高壓變頻器現(xiàn)場散熱方案介紹

高壓變頻器屬于大型電子設備，對環(huán)境要求比較嚴格。統(tǒng)計多臺設備的運行情況，由于現(xiàn)場環(huán)境溫度過高而引起的設備故障比例較大，因此我們總結了三種現(xiàn)場經(jīng)常采用的散熱方案，供用戶參考。
壓變頻器的損耗計算及對環(huán)境的溫度要求：
北京利德華福電氣技術有限公司生產(chǎn)的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由以下三部分組成：控制柜、功率柜、變壓器柜。其外形如圖1所示。


圖1 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)外形圖
此系統(tǒng)使用多臺離心風機進行散熱，以630kW/6kV變頻器為例，功率柜頂為2臺，變壓器柜頂一般為1臺，風機選用德國EBM公司生產(chǎn)的離心風機，此風機可靠性高，性能優(yōu)異。風機根據(jù)變頻器功率等級不同，選用單相或三相風機。其中單相風機額定風量為2500 m3/h，三相風機額定風量為3300 m3/h。變頻器總的排風量為單個風機排風量乘以風機數(shù)量。
當變頻器滿負荷工作時，其總損耗（轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚┘s為系統(tǒng)額定功率的3%，比如1000kW變頻器滿負荷工作時，損耗約為30kW。如此大的熱量如果全部排放到安裝變頻器的室內(nèi)，將會使室內(nèi)溫度迅速升高，嚴重影響變頻器的正常運行。
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)境作如下要求：
最低環(huán)境溫度-5℃，最高環(huán)境溫度40℃，工作環(huán)境的溫度變化應不大于5℃/h。如果環(huán)境溫度超過允許值，應考慮配備相應的散熱設備。
1．場散熱方案
針對現(xiàn)場的不同環(huán)境，我們有三種散熱方案：加裝空調(diào)、加裝風道或安裝水空冷裝置。
1．加裝空調(diào)
1.1變頻器安裝空調(diào)時，要求變頻器控制室空間盡可能小，并且做好密封。
1.2空調(diào)容量的確定
原則：按照變頻器的發(fā)熱量和控制室環(huán)境實用面積來選擇空調(diào)的容量
1.2.1制冷量的計算
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)熱量為變頻器額定功率的4%，如果長期運行頻率低于40Hz，則發(fā)熱量可按照變頻器額定功率的2%進行估算。
按照房間實用面積計算空間單獨空間制冷所需的空調(diào)容量，一般每平方米可以按照150瓦特計算。
空調(diào)總體的制冷量應為變頻器的發(fā)熱量加上空間制冷所需的制冷量。
1.2.2 空調(diào)的選擇
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，則1.5匹的應為2000大卡×1. 5×1.162=3486(W)，以此類推。根據(jù)此情況，則大致能判定空調(diào)的匹數(shù)和制冷量，一般情況下，2200W-2600W都可稱為1匹，4500(W)-5100(W)可稱為2匹，3200W-3600W可稱為1.5匹。
1.3 空調(diào)散熱的優(yōu)缺點：
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。
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。
2．加裝風道
2.1通風量的計算
變頻器總的排風量為單個風機排風量乘以風機數(shù)量。單相風機的流量為2500 m3/h，三相風機的流量為3300 m3/h。變頻器室的入風、出風量需要同該數(shù)值匹配。
2.2風道的設計
常規(guī)的設計是在機柜上面安裝風道，將變頻器產(chǎn)生的熱量直接排放到室外，由變頻器室的進風口不斷補充冷風，對系統(tǒng)進行冷卻，具體排風方案及風的流向見圖2：


圖2 正面視圖


圖3 側(cè)面視圖
圖3中所示進風口的面積需要根據(jù)系統(tǒng)的具體情況進行確定，并且風口應設置空氣過濾網(wǎng)，過濾網(wǎng)的網(wǎng)孔不得大于5×5mm。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 =S×V可知，進風口的面積S≈Qf /V。
根據(jù)風冷系統(tǒng)的散熱原理，△Q=△t×Qf×Cp×ρ,其中：
△Q：系統(tǒng)總的損耗功率
△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℃
ρ：空氣的密度：1.165kg/ m3
根據(jù)以上條件計算出△t（空氣進口與出口的溫差）。
如果變頻器柜頂風機距出風口較近（小于2米，中間無轉(zhuǎn)折），出風口可不加裝輔助排風機。如果進風口的現(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進風。
風道的具體施工可在變頻器安裝就位后，在現(xiàn)場進行。我公司安裝調(diào)試人員可在現(xiàn)場進行指導。需要注意的是變壓器柜風道和功率柜風道需分開，否則將會影響到功率單元的正常散熱。
2.3 風道散熱的優(yōu)缺點：
優(yōu)點：成本低，可靠性高，散熱效果良好
缺點：不能使用于現(xiàn)場比較臟，灰塵比較大的環(huán)境。
3．水空冷散熱
3.1 水空冷卻系統(tǒng)的工作原理
水空冷卻系統(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。其外形及原理如圖4


圖4 原理圖

從變頻器出來的熱風，經(jīng)過風管連接到內(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。
安裝空冷器要求必須在密閉環(huán)境中,為了提高冷卻效果,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,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℃。
空冷器的維護簡單易行,一般半年維護1次。
3.2 關于變頻器安裝空冷器后對現(xiàn)場的部分要求
空冷器使用吊裝方式，所以在空冷器吊裝上方的屋頂必須有方鋼或槽鋼作為支撐梁。
空冷器的輔助設備：如流量計(可不加)、調(diào)節(jié)閥門、過濾器等最好與變頻設備隔離安裝 。
安裝設備的簡易房應密閉，墻壁由保溫材料組成。
空冷器的技術條件如下：
進水溫度：≤33℃，工作水壓：0.2MPa
水流量：≥24.5m3/h，管口內(nèi)徑：Φ80
根據(jù)上述條件，可選購空冷器的輔助設備：普通水泵、流量計、調(diào)節(jié)閥門、過濾器、水管(無縫管)及其它器件。
3.3 變頻器空冷方案布置圖圖5、圖6、圖7：


圖5 正視圖


圖6 側(cè)視圖


圖7 俯視圖
4．總結
本文介紹的變頻器現(xiàn)場散熱方案僅僅是我們工作中總結的一些經(jīng)驗性的資料，歡迎大家提出寶貴意見和建議，以便我們工作的改進。