變頻器的通用散熱方法
發(fā)布者:西安維克多機(jī)電科技有限公司發(fā)表時間:2024-08-16
從目前變頻器的構(gòu)造分析,散熱一般可分為以下三種:自然散熱、對流散熱、液冷散熱和外部環(huán)境散熱。
。ㄒ唬┳匀簧
對于小容量的變頻器一般選用自然散熱方式,其使用環(huán)境應(yīng)通風(fēng)良好,無易附著粉塵及飄浮物。此類變頻器的拖動對象多為家用空調(diào)、數(shù)控機(jī)床之類,功率很小,使用環(huán)境比較優(yōu)良。
另外一種使用自然散熱方式的變頻器容量并不一定小,那就是防爆變頻器。對于此類變頻器小容量可以選用一般類型的散熱器即可,要求散熱面積在允許的范圍內(nèi)盡可能的大一些,散熱肋片間距小一些,盡可能的增加熱輻射面積。對于大容量的防爆變頻器,如使用自然散熱方式建議使用熱管散熱器。熱管散熱器是近年來新興的一種散熱器,它是熱管技術(shù)與散熱器技術(shù)結(jié)合的一種產(chǎn)品,它的散熱效率很高,可以將防爆變頻器的容量做的比較大,可達(dá)幾百kVA。這種散熱器相對普通散熱器,所不同之處就是體積相對大,成本高。這種散熱方式與水冷散熱相比較還是有優(yōu)勢的:水冷要用水冷器件,水冷散熱器以及必不可少的水循環(huán)系統(tǒng)等等,其成本比使用熱管散熱器散熱高。業(yè)界反映熱管散熱器性能好,值得推廣。
自然散熱的另外一種方式就是“穿墻式”自然散熱,這種散熱方式至多減少80%的熱量,其特點是變頻器的主體與散熱片通過電控箱完全隔離,大大提高了變頻器元器件的散熱效果。這種散熱方式的好處就是可以做到定時清理散熱器,且能保證電控箱的防護(hù)等級做得更高。象常見的棉紡企業(yè)由于棉絮過多,經(jīng)常容易堵塞變頻器的通風(fēng)道,導(dǎo)致變頻器的過熱故障,用穿墻式自然散熱就能很好得解決這一問題。
(二)對流散熱
對流散熱是普遍采用的一種散熱方式。隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展,半導(dǎo)體器件散熱器也得到了飛速的發(fā)展,趨向標(biāo)準(zhǔn)化,系列化,通用化;而新產(chǎn)品則向低熱阻,多功能,體積小,重量輕,適用于自動化生產(chǎn)與安裝等方向發(fā)展。世界幾大散熱器生產(chǎn)商,產(chǎn)品多達(dá)上千個系列,并全部經(jīng)過測試,提供了使用功率與散熱器熱阻曲線,為用戶準(zhǔn)確選用提供了方便。同時散熱風(fēng)機(jī)的發(fā)展也相當(dāng)快,呈現(xiàn)出體積小,長受命,低噪聲,低功耗,大風(fēng)量,高防護(hù)的特點。如常用的小功率變頻器散熱風(fēng)機(jī)只有25mm×25mm×10mm;日本SANYO長壽命風(fēng)機(jī)可達(dá)200000h,防護(hù)等級可達(dá)IPX5;更有德國ebm大風(fēng)量軸流風(fēng)機(jī),排風(fēng)量高達(dá)5700m3/h。這些因素為設(shè)計者提供了非常廣闊的選擇空間。
對流散熱正是由于使用的器件(風(fēng)機(jī)、散熱器)選擇比較容易,成本不是太高,變頻器的容量可以做到從幾十到幾百kVA,甚至更高(采取單元并聯(lián)方式)才被廣為采用。
1)變頻器內(nèi)裝風(fēng)扇散熱
內(nèi)裝風(fēng)扇散熱一般對于小容量的通用變頻器使用。通過正確的安裝變頻器,可以使變頻器的內(nèi)裝風(fēng)扇的散熱能力變大。該內(nèi)裝風(fēng)扇可以將變頻器內(nèi)部的熱量帶走。通過變頻器所在的箱體的鐵板,進(jìn)行散熱。只通過變頻器內(nèi)裝風(fēng)扇的散熱辦法適用與裝有單獨的變頻器的控制箱,以及控制元件比較少的控制箱。如果變頻器控制箱中,有若干臺變頻器,或者其他散熱量比較大的電氣元件,則散熱的效果不十分明顯。
。2)變頻器外裝風(fēng)機(jī)散熱
通過在安裝變頻器的控制箱內(nèi),增設(shè)若干臺具有換氣對流功能的風(fēng)機(jī),則可以大大提高變頻器的散熱效果,降低變頻器工作環(huán)境的溫度。使用風(fēng)機(jī)的能力,可以通過變頻器的散熱量進(jìn)行計算。下面說一說一般的選擇方法:
