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高压变频器三种冷却方案比较

供稿:中国工控网 2016/6/16 11:37:55

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  • 关键词: 高压变频器 冷却方案
  • 摘要:由于变频器本体在运行过程中有一定的热量散失,为保证变频器具有良好的 运行环境,需要为变频器室配备一套独立的冷却系统。综合冷却系统的投资和运 营成本、设备维护量、无故障运行时间,本文提出三种冷却系统解决方案,供参考。

  由于高压变频器本体在运行过程中有一定的热量散失,为保高压证变频器具有良好的 运行环境,需要为变频器室配备一套独立的冷却系统。综合冷却系统的投资和运 营成本、设备维护量、无故障运行时间,现提出以下三种冷却系统解决方案:  

一、空调密闭冷却方式 

1.1 系统介绍 

  为了提高高压大功率变频器的应用稳定性,解决好高压变频器环境散热问 题。目前常用的办法是:密闭式空调冷却。该方法主要是为高压变频器提供一个 固定的具有隔热保温效果的房间,根据高压变频器的发热量和房间面积大小计算 出空调的制冷量,从而配备一定数量的空调。 采用空调冷却时,房间的建筑面积过大会增加空调冷却负荷。同时,由于变 频器排出的热风不能被空调全部吸入冷却,因此,造成系统运行效率低,造成节 约能源的二次浪费。变频器室内的冷热风循环情况如下图所示。  

  变频器从柜体的正面和后面吸入空气,经柜顶风机将变频器内部的热量带走 排到室内。从而在变频器室上部形成一个温度偏高、压力偏高的气旋涡流区,在 变频器的正面部分形成一个偏负压区。在运行中,变频器功率柜正面上部区域实 际上是吸入刚排出的热风进行冷却,形成气流短路风不能达到有效的冷却效果。空调通常采用下进上出风结构,从而与变频器在一定程度上形成了“抢风”现象,这就是“混合循环区”。在这个区域变频器吸入的空气不完全是空调降温后的冷 空气,空调的降温处理也没有把变频器排出的热空气全部降温,从而导致了整个冷却系统的运行效率不高。变频器自身是节能节电设备,而通常采用的空调式冷却则造成能源的二次浪费。这种情况在大功率、超大功率的变频应用系统中更加明显。  

1.2 空调技术特点 

a) 高效制冷  

b) 广角送风,室温均匀舒适 

c) 防冷风设计,送风舒适 

d) 独立除湿 

e) 低温、低电压启动 

f) 室外机耐高温运转 

g) 室内密闭冷却 

h) 防尘效果好 

i) 运行成本高 

二、风道冷却  

2.1功率柜风道设计见下图: 

图 1 

图 2 

  从功率柜散热系统图可知:功率单元内部散热系统通过安装在单元内的风机强制冷却单元里的散热器,使每一个功率单元满足散热需求,同时,由于功率单元内 风机吹走热风,使其进风处的柜体内形成强力负压,柜外冷风大量进入高压变频 气内,通过功率单元风道对单元散热器进行冷却。同时,由于柜顶风机大量抽风,使其密闭风室内形成强力负压,加速功率单元内热风进入密闭风室,通过柜顶风 机抽出高压变频器柜外。通过建立严密畅通的风道,以及在功率单元内设计强制 风冷,大大提高那高压变频器散热系统的散热能力和效率,同时,也可以减少散 热器体积和功率柜体积,实现高压变频器的小型化,为用户安装高压变频器节省 空间。

2.2 风道冷却特点 

1、投资成本低 

2、节省变频器室空间 

3、防尘效果差 

4、维护量较大 

5、变频室容易形成较大负压 

6、几乎没有运行成本  

三、空-水冷却系统 

3.1、系统介绍 

  高压变频器对运行环境温度通常要求在-5~40℃,环境粉尘含量低于 950ppm。过高的温度会造成变频器温度过热保护而跳闸,粉尘含量过高导致变频 器通风滤网更换清洗维护量过高,增加维护费用。因此,采用何种冷却方式和系 统结构至关重要。 

