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变频器是控制柜内常见的元器件,如何计算变频
2017-06-28
变频器在工作时,流过变频器的电流是很大的, 变频器产生的热量也是非常大的,不能忽视其发热所产生的影响。
 
一、变频器散热量
 
我们要了解一台变频器的发热量,可以用以下公式估算:
发热量的近似值 = 变频器容量(KW)×55 [W]
在这里,如果变频器容量是以恒转矩负载为准的(过流能力150% × 60S)。
 
如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器,并且也在柜子里面,这时发热量会更大一些。 电抗器安装在变频器侧面或侧上方比较好。这时可以用估算:变频器容量(KW)×60 [W],因为各变频器厂家的硬件都差不多,所以上式可以针对各品牌的产品。注意:如果有制动电阻的话,因为制动电阻的散热量很大, 因此安装位置最好和变频器隔离开,如装在柜子上面或旁边等。
那么,怎样才能降低控制柜内的发热量呢?当变频器安装在控制机柜中时,要考虑变频器发热值的问题。根据机柜内产生热量值的增加,要适当地增加机柜的尺寸。因此,要使控制机柜的尺寸尽量减小,就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。如果在变频器安装时,把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面,将会使变频器有70%的发热量释放到控制机柜的外面。由于大容量变频器有很大的发热量,所以对大容量变频器更加有效。还可以用隔离板把本体和散热器隔开,使散热器的散热不影响到变频器本体。
变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的,横着放散热会变差的。
 
关于冷却风扇
一般功率稍微大一点的变频器, 都带有冷却风扇。同时,也建议在控制柜上出风口安装冷却风扇。进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。 注意控制柜和变频器上的风扇都是要的,不能谁替代谁。
在海拔高于1000m的地方,因为空气密度降低,因此应加大柜子的冷却风量以改善冷却效果。理论上变频器也应考虑降容,1000m每-5%。但由于实际设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大, 所以也要看具体应用。 比方说在1500m的地方,但是周期性负载,如电梯,就不必要降容。
发热还与变频器的开关频率直接有关,变频器的发热主要来自于IGBT,IGBT的发热有集中在开和关的瞬间。 因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。降低开关频率可以扩容,就是这个道理。
    
二、散热方案
 
针对现场的不同环境,可以有三种散热方案对变频器进行散热:
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,考虑一定的余量,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,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
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。
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