高壓變頻散熱介紹

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(yùn)行環(huán)境要求高壓變頻器運(yùn)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(shí)運(yùn)行環(huán)境的溫度影響系統(tǒng)運(yùn)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(zhǎng)期穩(wěn)定和可靠地運(yùn)行，對(duì)變頻器的安裝環(huán)境溫度要求很嚴(yán)格：-5oC至+45oC，溫度變化應(yīng)不大于5K/h ；針對(duì)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(fēng)道散熱、空調(diào)散熱、空氣水冷器散熱、風(fēng)道+空氣水冷器散

2、熱、風(fēng)道+空調(diào)散熱、水冷冷水機(jī)組散熱。3 3變頻系統(tǒng)發(fā)熱說(shuō)明變頻系統(tǒng)發(fā)熱說(shuō)明變頻系統(tǒng)總發(fā)熱量一般按照其適配電機(jī)額定容量的4%計(jì)算，如果系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行頻率低于40Hz，則發(fā)熱量可按照適配電機(jī)額定功率的2%進(jìn)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(fù)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(jì)算，負(fù)載損耗包括一次負(fù)載損耗與二次負(fù)載損耗，變壓器負(fù)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(kāi)關(guān)頻率以及輸出

3、電流有關(guān)，在系統(tǒng)開(kāi)關(guān)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(hù)變頻系統(tǒng)溫度保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置單元體的保護(hù)溫度為75報(bào)警，85跳機(jī)（由于電子器件存在溫度漂移等誤差，試驗(yàn)表明6973報(bào)警、7983跳機(jī)） ；移相隔離變壓器為H級(jí)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(jìn)口與出口的溫差 ，Qf：總的通風(fēng)量 ，Cp：空氣的比熱：1005J/kg，：空氣的密度：1.165kg/ m3）；風(fēng)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(gè)制冷壓縮機(jī)。6 6離心散熱器風(fēng)機(jī)離心散熱器風(fēng)機(jī)7 7系統(tǒng)風(fēng)量計(jì)算系統(tǒng)風(fēng)量計(jì)算變頻系統(tǒng)排風(fēng)量為變壓器柜以及功率柜上所有風(fēng)機(jī)排風(fēng)的總和；單個(gè)450風(fēng)機(jī)排風(fēng)量約為4100 m3/h ，主要運(yùn)用了EBM、洛森以及施依洛三個(gè)品牌風(fēng)機(jī)；單個(gè)560風(fēng)機(jī)排風(fēng)量約為8500 m3/h ，主要運(yùn)用了EBM、洛森兩個(gè)品牌風(fēng)機(jī)；8 8一、風(fēng)道散熱一、風(fēng)道散熱主要針對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境清潔、空氣中灰塵少、不含導(dǎo)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(shí)環(huán)境溫度45，日最高平均溫度不超過(guò)35 ）的可采用風(fēng)道散熱方式 ；如果變頻器柜頂風(fēng)機(jī)距出風(fēng)口較近（小于3米，中間無(wú)轉(zhuǎn)折），出風(fēng)口可不加裝輔助抽風(fēng)機(jī)；如果出風(fēng)口的現(xiàn)場(chǎng)施工存在不便，風(fēng)道需有轉(zhuǎn)折，則必須加裝風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫排風(fēng)，抽風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量不得小于變頻器柜頂風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量；注意事項(xiàng)：進(jìn)風(fēng)口面積必須足夠大，防止室內(nèi)形成負(fù)壓，產(chǎn)生高海拔效應(yīng)，人為的降低設(shè)備系統(tǒng)容量，進(jìn)風(fēng)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(fēng)口必須做好防止雨水沿著風(fēng)道回灌到系統(tǒng)中的措施；風(fēng)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(jìn)風(fēng)口的的位置一般在墻壁距地面0.51.

6、0m處；風(fēng)道散熱的優(yōu)缺點(diǎn) ：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(hù)，不能使用于灰塵比較大、溫度比較高的環(huán)境。9 9出風(fēng)口、進(jìn)風(fēng)口的選置出風(fēng)口、進(jìn)風(fēng)口的選置風(fēng)道散熱效果的好壞與變頻系統(tǒng)安裝的地點(diǎn)、進(jìn)風(fēng)口位置、出風(fēng)口位置有著密切的關(guān)系；出風(fēng)口與周圍障礙物的距離不得小于1.5m，不得放置在迎風(fēng)處，出風(fēng)口所在環(huán)境的壓強(qiáng)不得高于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，不得向密閉的環(huán)境、安裝有發(fā)熱源的電器設(shè)備排放變頻系統(tǒng)熱風(fēng)。由于我們使用的風(fēng)機(jī)正常情況是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此風(fēng)道出風(fēng)口時(shí)不得逆著風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向放置；進(jìn)風(fēng)口要遠(yuǎn)離灰塵源、遠(yuǎn)離熱源、遠(yuǎn)離水霧、盡量靠近變頻的變壓器柜與功率柜；在無(wú)增加抽風(fēng)機(jī)的情況下，出口風(fēng)速

