高压变频散热介绍

1、1 高压变频散热介绍高压变频散热介绍 石本星石本星 二零一零年十二月二零一零年十二月2高压变频器运行环境要求高压变频器运行环境要求高压变频调速统采用移相隔离变压器和大功率高频电力电子元件，其发热量较大，系统效率约97%、约3%的功率以发热形式消耗；同时运行环境的温度影响系统运行的稳定性及功率元件的使用寿命，环境温度每升高10K、其使用寿命将减少一半，因此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温度要求很严格：-5oC至+45oC，温度变化应不大于5K/h ；针对不同的安装环境，现总结出几种常用变频器散热方式共大家参考：风道散热、空调散热、空气水冷器散热、风道+空气水冷器散热、风道

2、+空调散热、水冷冷水机组散热。3变频系统发热说明变频系统发热说明变频系统总发热量一般按照其适配电机额定容量的4%计算，如果系统长期运行频率低于40Hz，则发热量可按照适配电机额定功率的2%进行估算；主要包括变压器发热与单元体发热两部分；变压器发热量与单元体发热量近似相等；变压器发热量包括空载损耗与负载损耗，空载损耗大致可按0.1% 0.2%(小容量一般在0.2%左右，大容量一般在0.1%左右）变压器容量计算，负载损耗包括一次负载损耗与二次负载损耗，变压器负载发热量与输入一次电流的平方近似成正比；单元体发热量包括整流发热、晶闸管发热和IGBT发热， IGBT发热与系统开关频率以及输出电流有关，在

3、系统开关频率一定的情况下，单元体发热量与系统输出电流近似成正比。4变频系统温度保护变频系统温度保护系统设置单元体的保护温度为75报警，85跳机（由于电子器件存在温度漂移等误差，试验表明6973报警、7983跳机） ；移相隔离变压器为H级绝缘（ 180），允许温升110K。5变频散热原理变频散热原理变频系统的散热原理： Q=tQfCp （Q：系统总的损耗发热量，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，：空气的密度：1.165kg/ m3）；风道冷却、空调冷却、空气水冷器冷却基本原理： Q=tCpm = Q=tQfCp ， Q为总冷却热量、 t为冷却介质

4、温差、Cp为冷却介质比热、m为冷却介质质量、Qf为冷却介质流量、 为冷却介质密度；水的比热为4.2103J/kg ；空调与空气水冷器冷却主要区别在于空调有个制冷压缩机。6离心散热器风机离心散热器风机7系统风量计算系统风量计算变频系统排风量为变压器柜以及功率柜上所有风机排风的总和；单个450风机排风量约为4100 m3/h ，主要运用了EBM、洛森以及施依洛三个品牌风机；单个560风机排风量约为8500 m3/h ，主要运用了EBM、洛森两个品牌风机；8一、风道散热一、风道散热主要针对于现场环境清洁、空气中灰尘少、不含导电颗粒、并且环境温度不是很高（年平均温度在20左右，最高短时环境温度45，日

5、最高平均温度不超过35 ）的可采用风道散热方式 ；如果变频器柜顶风机距出风口较近（小于3米，中间无转折），出风口可不加装辅助抽风机；如果出风口的现场施工存在不便，风道需有转折，则必须加装风机强迫排风，抽风机的排风量不得小于变频器柜顶风机的排风量；注意事项：进风口面积必须足够大，防止室内形成负压，产生高海拔效应，人为的降低设备系统容量，进风口必须加装方便拆卸的防尘滤网，防尘滤网必须定期更换、冲洗；出风口必须做好防止雨水沿着风道回灌到系统中的措施；风道材料：采用喷漆的冷轧钢板、白铁皮或者不锈钢，材料厚度在0.81.0mm即可；进风口的的位置一般在墙壁距地面0.51.0m处；风道散热的优缺点 ：成本

6、低，可靠性高，散热效果良好 ，可靠性高；需要定周期地维护，不能使用于灰尘比较大、温度比较高的环境。9出风口、进风口的选置出风口、进风口的选置风道散热效果的好坏与变频系统安装的地点、进风口位置、出风口位置有着密切的关系；出风口与周围障碍物的距离不得小于1.5m，不得放置在迎风处，出风口所在环境的压强不得高于标准大气压，不得向密闭的环境、安装有发热源的电器设备排放变频系统热风。由于我们使用的风机正常情况是逆时针旋转，因此风道出风口时不得逆着风机旋转的方向放置；进风口要远离灰尘源、远离热源、远离水雾、尽量靠近变频的变压器柜与功率柜；在无增加抽风机的情况下，出口风速一般控制在12m/s以内。10进风面

