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      冷媒技術(shù)在防爆變頻器上的應(yīng)用

        1、前言
        
        空冷防爆變頻器(也稱空冷防爆變頻裝置)是冷媒技術(shù)在防爆變頻器上的應(yīng)用,也就是把變頻器(不拆裝、不改型)整機(jī)安裝在防爆箱體內(nèi),用防爆箱體內(nèi)冷媒機(jī)的熱交換原理做變頻器的冷卻。意在把變頻器產(chǎn)生的熱量置換到防爆箱體外,置換到防爆箱體外的熱量在風(fēng)冷或水冷的方式來(lái)降溫。該項(xiàng)技術(shù)解決了變頻器在防爆箱體內(nèi)無(wú)法冷卻的難題,使變頻器在防爆箱體內(nèi)無(wú)高溫、無(wú)結(jié)露運(yùn)行。保證了原機(jī)器EMC的合格,故障率低、檢修方便。
        
        2、空冷防爆變頻器(也稱空冷防爆變頻裝置)的產(chǎn)生
        
        變頻器在防爆箱體內(nèi)密閉的條件下,主電路的功率元器件由整流模塊、IGBT模塊和控制板的電阻和電容組成。這些模塊都會(huì)產(chǎn)生變頻器功率的損耗,功率損耗約為變頻器總?cè)萘康?-5%。如:一臺(tái)110kw的變頻器,運(yùn)行時(shí)就會(huì)產(chǎn)生約3-5KW的散熱量。
        
        非防爆環(huán)境下變頻器自身產(chǎn)生的熱空氣和外界環(huán)境是相通的。在環(huán)境溫度在40℃以下,通過(guò)與外界空氣的自然對(duì)流換熱,散熱問(wèn)題較容易解決。但在防爆箱體內(nèi),變頻器是在一個(gè)固定的小空間內(nèi),其運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的發(fā)熱量的確很難通過(guò)防爆箱體與外界產(chǎn)生熱量交換,進(jìn)而達(dá)到散熱的目的。目前,市場(chǎng)上采用的大多是熱管熱導(dǎo)式或水冷傳熱交換原理,其效果都不理想,在外界環(huán)境溫度高時(shí),防爆外殼內(nèi)的熱量就不能傳遞到外殼外部,使變頻器在高溫環(huán)境下運(yùn)行,這就影響了變頻器的安全使用。
        
        太原理工大學(xué)寇子明教授指導(dǎo)的碩士研究生吳懷亮發(fā)表過(guò)論文《隔爆水冷變頻器熱交換及溫差控制機(jī)理研究》,文中指出:變頻器如在防爆密封箱內(nèi)運(yùn)行,其運(yùn)行溫度達(dá)到額定溫度(40℃)時(shí),每升高10℃,變頻器壽命就會(huì)減半。因此防爆變頻器的散熱問(wèn)題至關(guān)重要。
        
        3、目前防爆變頻器的散熱形式
        
        目前防爆變頻器有如下兩種散熱形式:1、熱管散熱型防爆變頻器;2、水冷散熱型防爆變頻器。
        
        3.1熱管散熱型防爆變頻器
        
        熱管散熱型防暴變頻器是使用熱管傳導(dǎo)冷卻散熱技術(shù)。例如:當(dāng)防爆箱體外環(huán)境溫度為30℃時(shí),由于熱管散熱存在熱阻,內(nèi)外溫差約10℃-15℃,加上控制板上的電阻電容熱量,無(wú)法傳導(dǎo)又存在累積加溫。經(jīng)實(shí)踐證明變頻器在額定功率下運(yùn)行時(shí),機(jī)殼箱體內(nèi)的變頻器將長(zhǎng)期處于70℃左右的溫度下運(yùn)行。然而熱管傳導(dǎo)散熱型防爆變頻器在環(huán)境溫度40℃及左右的工況下是就很難使用的。
        
        3.2水冷散熱型防爆變頻器
        
        水冷型的防爆變頻器固然比較理想,但是受制于水源,水質(zhì),結(jié)露,局部散熱的影響會(huì)有一定的局限性。
        
        3.3下面介紹空冷防爆變頻器(也稱空冷防爆變頻裝置)的用途
        
        由無(wú)錫鼎皓防爆電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司創(chuàng)新使用在防爆電器箱內(nèi)裝上冷媒冷卻技術(shù),把變頻器整機(jī)按裝在防爆箱體內(nèi),既解決了防爆箱內(nèi)的變頻器能夠在額定溫度下工作,又保證了整機(jī)不拆裝的EMC的合理性。經(jīng)3年來(lái)的工況運(yùn)行,效果非常理想。
        