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

8、系統(tǒng)安裝離墻壁較近、出風(fēng)口至墻體無(wú)障礙物的現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)風(fēng)道將熱風(fēng)排出室外,注意防止雨水回灌、冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口要遠(yuǎn)離熱風(fēng)出風(fēng)口防止熱風(fēng)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(chǎng)，冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口要遠(yuǎn)離熱風(fēng)出風(fēng)口防止熱風(fēng)回流。如圖所示：14143、風(fēng)道加抽風(fēng)機(jī)方式、風(fēng)道加抽風(fēng)機(jī)方式如果變頻器柜頂風(fēng)機(jī)距出風(fēng)口較遠(yuǎn)或者出風(fēng)口的現(xiàn)場(chǎng)施工存在不便，風(fēng)道需有轉(zhuǎn)折，則可以考慮加裝風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫排風(fēng)，抽風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量必須不小于變頻器柜頂風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量。如圖所示：15154、房間隔層、加抽風(fēng)機(jī)向外排熱方式、房間隔層、加抽風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)（1臺(tái)或者多臺(tái)），其排風(fēng)量一定不能小于系統(tǒng)總風(fēng)機(jī)的排風(fēng)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(shí)，系統(tǒng)與墻壁必須保持一定的距離防止風(fēng)機(jī)出來(lái)的強(qiáng)風(fēng)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(shí)用面積來(lái)選擇空調(diào)的容量。變頻器發(fā)熱根據(jù)運(yùn)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(jī)額定功率的4%，如果系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行頻率低于40Hz，則發(fā)熱量可按照適配電機(jī)額定功率的2%進(jìn)行估算。按照房間實(shí)用面積計(jì)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(jì)算?？照{(diào)總體的制冷量

10、應(yīng)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(jī)、風(fēng)扇電機(jī)及電控部分所消耗的能量，制冷量以輸出功率的多少計(jì)算。 一般來(lái)說(shuō)，1匹空調(diào)的制冷量大致為2000大卡，換算成國(guó)際單位應(yīng)乘以1.162，故1匹之制冷量應(yīng)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(diǎn)空調(diào)散熱的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：由于室內(nèi)外空氣沒(méi)有直接流通，容易保證室內(nèi)環(huán)境清潔。比如現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境灰塵比較大或者冶金行業(yè)灰塵中含有導(dǎo)電粉塵的項(xiàng)目都可以選用。缺點(diǎn)：空調(diào)的可靠性會(huì)影響變頻器的穩(wěn)定運(yùn)行，空調(diào)費(fèi)用高，運(yùn)行費(fèi)用高，即一次投入和后期維護(hù)費(fèi)用高。由于空調(diào)的可靠性會(huì)

11、影響變頻器的穩(wěn)定運(yùn)行，因此一定要選用多臺(tái)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(jī)與室外機(jī)兩部分組成，而制冷量比較大的柜式室內(nèi)機(jī)通常情況下是下面熱進(jìn)風(fēng)而上部出被冷卻的冷風(fēng)；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(jìn)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(yùn)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(yùn)用在中型系統(tǒng)散熱上或者房子空間比較緊湊的現(xiàn)場(chǎng)，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(yùn)用在中型系統(tǒng)散熱上或者房子深度空間比較緊湊且長(zhǎng)度方向?qū)捰嗟默F(xiàn)場(chǎng)，如圖所示：2222三、空氣水冷器散熱三、空氣水冷器散熱對(duì)于電廠、化工等行業(yè)有大量循環(huán)水或冷凍水的現(xiàn)場(chǎng)，宜采用空氣水冷器散熱方式?？諝馑鋮s系統(tǒng)(簡(jiǎn)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(yīng)用技術(shù)在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。從變頻器出來(lái)的熱風(fēng)，經(jīng)過(guò)風(fēng)道連接到內(nèi)有固定水冷管的散熱器中，散熱器中通過(guò)溫度低于33的冷水，熱風(fēng)經(jīng)過(guò)散熱片后，將熱量傳遞給冷水，變成冷風(fēng)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(shè)備的空間要盡可能小。流入空冷器的水為循環(huán)水，為保護(hù)設(shè)備，要求循環(huán)水的PH值為中性,無(wú)懸浮物且無(wú)腐蝕損壞銅鐵的雜質(zhì),進(jìn)水的水壓一般為0.2Mpa,進(jìn)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(hù)簡(jiǎn)單易行,一般半年維護(hù)1次。材料： 散熱片-銅鋁復(fù)合翅片（碳鋼軋鋁片），外殼-不銹鋼（鍍鋅板）安裝時(shí)還需要的輔助設(shè)備：普通水泵、壓力表、流量計(jì)、調(diào)節(jié)閥門(mén)、過(guò)濾器、水管等?？绽淦鞯募夹g(shù)條件如下：進(jìn)水溫度：33（越低越好），工作水壓：0.2MPa 出風(fēng)溫度：40 耗水量：1千瓦時(shí)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(diǎn)空冷

