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合康新能 大功率水冷型变频器

供稿:北京合康新能科技股份有限公司 2017/8/14 15:33:16

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    关键字: 合康新能 水冷型变频器
    产品分类: 中高压变频器 电压源型
    品牌: 合康亿盛
    产品简介:
    国内变频器技术近几年持续的发展,变频器容量的不断提高,强迫风冷散热受散热器面积、环境温度、变频器使用环境、风机体积与噪音等多方面原因影响,已不能完全满足大功率变频器的散热要求。

    一、技术背景


    高压变频器在运行过程中要产生一定的功耗,一般为其容量的3~5%。其中移相变压器约占45%,整流及逆变约占40%,控制系统、主回路电缆与铜排等约占15%。

    随着高压变频器的散热方式主要以自然冷却、强迫风冷、水冷三种方式为主。国内高压变频器的散热方式以强迫风冷为主流。国内变频器技术近几年持续的发展,变频器容量的不断提高,强迫风冷散热受散热器面积、环境温度、变频器使用环境、风机体积与噪音等多方面原因影响,已不能完全满足大功率变频器的散热要求。

    影响高压变频器可靠性的多种因素中,散热是至关重要的,大功率半导体器件与移相变压器工作时所产生的热量,将导致器件温度的升高,如果没有适当的散热措施及时将热量带走,就可能导致器件温度超过器件所允许的最高结温,从而导致器件性能的恶化甚至损坏。所以在设计中,选择适当的散热方式,并进行合理的设计,能有效延长器件使用寿命,是提高变频器可靠性不可缺少的重要环节之一。

    由于水冷散热方式具有优异的散热性能和较高可靠性,且对环境适应能力强,所以水冷散热在大功率高压变频器上应用非常必要。


    二、水冷与强迫风冷特点对比




    三、合康变频水冷型变频器组成与散热原理


    3.1 变频器组成部分

    水冷型变频器由启动柜、移相变压器、功率单元柜、控制柜与循环纯水冷却机组组成。与强迫风冷型变频器比较,循环纯水冷却机组为新增加部件,其它部件两者无区别。(见图一)



    图一  合康水冷型高压变频器


    1.全封闭式空水冷换热干式变压器、2.功率单元柜、3.控制室、4.循环纯水冷机组

    3.2冷却回路工作原理介绍

    冷却水在主循环泵的驱动下,沿管道以恒定的流速通过功率单元散热器,连续不断地带出热量;冷却水升温后沿主管回路进入换热器设备进行热量交换;换热后的冷却水回流至主循环泵的进口,形成一个封闭的循环冷却系统。

    水冷系统控制模块根据预设的冷却水温度值自动调节换热比例,从而精确地控制水的温度。根据冷却容量、现场环境条件的不同,系统可以采用水—水、水—风等各种二次热交换形式将热量释放到环境中。


    四、合康变频水冷型变频器方案介绍


    4.1变压器

    4.1.1 组成部分(见图二)



    图二   全封闭式空水冷干式变压器


    4.1.2冷却方式

    变压器类型:全封闭式空水冷干式变压器

    干式变压器冷却方式分为自然空气冷却(AN)和强迫空气冷却(AF)。自然空冷时,变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫风冷时,变压器输出容量可提高50%。适用于断续过负荷运行,或应急事故过负荷运行;由于过负荷时负载损耗和阻抗电压增幅较大,处于非经济运行状态,故不应使其处于长时间连续过负荷运行。

    4.1.3 特点:

    防护等级IP42。

    免维护。

    全封闭空水换热不受环境温度与现场粉尘的影响。

    4.2、功率单元  (见图三)



    图三 功率单元柜


    4.2.1 工作原理(见图四)



    图四


    4.2.2 散热方式:功率单元采用水冷为主,风冷为辅的散热方式

    4.2.3 方案与特点

    单元冷却水管采用并联接入方式,保证流量均匀分布;

    独立的单元电解电容散热风道,电容运行温度低、寿命长;

    功率单元冷却水接头采用双截流快速锤拨接头,换单元时无需排水。

    采用叠层母排设计,寄生电感小、单元结构紧凑;

    功率单元散热器采用真空钎焊式水冷散热器,工作水压可达6bar,水冷散热器进水口、回水口为双截流快速接头,方便功率单元的更换;

    功率单元柜主管道为不锈钢管道,单元与主管道间采用橡胶软管,保证单元绝缘。


    4.3、控制柜(见图五)

    采用集中式控制,方便、快捷,包括:

    变频器的控制;

    变压器的温度控制;

    水冷柜的控制与保护;


    图五:控制室


    4.3、循环纯水冷却机组

    4.3.1  循环纯水冷柜(见图六)与水冷柜循环原理图(见图七):


    图六  循环纯水冷柜



    图七  水冷柜循环原理


    4.3.2 工作原理

    冷却水在主循环泵的驱动下,沿管道以恒定的流速通过功率单元散热器,不断带出热量,冷却水升温后沿主管回路进入换热器设备进行热量交换,降温后的冷却水回流至主循环泵的进口,形成一个封闭的循环冷却系统。系统控制模块根据预设的冷却水温度值自动调节换热比例,从而精确地控制水的温度。

    根据冷却容量、现场环境条件的不同,系统可以采用水—水、水—风等各种二次热交换形式将热量释放到环境中。

    因高压变频器是在高压的环境下运行,冷却水必须具备极高的电阻率,因此在主循环冷却回路上并联了去离子水处理旁路,一定比例的冷却水流经离子交换器,不断去除设备及管路中析出的离子。为保持管路的压力恒定和冷却水的冲满,及缓冲冷却水因温度变换而产生的体积变化,系统中设置了缓冲罐及补水装置。


    4.3.3特点:

    管道回路中的所有器件均采用不锈钢材质,防腐性好;

    独立的去离子水处理旁路装置;

    独立的PLC监控系统可实现远程控制。

    完善的自动化控制。例如:冷却水的恒温控制,露点的控制、冷却水电导率监控与报警等等。


    五、现场运行条件


    安装于独立的封闭空间,根据变频器容量大小配备散热空调。空调功率选择公式:

    P空调=(P变频器(kVA)*1%)/2.5,单位匹。

    现场提供5-32℃冷却水源,其流量与变频器容量有关。如无冷却水源,供货时可提供二次水冷却设备。


    六、产品推广及应用


    HIVERT系列水冷变频器以其调速范围广、可靠性高、运行稳定、过载能力强、耐高温、高湿、防腐等特点优势,具有独特的冷却系统,广泛应用于军工、航天、污水处理、冶金、化工、钢铁、水泥、印刷、食品、橡胶、医药、建筑等行业。


    更多内容请访问 北京合康新能科技股份有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=35604)

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