7、积计算进风面积计算在现场允许的情况下，进风口的面积应尽量的大；系统的通风量Qf，假定进风口的风速V不超过3 m/s，由Qf =SV可知，进风口的面积SQf /V。如果进风面积越小，则进风速度就越大，那么空气所携带的灰尘就会越多、颗粒就会越大，防尘滤网就很容易积灰阻塞，从而使维护的工作量加大、变频室容易造成负压现象散热效果不好；11风道设计注意事项风道设计注意事项在设计风道的时候，注意因压力损失而引起的系统风量损失；在条件允许的情况下，风道截面接近正方形有利于减少阻力；在风道截面变化以及转弯的时候，应按照右图设计。121、风道直接安装、风道直接安装系统安装离墙壁较近、出风口至墙体无障碍物的现场，

8、通过风道将热风排出室外,注意防止雨水回灌、冷风进风口要远离热风出风口防止热风回流。如下图所示：132、房间隔层、向外排热、房间隔层、向外排热此方法主要使用于房间较小且障碍物较多或者室内变频器较多的现场，冷风进风口要远离热风出风口防止热风回流。如图所示：143、风道加抽风机方式、风道加抽风机方式如果变频器柜顶风机距出风口较远或者出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排风，抽风机的排风量必须不小于变频器柜顶风机的排风量。如图所示：154、房间隔层、加抽风机向外排热方式、房间隔层、加抽风机向外排热方式为了更好的使系统散热，在墙壁上加装抽风机（1台或者多台），其排风量一定不能小

9、于系统总风机的排风量。如图所示：16二、空调散热方式二、空调散热方式变频器安装空调时，系统与墙壁必须保持一定的距离防止风机出来的强风吹到墙壁上、未经冷却直接返回变频系统内，并且做好变频器室密封。空调容量的确定原则：按照变频器的发热量和变频器室环境实用面积来选择空调的容量。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所适配电机额定功率的4%，如果系统长期运行频率低于40Hz，则发热量可按照适配电机额定功率的2%进行估算。按照房间实用面积计算变频器室所需的空调容量，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。所谓的空调“匹”数，

10、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 。17空调散热的特点空调散热的特点优点：由于室内外空气没有直接流通，容易保证室内环境清洁。比如现场环境灰尘比较大或者冶金行业灰尘中含有导电粉尘的项目都可以选用。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，即一次投入和后期维护费用高。由于空调的可靠性会影响变频器的稳定运行，因此一定要选用多台小空调散热的形式。18空调基

11、本原理空调基本原理空调通常是由室内机与室外机两部分组成，而制冷量比较大的柜式室内机通常情况下是下面热进风而上部出被冷却的冷风；空调是由冷媒从室内热交换器到室外热交换器不停地进行热量传递，如下图所示：191、室内空调冷却方式、室内空调冷却方式 此方式主要运用在中小型系统散热上，要求室内密闭、墙壁与变频器必须有足够的距离，必须注意空调的摆放位置，如图所示：202、空调集中冷却方式、空调集中冷却方式此方式主要运用在中型系统散热上或者房子空间比较紧凑的现场，如图所示：213、空调集中冷却方式、空调集中冷却方式此方式主要运用在中型系统散热上或者房子深度空间比较紧凑且长度方向宽余的现场，如图所示：22三、

12、空气水冷器散热三、空气水冷器散热对于电厂、化工等行业有大量循环水或冷冻水的现场，宜采用空气水冷器散热方式。空气水冷却系统(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。从变频器出来的热风，经过风道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。其外形及原理如下图所示： 23变频系统采用空冷器散热的要求变频系统采用空冷器散热的要求必须安装在密闭保温的环境中,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

13、为中性,无悬浮物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。空冷器的冷却量是由变频系统的发热量决定的，一般要保留一定的裕量。空冷器的维护简单易行,一般半年维护1次。材料： 散热片-铜铝复合翅片（碳钢轧铝片），外壳-不锈钢（镀锌板）安装时还需要的辅助设备：普通水泵、压力表、流量计、调节阀门、过滤器、水管等。空冷器的技术条件如下：进水温度：33（越低越好），工作水压：0.2MPa 出风温度：40 耗水量：1千瓦时所产生的热量大概需要的水量0.20.4m3/h24空冷器散热特点空冷器散热特点优点：环保、室内清洁、可靠性高、运行费用低、维护次数少；缺点：冷却水的温度不能太高，一