14、器散熱特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：環(huán)保、室內(nèi)清潔、可靠性高、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)次數(shù)少；缺點(diǎn)：冷卻水的溫度不能太高，一次性投入費(fèi)用高；空冷器使用水管直徑計(jì)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(shè)計(jì)調(diào)查空氣水冷散熱設(shè)計(jì)調(diào)查負(fù)載額定功率KW ，負(fù)載最大運(yùn)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(guò)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(shè)計(jì)的安裝方式 ：懸掛方式

15、、制作靜壓箱方式 、風(fēng)道+風(fēng)機(jī)強(qiáng)制循環(huán)方式 ；比較詳細(xì)的變頻系統(tǒng)安裝布局圖。 2626空冷器注意事項(xiàng)空冷器注意事項(xiàng)空冷器在搬運(yùn)、安裝過(guò)程中必須要小心，避免損傷換熱片以及換熱水管；安裝時(shí)必須分清空冷器的進(jìn)出水管，否則將嚴(yán)重影響系統(tǒng)散熱器；安裝后進(jìn)行水側(cè)的氣密性試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力應(yīng)大于實(shí)際工作壓力的1.2 倍；空冷器啟動(dòng)前應(yīng)放盡腔內(nèi)的空氣，以提高傳熱效率，其步驟：A）松開(kāi)進(jìn)出集水管端的放氣螺塞，關(guān)閉出水管閥門(mén)；B）緩慢打開(kāi)冷卻水的進(jìn)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(guān)閉進(jìn)水閥； C）當(dāng)水溫升高510后，打開(kāi)空冷熱器的進(jìn)水閥（注意：切忌快速打開(kāi)進(jìn)水閥，因冷卻器水大量流過(guò)空水冷換熱器

16、時(shí)，會(huì)使換熱器表面長(zhǎng)期形成一層導(dǎo)熱性很差的“過(guò)冷層”），再打開(kāi)熱介質(zhì)的出入閥，使之處于流動(dòng)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(zhǎng)期停止使用維護(hù)注意事項(xiàng)：冬季停用的空水冷換熱器應(yīng)放盡腔內(nèi)水，以防凍裂熱交換器，夏天散熱器不工作時(shí)，其內(nèi)腔應(yīng)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(wú)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(yùn)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(fēng)機(jī)方式、空冷器集中冷卻，外加抽風(fēng)機(jī)方式此方式主要運(yùn)用在中型系統(tǒng)散熱上或者房子空間比較緊湊的現(xiàn)場(chǎng)，注意抽風(fēng)機(jī)在風(fēng)量以及風(fēng)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(yùn)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(chǎng)實(shí)例空氣水冷器現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例3333四、風(fēng)道四、風(fēng)道+空氣水冷器散熱空氣水冷器散熱此方式主要針對(duì)大功率系統(tǒng)，室外灰塵少且空氣粉塵不含導(dǎo)電顆粒，并且能夠提供滿足空冷器技術(shù)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(kāi)，綜合了風(fēng)道與空冷器兩種散熱的優(yōu)點(diǎn)，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(lái)匹配；此方式安裝比較靈活，可以優(yōu)選風(fēng)道與空冷器類安裝形式。3434風(fēng)道風(fēng)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(fēng)道五、風(fēng)道+空調(diào)散熱空調(diào)散熱此方式主要針對(duì)大功率系統(tǒng)，室外灰塵少且空氣粉塵不含導(dǎo)電顆粒，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)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(lái)匹配；此方式安裝比較靈活，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)空間要求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)冷卻布局。3636風(fēng)道風(fēng)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(jī)組散熱六、水冷冷水機(jī)組散熱針對(duì)環(huán)境條件差、現(xiàn)場(chǎng)空間狹小，如果現(xiàn)場(chǎng)不能提供滿足空冷器技術(shù)條件的冷卻水，可以采用增加制冷壓縮機(jī)組 的方式，制冷壓縮機(jī)組安裝于變頻器柜附近 ；優(yōu)點(diǎn)：冷卻效果好，避免環(huán)境溫度和粉塵對(duì)設(shè)備的不利影響 ，維護(hù)工作簡(jiǎn)單，可靠性高；相對(duì)于空調(diào)冷卻后期維護(hù)費(fèi)用會(huì)有所降低；如現(xiàn)場(chǎng)室外