浅谈防爆变频器的散热_高峥

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浅谈防爆变频器的散热

高　峥

(南阳防爆电气研究所,河南　南阳　473008)

[关键词]防爆变频器;散热;水冷;热管

[摘　要]文章介绍了几种用于防爆变频器的散热方法,并比较了它们性能及使用上的优劣。

[中图分类号]T N77 [文献标识码]A [文章编号]1004-9118(2007)04-0007-03

Cooling for Ex T ransducer

G AO Zheng

(Nanyang Explosion Protected Electrical Apparatus Research Institute,Henan,Nanyang473008) K ey w ords:Ex transducer;cooling;water-cooling;pipe

Abstract:In this article,several cooling methods adopted in Ex transducer and the calculation for the heat output.Furtherm ore,it makes the com paris ons on the performance and applications am ong them.

0　引言

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为一定范围内可调频率的电能控制装置。它可以完成各种对电机的精确控制要求,如按照规定曲线实现电机软起动、无极调速、根据负载的反馈进行闭环自动控制等等,功能很强大,在电气传动方面使用的非常广泛。随着我国各行业自动化水平的不断提高,在防爆场所对变频器的使用要求越来越多,又因为变频器的发热量较大,加之自身又不能长期工作于高温状态,其散热问题就突显出来。下面提出一些解决防爆变频器散热问题的想法。

1　变频器所使用的防爆型式

(1)正压型:这种防爆型式的优点是适应的防爆区域比较广泛,若选取适当的类型,可以使得该型式的防爆变频器使用在I类相应气体环境和II类相应气体环境的1区、2区。进行产品设计时也比较容易,变频器运行性能要求和电气设备

①启动时间≤保护时间≤1.7t

E时间;

②热态堵转保护时间需≤t

E时间。

(6)电机安装后初次试机前需按照G B 50150—2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》进行检测,内容包括绝缘电阻和直流电阻测量、耐压试验等。

4　国产化研制的意义

T AW6400kW—30P增安型无刷励磁同步电动机的国产化研制采用合理的投资、较短的扩大中修期,实现新老电机的更替,满足现有装置设备运行需要。通过这一更新换代工作,为其余两套装置实施连续性技术改造创造了条件,保证了在不影响生产的情况下对其余两套装置的旧电机进行大修或更新。

通过国产化研制,可使国内企业全面掌握大型增安型同步电动机的设计、制造技术,培育民族工业,填补国内空白,并实现与国际接轨,拉近与发达国家技术水平差距,满足石化行业对低速大容量同步电动机的需求。

参考文献

[1]G B3836.3—2000,爆炸性气体环境用电气设备　第3

部分:增安型“e”[S].

[2]电机工程手册编辑委员会.机械工程手册(第二版)

[M].北京:机械工业出版社,1997.

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《电气防爆》　2007,4 浅谈防爆变频器的散热

[收稿日期]2007-10-15

[作者简介]高峥,男,1982年生,2004年毕业于郑州大学自动化专业,设计员,主要从事防爆电气的设计工作。

防爆要求之间没有太大的冲突。缺点是需要提供满足防爆要求的气源,在机械危险程度高的地方使用不方便。

(2)隔爆型:该型式是我国防爆行业使用比较多的一种形式,用户比较接受这种方式。具有成本低,适用的区域多,安装要求低等优点。若想把变频器设计成为隔爆型,需要解决隔爆箱体的散热问题。

2　变频器的发热量计算

变频器是一种发热量比较大的电器,一般的发热量由以下公式估算:

发热量=变频器容量(kW)×55W(1)

一些变频器的优秀厂商如西门子,制造技术较好,它们给出了以下估算公式:

发热量=3%×变频器的额定功率(2)

上面算出的热量是不考虑任何散热估算出来的。以一台额定容量为55kW的变频器为例,其发热量就在1.65kW到3.02kW范围内。我们可以看到,当变频器容量比较大时,其发热量是个不可忽视的数量。如何解决这一部分的热量,是防爆变频器应首先解决的问题。

3　防爆变频器的散热

3.1　隔爆变频器的散热途径

对于隔爆型变频器主要有两个散热途径,一个是靠机柜自然散热,另一个是通过风扇、空调、热交换器等强制散热。

对于自然散热,现在一般都是按照德国威图公司提供的经验公式来选取的。其计算如下: Q=K×A×ΔT(3)式中

Q———柜体表面积发散的热量,W

K———热传导系数,WΠm2K,其值根据柜体材料不同而不同,一般来说,钢板为5.5,铝板为11,塑料为0.3

A———柜体实际散热面积,m2,柜体的安装方式对柜体的散热有较大影响,威图提供了如下几种典型安装方式的散热面积的计算方法:

①单个柜体,四周有空:A=1.8×高×(宽+深)+1.4×宽×深

②单个柜体,用于壁装:A=1.4×宽×(高+深)+1.8×深×高

③起始或终端柜体,四周有空:A=1.4×宽

×(高+深)+1.8×宽×高

④起始或终端柜体,用于壁装:A=1.4×高×(宽+深)+1.4×宽×深

⑤位于中间的柜体,四周有空:A=1.8×宽×高+1.4×宽×深+深×高

⑥位于中间的柜体,用于壁装:A=1.4×宽×(高+深)+深×高

⑦位于中间的柜体,用于壁装,顶部覆盖:A =1.4×宽×高+0.7×宽×深+深×高

ΔT———柜体内外的温差,柜体内部的温度减去柜体外面的温度(即工作现场的环境温度)对于总体体积小,使用环境温度可能较高的隔爆柜体来说,以55kW变频器估算,在使用环境恶劣的条件下,仅能散去100W左右的热量(柜内40℃,外部环境30℃),占总体发热量的3.3%～6.1%。其它的热量是需要由强制冷却方式解决。需要补充的是柜内温度应保持在40℃,否则变频器就要降容使用,变频器最高使用温度不能超过50℃。

另外,柜体的自然散热量同其表面积有很大的关系,可以通过在隔爆箱体上增加散热片来提高其散热能力。设计时应注意将变频器外壳除去,以减小所需要的隔爆壳体的大小,保证隔爆箱有足够的机械强度,也有利于发热元件在空气中的热传递。

水冷散热和热管散热是在变频器散热中使用的比较多的两种散热方式。

水冷变频器设计时将需要冷却的组件安装在一个或多个铝制或铜制冷却模块上,运转过程中产生的几乎所有热量均可以通过冷却模块被水(冷却液)吸收而无需风道,这使得其结构可以更为紧凑,因此水冷变频器可节省70%的体积(较空冷型变频器)。水冷变频器体积的减小,使得相同容积的隔爆型壳体能够放下更大功率的变频器,有利于变频器在防爆行业的应用。同时水冷却系统将带走变频器运行中产生的95%的热量,解决了隔爆壳体内密封程度较高,无散热通道的问题。有不少的变频器厂家已经推出了水冷型的变频器,用于船舶、海上作业、矿山及重工业等安装空间极为狭小的领域。水冷变频器技术已经相当成熟,产品的质量、性能等能够得到很好的保证。这样不管是重新设计防爆型水冷变频器,还是将现有成熟的变频器改造为隔爆型产品,技术难度都不大,开发的难度很低。但是它同正压型

8浅谈防爆变频器的散热 《电气防爆》　2007,4