  为了解决高压变频器的运行环境冷却和控制问题,提高系统安全可靠性、降 低运营成本。可以解决单位散热密度高、功率大,有效提高系统安全可靠性、降 低运营成本的问题。 

  空-水冷却系统是一种利用高效、环保、节能的冷却系统,其应用技术在国 内处于领先地位。在电力、钢铁等行业的高压大功率变频应用中得到广泛的推广 应用。该系统由于其采用完全机械结构设计,较空调等电力、电子设备而言具有 明显的安全、可靠性。 

  其主要原理是:将变频器的热风通过风道直接通过空冷装置进行热交换,由 冷却水直接将变频器散失的热量带走;经过降温的冷风排回至室内。空冷装置内 通过冷水温度低于 33 ℃,即可以保证热风经过散热片后,将变频器室内的环境 温度控制在 40℃以下满足变频器对环境运行的要求。从而,保证了变频器室内 良好的运行环境。冷却水与循环风完全分离,水管线在变频室外与高压设备明确 分离,确保高压设备室不会受到防水、绝缘破坏等安全威胁和事故。 

  同时,由于房间密闭,变频器利用室内的循环风进行设备冷却,具有粉尘度 低,维护量小的特点;减少了环境对变频器功率柜、控制柜运行稳定性的不利影 响。空-水冷却系统结构原理图如下:

3.2、空-水冷却系统适用条件 为了便于现场选择和适用,通常现场需要满足以下条件: 

1) 现场能够提供的工业冷却水温≤33℃,且能够提供的入口水压在 0.25~0.35MPa 之间,回水压力在 0.08~0.15MPa 之间。 

2) 能够提供必要的冷却水量,变频器空-水冷却系统的循环冷却水量根据 现场的冷却水温度和负载容量而定。 

3) 需要为变频器配备独立的密闭式房屋,且房屋具有 10cm 以上的保温层或 隔热措施。 

4) 房屋内净高不小于 3.5m;在房屋的长度方向前或后部具有与房屋长度相 当,宽度不小于 2.0m 的施工和安装场地。

5) 现场能够提供两路 380VAC/3PH 电源,容量根据实际情况而定。 

6) 冷却水水质要求无悬浮物沉积,PH 值偏碱性≥7.2。  

3.3、空-水冷却系统特点 

1) 设备安装简单、快捷。整体式的结构组件安装于变频器室外,室内采用 风道与变频器柜顶排气口直接连接,使得整个空-水冷却系统结构紧凑,便于安 装。 

2) 设备使用寿命长,故障率低,性能可靠。由于空-水冷却系统采用完全 机械结构设计,较空调等电力、电子设备而言具有明显的安全、可靠性,具有较 高的使用寿命。如果一旦冷却系统出现水路系统故障,则可关闭进出水阀门;通 过风路管道系统设置的上下风门,可以直接将热风外排到室外,吸入冷风实现开 放式循环,从而大大提高了变频器安全、可靠性。 

3) 初期投资成本高,运营成本低。空-水冷却系统的运营成本是同等热交 换功率空调冷却方式的 1/4~1/5。冷却电耗指标远远低于空调冷却,避免了能源 节约的二次浪费。 

4) 变频器维护量低,环境卫生。由于房间密闭,冷却系统与变频器室形成

密闭式循环风进行设备冷却,具有粉尘进入量小,环境温、湿度稳定等特点。滤 网清洗周期有原来的 15~30 天延长到 2~3 个月以上,大大减轻了现场设备维护 量和人力成本。 

5) 冷却风机冗余结构配置。空-水冷却系统中采用的增压风机设计风压、 风量均大于变频柜顶风机的风压、风量排放值,当变频器柜顶或增压风机出现问 题时不会影响系统的冷却效果。

  综上所述,三种冷却方案各有优缺点,选择冷却方案时可根据现场特点灵活选 择: 

1、空调冷却, 由于运行成本高,建议在外围环境较差,要求防尘的中小功率高压变频器中使 用空调冷却方案。 

2、风道冷却 考滤投资成本及维护成本,在现场环境较干净,灰尘量很小的情况下可考滤风 道冷却。 

3、空——水冷系统 由于投资成本较高,建议在外围环境较差,要求防尘的中大功率高压变频器中 使用空——水冷却系统方案。     


审核编辑(王静)
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