14、次性投入费用高；空冷器使用水管直径计算：D=1.13(Q/V)0.5,其中D水管直径、Q为冷却水流量、V冷却水流速（一般情况下取23m/s）;25空气水冷散热设计调查空气水冷散热设计调查负载额定功率KW ，负载最大运行功率KW ；历史最高环境温度 ，历史最低环境温度 ；海拔高度m ；冷却水情况 ：PH值及腐蚀性、是否有悬浮物及杂质、是否加装过滤器、能提供的最小流量m3/h、最高温度、母管最大压力Mpa、母管最小压力Mpa；要求最高室内环境温度 ；空气水冷器散热系统希望设计的安装方式 ：悬挂方式 、制作静压箱方式 、风道+风机强制循环方式 ；比较详细的变频系统安装布局图。 26空冷器注意事项空冷

15、器注意事项空冷器在搬运、安装过程中必须要小心，避免损伤换热片以及换热水管；安装时必须分清空冷器的进出水管，否则将严重影响系统散热器；安装后进行水侧的气密性试验，试验压力应大于实际工作压力的1.2 倍；空冷器启动前应放尽腔内的空气，以提高传热效率，其步骤：A）松开进出集水管端的放气螺塞，关闭出水管阀门；B）缓慢打开冷却水的进水阀，使冷却水从集水管放气孔溢出为止，然后拧紧放气螺塞，关闭进水阀； C）当水温升高510后，打开空冷热器的进水阀（注意：切忌快速打开进水阀，因冷却器水大量流过空水冷换热器时，会使换热器表面长期形成一层导热性很差的“过冷层”），再打开热介质的出入阀，使之处于流动状态，然后注意

16、调整空水冷换热器介质的流量，使热介质保持在最佳使用温度；空冷器长期停止使用维护注意事项：冬季停用的空水冷换热器应放尽腔内水，以防冻裂热交换器，夏天散热器不工作时，其内腔应灌满水，以减少内腔锈蚀 。27空冷器散热冷却效果差原因分析空冷器散热冷却效果差原因分析 冷却器散热容量不足 ；房间密闭效果差、到处泄露热空气 ；冷却水的温度比较高 ；空冷器水管内有空气 ；空冷器散热片表面堵塞、空气无法流通；空冷器换热性能下降 。281、空冷器室内悬挂方式、空冷器室内悬挂方式 此方式主要运用在中小型系统散热上，注意系统与墙壁的安装距离，如图所示：292、空冷器集中冷却，外加抽风机方式、空冷器集中冷却，外加抽风机

17、方式此方式主要运用在中型系统散热上或者房子空间比较紧凑的现场，注意抽风机在风量以及风压的选型，如图所示：303、空冷器集中冷却、空冷器集中冷却此方式主要运用在中、大型系统散热上，如图所示：31空气水冷器系统管安装原理图空气水冷器系统管安装原理图32空气水冷器现场实例空气水冷器现场实例33四、风道四、风道+空气水冷器散热空气水冷器散热此方式主要针对大功率系统，室外灰尘少且空气粉尘不含导电颗粒，并且能够提供满足空冷器技术条件的冷却水；此方式将变压器柜与功率模块柜用隔热板隔开，综合了风道与空冷器两种散热的优点，必须保证功率模块室环境密闭；空冷器的冷却量可以按照系统发热量的一半来匹配；此方式安装比较灵

18、活，可以优选风道与空冷器类安装形式。34风道风道+空气水冷器散热安装事例空气水冷器散热安装事例35五、风道五、风道+空调散热空调散热此方式主要针对大功率系统，室外灰尘少且空气粉尘不含导电颗粒，现场无法提供满足要求的冷却水源；空调的制冷量可以按照系统发热量的一半来匹配；此方式安装比较灵活，可以根据现场空间要求进行合理设计冷却布局。36风道风道+空调散热安装事例空调散热安装事例37六、水冷冷水机组散热六、水冷冷水机组散热针对环境条件差、现场空间狭小，如果现场不能提供满足空冷器技术条件的冷却水，可以采用增加制冷压缩机组 的方式，制冷压缩机组安装于变频器柜附近 ；优点：冷却效果好，避免环境温度和粉尘对设备的不利影响 ，维护工作简单，可靠性高；相对于空调冷却后期维护费用会有所降低；如现场室外温度过低，可以在循环水内添加防冻剂；缺点：一次