高压变频器现场散热方案介绍

高压变频器属于大型电子设备，对环境要求比较严格。统计多台设备的运行情况，由于现场环境温度过高而引起的设备故障比例较大，因此我们总结了三种现场经常采用的散热方案，供用户参考。 压变频器的损耗计算及对环境的温度要求： 北京利德华福电气技术有限公司生产的高压变频调速系统主要由以下三部分组成：控制柜、功率柜、变压器柜。其外形如图1所示。 图1 高压变频调速系统外形图 此系统使用多台离心风机进行散热，以630kW/6kV变频器为例，功率柜顶为2台，变压器柜顶一般为1台，风机选用德国EBM公司生产的离心风机，此风机可靠性高，性能优异。风机根据变频器功率等级不同，选用单相或三相风机。其中单相风机额定风量为2500 m3/h，三相风机额定风量为3300 m3/h。变频器总的排风量为单个风机排风量乘以风机数量。 当变频器满负荷工作时，其总损耗（转变为热量）约为系统额定功率的3%，比如1000kW变频器满负荷工作时，损耗约为30kW。如此大的热量如果全部排放到安装变频器的室内，将会使室内温度迅速升高，严重影响变频器的正常运行。 为了使变频器能长期稳定和可靠地运行，对变频器的安装环境作如下要求： 最低环境温度-5℃，最高环境温度40℃，工作环境的温度变化应不大于5℃/h。如果环境温度超过允许值，应考虑配备相应的散热设备。 1．场散热方案 针对现场的不同环境，我们有三种散热方案：加装空调、加装风道或安装水空冷装置。 1．加装空调 1.1变频器安装空调时，要求变频器控制室空间尽可能小，并且做好密封。 1.2空调容量的确定 原则：按照变频器的发热量和控制室环境实用面积来选择空调的容量 1.2.1制冷量的计算 变频器发热根据运行工况选择，考虑一定的裕量，最大发热量为变频器额定功率的4%，如果长期运行频率低于40Hz，则发热量可按照变频器额定功率的2%进行估算。 按照房间实用面积计算空间单独空间制冷所需的空调容量，一般每平方米可以按照150瓦特计算。 空调总体的制冷量应为变频器的发热量加上空间制冷所需的制冷量。 1.2.2 空调的选择 所谓的空调“匹”数，原指输入功率的大小，包括压缩机、风扇电机及电控部分所消耗的能量，制冷量以输出功率的多少计算。 一般来说，1匹空调的制冷量大致为2000大卡，换算成国际单位应乘以1.162，故1匹之制冷量应为2000大卡×1.162=2324(W)， 这里的W(瓦)即表示制冷量，则1.5匹的应为2000大卡×1. 5×1.162=3486(W)，以此类推。根据此情况，则大致能判定空调的匹数和制冷量，一般情况下，2200W-2600W都可称为1匹，4500(W)-5100(W)可称为2匹，3200W-3600W可称为1.5匹。 1.3 空调散热的优缺点： 优点：由于室内外空气没有直接流通，容易保证室内环境清洁。 缺点：空调的可靠性会影响变频器的稳定运行，空调费用高，运行费用高。 2．加装风道 2.1通风量的计算 变频器总的排风量为单个风机排风量乘以风机数量。单相风机的流量为2500 m3/h，三相风机的流量为3300 m3/h。变频器室的入风、出风量需要同该数值匹配。 2.2风道的设计 常规的设计是在机柜上面安装风道，将变频器产生的热量直接排放到室外，由变频器室的进风口不断补充冷风，对系统进行冷却，具体排风方案及风的流向见图2： 图2 正面视图 图3 侧面视图 图3中所示进风口的面积需要根据系统的具体情况进行确定，并且风口应设置空气过滤网，过滤网的网孔不得大于5×5mm。系统的通风量Qf，假定进风口的风速V不超过3 m/s，由Qf =S×V可知，进风口的面积S≈Qf /V。 根据风冷系统的散热原理，△Q=△t×Qf×Cp×ρ,其中： △Q：系统总的损耗功率 △t：空气进口与出口的温差； Qf：总的通风量 Cp：空气的比热：1005J/kg℃ ρ：空气的密度：1.165kg/ m3 根据以上条件计算出△t（空气进口与出口的温差）。 如果变频器柜顶风机距出风口较近（小于2米，中间无转折），出风口可不加装辅助排风机。如果进风口的现场施工存在不便，风道需有转折，则可以考虑加装风机强迫进风。 风道的具体施工可在变频器安装就位后，在现场进行。我公司安装调试人员可在现场进行指导。需要注意的是变压器柜风道和功率柜风道需分开，否则将会影响到功率单元的正常散热。 2.3 风道散热的优缺点： 优点：成本低，可靠性高，散热效果良好 缺点：不能使用于现场比较脏，灰尘比较大的环境。 3．水空冷散热 3.1 水空冷却系统的工作原理 水空冷却系统(简称空冷器)是一种利用高效、环保、节能的冷却系统，其应用技术在国内处于领先地位。其外形及原理如图4 图4 原理图 从变频器出来的热风，经过风管连接到内有固定水冷管的散热器中，散热器中通过温度低于33℃的冷水，热风经过散热片后，将热量传递给冷水，变成冷风从散热片吹出，热量被循环冷却水带走，保证了变频器控制室内的温度恒定。 安装空冷器要求必须在密闭环境中,为了提高冷却效果,安放设备的空间要尽可能小。流入空冷器的水为循环水，为保护设备，要求循环水的PH值为中性,且无腐蚀损坏铜铁的杂质,进水的水压一般为0.2Mpa,进水温度≤33℃。 空冷器的维护简单易行,一般半年维护1次。 3.2 关于变频器安装空冷器后对现场的部分要求 空冷器使用吊装方式，所以在空冷器吊装上方的屋顶必须有方钢或槽钢作为支撑梁。 空冷器的辅助设备：如流量计(可不加)、调节阀门、过滤器等最好与变频设备隔离安装 。 安装设备的简易房应密闭，墙壁由保温材料组成。 空冷器的技术条件如下： 进水温度：≤33℃，工作水压：0.2MPa 水流量：≥24.5m3/h，管口内径：Φ80 根据上述条件，可选购空冷器的辅助设备：普通水泵、流量计、调节阀门、过滤器、水管(无缝管)及其它器件。 3.3 变频器空冷方案布置图图5、图6、图7： 图5 正视图 图6 侧视图 图7 俯视图 4．总结 本文介绍的变频器现场散热方案仅仅是我们工作中总结的一些经验性的资料，欢迎大家提出宝贵意见和建议，以便我们工作的改进。