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        變頻器控制柜內變頻器的通風量和散熱量計算方法

        時間:2020-08-12    作者:津信變頻    點擊:

         

        變頻器在工作時會發熱,如果熱量不能快速排出會導致由于過熱而出現故障或停機。熱損耗由以下因素構成:主電源電壓,開關頻率,負載和電機電纜長度。熱損耗典型值為額定輸出功率的2-4%。

         

        變頻器一般通過變頻器內置的風扇來散熱,如果變頻器安排在柜體內,這會導致柜體溫度升高。雖然柜體的柜壁也有一定的散熱能力,但是由于柜體的柜壁散熱能力小于50W,在計算中,這部分散熱可以忽略不計,所以還需要采取其他外部措施來散熱。最典型的散熱方式是在柜門或柜壁上安裝風扇,如圖一所示。

         

        計算冷卻值時需要用到兩個溫度參數:Taverage和Tmax。Taverage是24小時的平均溫度。平均溫度值與高溫的長期效應有關,會影響電解電容的使用壽命。Tmax是變頻器滿負載連續運行的最高溫度,如果要超過這個溫度運行,變頻器需要按相關技術文件所述降容使用。


        這兩個溫度值都是變頻器進風口溫度,不同型號變頻器的這兩個溫度值可以在技術文件里找到。Taverage必須比Tmax低5°C。如果現場沒有類似早晚24小時溫度自然循環變化的情形,只能用Taverage來計算柜體冷卻溫度,否則,變頻器的使用壽命將會縮短。

         

         風機工作曲線圖

        選擇風機的基本原則:在特定的系統里特定的風機,只會產生特定的流量和特定的壓力。風機輸出壓力特性曲線和系統風阻特性曲線的交點就是風機的工作點。

        圖二給出了低風阻和高風阻系統的風機工作點。為了保障適當的風機運行效率并防止堵轉,最好選擇那些在工作曲線圖上工作點靠近高風量和低風壓端的風機。每個特定的柜體設計都必須通過分析測算,以盡可能減少風阻。另外一些需要考慮的因素諸如有效空間,功率,噪音,可靠性和工作環境都應當作為對風機選擇的參考。

         

        估算必要的通風量

        最小風量可以通過這個以下公式進行計算:

        其中:

        G = 體積流量, [立方米/s]

        Q = 柜體的總發熱量, [W]

        p= 空氣密度, [kg/立方米]. 干燥空氣在0°C,1 bar時,值為1.275 kg/立方米

        CP = 空氣比熱, [kJ/kg×K]. 干燥空氣在0°C,1 bar時,值為1.01 kJ/ kg×K

        ΔT = 空氣溫差, [K]. 出風口和進風口的溫差

         

        這個公式給出了對應海拔0的散熱通風量,需要注意的是散熱時主要考慮空氣的質量流量而不是體積流量,因為質量流量決定了總冷卻量。通常出風口和進風口的溫差為5K(相當于5°C)。同時需要注意的是濕空氣的熱傳遞能力要比干燥空氣差,另外,空氣密度隨著海拔和溫度的增高而降低。通常情況下,以下的簡化公式就可以用于計算柜體散熱所需要的通風量:

        單位:[立方米/h],20℃,壓強101.3kPa

         

        這個公式可以用來計算所需要的最小的通風量,我們建議至少增加20%的余量以確保變頻器的工作溫度正常。

         

        大部分柜體供應商會提供推薦的散熱設計,有些還能提供計算機軟件輔助計算尺寸和選型。

         

        例如:在同一個柜子中,5臺某品牌變頻器全部滿負載運行,周圍的環境溫度為40°C(進風口溫度),滿載情況下該變頻器的功率損耗是187W,怎樣計算柜體所需的散熱通風量呢?

         

        我們先要計算出柜體內總的功率損耗:

         

        Ptotal = 5 × 187W = 935 W

         

        柜壁的傳導熱量我們可以忽略不計,然后假定溫差是5K(°C),前面的公式可以計算出所需的通風量:

         

        柜體散熱須知

        除了要選擇風機,還要選擇風機的安裝位置。圖三說明了風機應該如何安裝。以下幾點是必須注意的:

         

        1) 發熱量最高的部件應該安裝在最靠近出風口地方;

        2) 進風口和出風口的面積要比風機的通風面積大;

        3) 要有足夠的空間使空氣流速低于7m/s;

        4) 為了防止局部過熱,需要使用一個小的風機對局部過熱點進行冷卻;

        5) 將冷卻溫度要求最高的部件安裝在最靠近進風口的地方;

        6) 風機易安裝在進風口,往柜內吹風以維持柜內正壓;

        7) 使用盡可能大的濾網:

                a.  確保防護等級

                b.  減少風壓損失

        8) 確保柜體的散熱量大于變頻器的發熱量;

        9) 確保從變頻器的風路不會發生“短路”,即進入變頻器的大部分空氣不能是變頻器的排出空氣,在柜體內安裝必要的隔板就可以防止此類情況。

         

         

        常見工業風機通風量

        工業風機的通風量通常用CFM(Cubic Feet Per Minute,立方英寸/分)來表示,其中:

         

        1CFM = 28.3 L/min = 1.7立方米/h

         

        下表列出市場上比較常見的卡固(KAKU)風機的數據,作為我們上面例子的風機選型參考。

         

         

        根據數據,上例需要風量為580 立方米/h = 341 CFM,則選擇框架尺寸180×180×65的風機即可滿足要求了。

         

         

         

         

         

         

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