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變頻器在工作時會發(fā)熱,如果熱量不能快速排出會導(dǎo)致由于過熱而出現(xiàn)故障或停機。熱損耗由以下因素構(gòu)成:主電源電壓,開關(guān)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(nèi)置的風(fēng)扇來散熱,如果變頻器安排在柜體內(nèi),這會導(dǎo)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(fēng)扇,如圖一所示。
計算冷卻值時需要用到兩個溫度參數(shù):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(yīng)有關(guān),會影響電解電容的使用壽命。Tmax是變頻器滿負載連續(xù)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(guān)技術(shù)文件所述降容使用。
這兩個溫度值都是變頻器進風(fēng)口溫度,不同型號變頻器的這兩個溫度值可以在技術(shù)文件里找到。Taverage必須比Tmax低5°C。如果現(xiàn)場沒有類似早晚24小時溫度自然循環(huán)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(fēng)機工作曲線圖
選擇風(fēng)機的基本原則:在特定的系統(tǒng)里特定的風(fēng)機,只會產(chǎn)生特定的流量和特定的壓力。風(fēng)機輸出壓力特性曲線和系統(tǒng)風(fēng)阻特性曲線的交點就是風(fēng)機的工作點。
圖二給出了低風(fēng)阻和高風(fēng)阻系統(tǒng)的風(fēng)機工作點。為了保障適當?shù)娘L(fēng)機運行效率并防止堵轉(zhuǎn),最好選擇那些在工作曲線圖上工作點靠近高風(fēng)量和低風(fēng)壓端的風(fēng)機。每個特定的柜體設(shè)計都必須通過分析測算,以盡可能減少風(fēng)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(huán)境都應(yīng)當作為對風(fēng)機選擇的參考。
估算必要的通風(fēng)量
最小風(fēng)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(fā)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(fēng)口和進風(fēng)口的溫差
這個公式給出了對應(yīng)海拔0的散熱通風(fēng)量,需要注意的是散熱時主要考慮空氣的質(zhì)量流量而不是體積流量,因為質(zhì)量流量決定了總冷卻量。通常出風(fēng)口和進風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(yīng)商會提供推薦的散熱設(shè)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(huán)境溫度為40°C(進風(fēng)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(fēng)量呢?
我們先要計算出柜體內(nèi)總的功率損耗:
Ptotal = 5 × 187W = 935 W
柜壁的傳導(dǎo)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(fēng)量:
柜體散熱須知
除了要選擇風(fēng)機,還要選擇風(fēng)機的安裝位置。圖三說明了風(fēng)機應(yīng)該如何安裝。以下幾點是必須注意的:
1) 發(fā)熱量最高的部件應(yīng)該安裝在最靠近出風(fēng)口地方;
2) 進風(fēng)口和出風(fēng)口的面積要比風(fēng)機的通風(fēng)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(fēng)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(fēng)口的地方;
6) 風(fēng)機易安裝在進風(fēng)口,往柜內(nèi)吹風(fēng)以維持柜內(nèi)正壓;
7) 使用盡可能大的濾網(wǎng):
a. 確保防護等級
b. 減少風(fēng)壓損失
8) 確保柜體的散熱量大于變頻器的發(fā)熱量;
9) 確保從變頻器的風(fēng)路不會發(fā)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(nèi)安裝必要的隔板就可以防止此類情況。
常見工業(yè)風(fēng)機通風(fēng)量
工業(yè)風(fēng)機的通風(fēng)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(fēng)機的數(shù)據(jù),作為我們上面例子的風(fēng)機選型參考。
根據(jù)數(shù)據(jù),上例需要風(fēng)量為580 立方米/h = 341 CFM,則選擇框架尺寸180×180×65的風(fēng)機即可滿足要求了。