        空冷防爆變頻器是專門(mén)針對(duì)隔爆型離散自動(dòng)化集成的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的,主要解決變頻器及電子儀器設(shè)備在防爆箱體內(nèi)運(yùn)行的散熱問(wèn)題??绽湫头辣冾l器可以100%帶走防爆箱體內(nèi)電子元器件消耗電能時(shí)散發(fā)出的多余熱量。為隔爆型控制柜內(nèi)提供理想的溫,濕度環(huán)境,解決了變頻器在防爆箱內(nèi)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。產(chǎn)品主要用于:變頻器,電容器組,電力電容補(bǔ)償柜等在易燃易爆場(chǎng)合中的安全使用,既有防爆的效果又可安全運(yùn)行。
        
        產(chǎn)品可以在環(huán)境溫度-15℃—50℃使用。如有特殊要求,環(huán)境溫度可達(dá)到-40℃至+60℃,防護(hù)等級(jí)可達(dá)到IP56,以及可以保證提供防爆箱體內(nèi)的變頻器仍在<40℃環(huán)境溫度下運(yùn)行。
        
        4、空冷防爆變頻器
        
        4.1空冷防爆變頻器(也稱空冷防爆變頻裝置)換熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示
        
        ①防爆箱體:符合中華人民共和國(guó)防爆標(biāo)志GB3836的規(guī)定;
        
        ②高質(zhì)量的箱體內(nèi)內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī);
        
       ?、圩冾l器;
        
       ?、芾涿綗峤粨Q壓縮機(jī)
        
       ?、菹潴w內(nèi)的熱交換器;
        
       ?、尴潴w外風(fēng)冷散熱器或水冷散熱器;
        
        4.2空冷防爆變頻器(也稱空冷防爆變頻裝置)的原理
        
        該設(shè)備是通過(guò)冷媒空冷技術(shù)將防爆機(jī)柜內(nèi)變頻器工作時(shí)產(chǎn)生的高溫度傳遞到防爆機(jī)柜外部。由于防爆機(jī)柜是密閉的,變頻器安裝在該防爆機(jī)柜內(nèi)運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的大量熱量,就通過(guò)冷媒空冷技術(shù)向防爆箱體外轉(zhuǎn)移。從而使變頻器隔離了外界環(huán)境中的煤塵、瓦斯等爆炸性氣體進(jìn)入在適宜的環(huán)境中工作,防止事故發(fā)生。
        
        防爆箱體內(nèi)的冷媒,能跟隨變頻器產(chǎn)生的熱量運(yùn)行,來(lái)控制箱體內(nèi)的溫度、濕度。始終維持在理想狀態(tài)中,無(wú)高溫,無(wú)結(jié)露,使變頻器在額定溫度下運(yùn)行,保證它的工作穩(wěn)定性和原有機(jī)器的EMC性能。
        
        4.3空冷防爆變頻器(也稱空冷防爆變頻裝置)的選型
        
        根據(jù)箱體內(nèi)變頻器在額定工況下運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量,來(lái)具體選型制冷冷媒,確保變頻器的穩(wěn)定、可靠工作。
        
        散熱機(jī)制冷量的計(jì)算:
        
        公式說(shuō)明如下:
        
        Qt=Qi+QrQt:
        
        Qt:機(jī)柜所產(chǎn)生的總熱量(單位:W)
        
        Qi:機(jī)柜內(nèi)產(chǎn)生的總熱量(單位:W)
        
        Qr:箱體機(jī)柜外傳至機(jī)柜內(nèi)的熱量(單位:W)
        
        Qr=K*A*△T
        
        k:總的傳熱系數(shù)W/m²·℃
        
        K=5.4w/m².K鋼材Q235B(具體根據(jù)所處環(huán)境選型)
        
        A=(ab+bh+ah)*2機(jī)柜的表面積(單位:m²)
        
        △T=T1-T2(單位:℃)
        
        T1代表防爆箱體外的℃
        
        T2代表防爆箱體內(nèi)的℃
        
        其恒溫式隔爆箱符合GB3836-1和GB3836.2現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,尺寸如下:2360×1320×820約11.6m².
        
        5、典型工程計(jì)算:空冷防爆變頻器安裝

      冷媒技術(shù)在防爆變頻器上的應(yīng)用
        
        圖1恒溫式隔爆箱(發(fā)明專利號(hào):Z;200610040092.1)專利技術(shù)違者必究安裝變頻器的圖示
      標(biāo)簽: 冷媒技術(shù)防爆變頻器  

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