tǒng)，其應用技術在國內(nèi)處于領先地位。從變頻器出來的熱風，經(jīng)過風道連接到內(nèi)有固定水冷管的散熱器中，散熱器中通過溫度低于33的冷水，熱風經(jīng)過散熱片后，將熱量傳遞給冷水，變成冷風從散熱片吹出，熱量被循環(huán)冷卻水帶走，保證了變頻器控制室內(nèi)的溫度恒定。其外形及原理如下圖所示： 2323變頻系統(tǒng)采用空冷器散熱的要求變頻系統(tǒng)采用空冷器散熱的要求必須安裝在密閉保

13、溫的環(huán)境中,安放設備的空間要盡可能小。流入空冷器的水為循環(huán)水，為保護設備，要求循環(huán)水的PH值為中性,無懸浮物且無腐蝕損壞銅鐵的雜質(zhì),進水的水壓一般為0.2Mpa,進水溫度33?？绽淦鞯睦鋮s量是由變頻系統(tǒng)的發(fā)熱量決定的，一般要保留一定的裕量?？绽淦鞯木S護簡單易行,一般半年維護1次。材料： 散熱片-銅鋁復合翅片（碳鋼軋鋁片），外殼-不銹鋼（鍍鋅板）安裝時還需要的輔助設備：普通水泵、壓力表、流量計、調(diào)節(jié)閥門、過濾器、水管等?？绽淦鞯募夹g條件如下：進水溫度：33（越低越好），工作水壓：0.2MPa 出風溫度：40 耗水量：1千瓦時所產(chǎn)生的熱量大概需要的水量0.20.4m3/h2424空冷器散熱特點空冷

14、器散熱特點優(yōu)點：環(huán)保、室內(nèi)清潔、可靠性高、運行費用低、維護次數(shù)少；缺點：冷卻水的溫度不能太高，一次性投入費用高；空冷器使用水管直徑計算：D=1.13(Q/V)0.5,其中D水管直徑、Q為冷卻水流量、V冷卻水流速（一般情況下取23m/s）;2525空氣水冷散熱設計調(diào)查空氣水冷散熱設計調(diào)查負載額定功率KW ，負載最大運行功率KW ；歷史最高環(huán)境溫度 ，歷史最低環(huán)境溫度 ；海拔高度m ；冷卻水情況 ：PH值及腐蝕性、是否有懸浮物及雜質(zhì)、是否加裝過濾器、能提供的最小流量m3/h、最高溫度、母管最大壓力Mpa、母管最小壓力Mpa；要求最高室內(nèi)環(huán)境溫度 ；空氣水冷器散熱系統(tǒng)希望設計的安裝方式 ：懸掛方式

15、、制作靜壓箱方式 、風道+風機強制循環(huán)方式 ；比較詳細的變頻系統(tǒng)安裝布局圖。 2626空冷器注意事項空冷器注意事項空冷器在搬運、安裝過程中必須要小心，避免損傷換熱片以及換熱水管；安裝時必須分清空冷器的進出水管，否則將嚴重影響系統(tǒng)散熱器；安裝后進行水側(cè)的氣密性試驗，試驗壓力應大于實際工作壓力的1.2 倍；空冷器啟動前應放盡腔內(nèi)的空氣，以提高傳熱效率，其步驟：A）松開進出集水管端的放氣螺塞，關閉出水管閥門；B）緩慢打開冷卻水的進水閥，使冷卻水從集水管放氣孔溢出為止，然后擰緊放氣螺塞，關閉進水閥； C）當水溫升高510后，打開空冷熱器的進水閥（注意：切忌快速打開進水閥，因冷卻器水大量流過空水冷換熱器

16、時，會使換熱器表面長期形成一層導熱性很差的“過冷層”），再打開熱介質(zhì)的出入閥，使之處于流動狀態(tài)，然后注意調(diào)整空水冷換熱器介質(zhì)的流量，使熱介質(zhì)保持在最佳使用溫度；空冷器長期停止使用維護注意事項：冬季停用的空水冷換熱器應放盡腔內(nèi)水，以防凍裂熱交換器，夏天散熱器不工作時，其內(nèi)腔應灌滿水，以減少內(nèi)腔銹蝕 。2727空冷器散熱冷卻效果差原因分析空冷器散熱冷卻效果差原因分析 冷卻器散熱容量不足 ；房間密閉效果差、到處泄露熱空氣 ；冷卻水的溫度比較高 ；空冷器水管內(nèi)有空氣 ；空冷器散熱片表面堵塞、空氣無法流通；空冷器換熱性能下降 。28281、空冷器室內(nèi)懸掛方式、空冷器室內(nèi)懸掛方式 此方式主要運用在中小型系

17、統(tǒng)散熱上，注意系統(tǒng)與墻壁的安裝距離，如圖所示：29292、空冷器集中冷卻，外加抽風機方式、空冷器集中冷卻，外加抽風機方式此方式主要運用在中型系統(tǒng)散熱上或者房子空間比較緊湊的現(xiàn)場，注意抽風機在風量以及風壓的選型，如圖所示：30303、空冷器集中冷卻、空冷器集中冷卻此方式主要運用在中、大型系統(tǒng)散熱上，如圖所示：3131空氣水冷器系統(tǒng)管安裝原理圖空氣水冷器系統(tǒng)管安裝原理圖3232空氣水冷器現(xiàn)場實例空氣水冷器現(xiàn)場實例3333四、風道四、風道+空氣水冷器散熱空氣水冷器散熱此方式主要針對大功率系統(tǒng)，室外灰塵少且空氣粉塵不含導電顆粒，并且能夠提供滿足空冷器技術條件的冷卻水；此方式將變壓器柜與功率模塊柜用隔熱

18、板隔開，綜合了風道與空冷器兩種散熱的優(yōu)點，必須保證功率模塊室環(huán)境密閉；空冷器的冷卻量可以按照系統(tǒng)發(fā)熱量的一半來匹配；此方式安裝比較靈活，可以優(yōu)選風道與空冷器類安裝形式。3434風道風道+空氣水冷器散熱安裝事例空氣水冷器散熱安裝事例3535五、風道五、風道+空調(diào)散熱空調(diào)散熱此方式主要針對大功率系統(tǒng)，室外灰塵少且空氣粉塵不含導電顆粒，現(xiàn)場無法提供滿足要求的冷卻水源；空調(diào)的制冷量可以按照系統(tǒng)發(fā)熱量的一半來匹配；此方式安裝比較靈活，可以根據(jù)現(xiàn)場空間要求進行合理設計冷卻布局。3636風道風道+空調(diào)散熱安裝事例空調(diào)散熱安裝事例3737六、水冷冷水機組散熱六、水冷冷水機組散熱針對環(huán)境條件差、現(xiàn)場空間狹小，如果現(xiàn)場不能提供滿足空冷器技術條件的冷卻水，可以采用增加制冷壓縮機組 的方式，制冷壓縮機組安裝于變頻器柜附近 ；優(yōu)點：冷卻效果好，避免環(huán)境溫度和粉塵對設備的不利影響 ，維護工作簡單，可靠性高；相對于空調(diào)冷卻后期維護費用會有所降低；如現(xiàn)場室外