我們根據(jù)經(jīng)驗算出每排出1kW功耗產(chǎn)生的熱量,需要風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量為360m/h,而變頻器的功耗為其容量的4~5%,這里我們按5%計算,可以得到變頻器適配風(fēng)機(jī)與其容量的關(guān)系:
例如:變頻器功率為90千瓦,則:
風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量(m3/h)=變頻器容量×5%×360m/h/kW=1620m/h
然后再通過風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量選擇不同廠家風(fēng)機(jī)的型號獲得滿足我們條件的風(fēng)機(jī)。一般說來,風(fēng)機(jī)散熱是現(xiàn)階段變頻器散熱的主要手段,尤其適用在比較大的控制柜中,以及控制柜中擁有的電氣部件同時工作、同時發(fā)熱的情況下。適用于高度集成的集中控制柜、控制箱。而且近幾年由于科技的不斷進(jìn)步,散熱風(fēng)機(jī)已經(jīng)不像前幾年那樣的龐然大物,小巧而又強(qiáng)勁的風(fēng)機(jī)比比皆是。性價比上也比其他散熱方式好的多。
。ㄈ┮豪渖
水冷是工業(yè)液冷方式中較常用的一種方式。針對變頻器這種設(shè)備選用該方式散熱的很少,因為它的成本高,用在小容量變頻器時體積大,再由于通用變頻器的容量在幾kVA到近百kVA,容量不是很大,很難將性價比做到讓用戶接受的程度,只有在特殊場合(如需要防爆)以及容量特別大的變頻器才采用這種方式。
水冷變頻器在歐洲已有近十年的歷史,廣泛應(yīng)用于輪船、機(jī)車等高功率且空間有限的場合。相對于傳統(tǒng)的風(fēng)冷變頻器,水冷變頻器更有效地解決了散熱問題,從而使高功率變頻器的體積大大縮小,性能更加穩(wěn)定。體積的減小意味著節(jié)省了設(shè)備安裝空間,從而有效地解決了很多特殊場合對變頻器體積的要求。如芬蘭VACON公司的400kW水冷變頻器,其體積僅為同等級的風(fēng)冷變頻器的五分之一。
資料表明,散熱器表面經(jīng)電泳涂漆發(fā)黑或陽極氧化發(fā)黑后,其散熱量在自然冷卻情況下可提高10~15%,在強(qiáng)迫風(fēng)冷情況下可提高20~30%,電泳涂漆后表面耐壓可達(dá)500~800V。所以在選擇散熱器及制定加工工藝時,對散熱器進(jìn)行上述工藝處理會大大提高本身的散熱能力,還可以增強(qiáng)絕緣性,降低了因安裝不當(dāng)造成的爬電距離過小,電氣間隙不夠等帶來的不利影響。
散熱效果優(yōu)劣與安裝工藝有密切關(guān)系,安裝時應(yīng)盡量加大功率模塊與散熱器的接觸面積降低熱阻,提高傳熱效果。在功率器件與散熱器之間涂一層薄薄的導(dǎo)熱硅脂可以降低熱阻25~30%。如需要在功率器件與散熱器之間加絕緣或加墊塊來方便安裝,建議使用低熱阻材料:薄云母,聚酯薄膜或紫銅塊,鋁塊。合理安排器件在散熱器上的位置,單件安裝時應(yīng)使器件位于散熱器基面中心位置,多件安裝時應(yīng)均勻分布。緊固器件時需保證扭力一致。安裝完畢后不宜對器件及散熱器再進(jìn)行機(jī)械加工,否則會產(chǎn)生應(yīng)力,增加熱阻。單面肋片式散熱器,適于在設(shè)備外部作自然風(fēng)冷,即利于功率器件的通風(fēng)又可降低機(jī)內(nèi)溫度。自然風(fēng)冷時,應(yīng)使散熱器的斷面平行于水平面的方向;強(qiáng)迫風(fēng)冷時,應(yīng)使氣流的流向平行于散熱器的肋片方向
。ㄋ模┩獠凯h(huán)境散熱
隨著科技的進(jìn)步,空水冷系統(tǒng)逐漸應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油化工等領(lǐng)域,空水冷系統(tǒng)是專門用于大功率變頻器散熱的設(shè)備?账鋵⒆冾l器的熱風(fēng)通過風(fēng)道直接通過空-水冷裝置進(jìn)行熱交換,由冷卻水直接將變頻器散失的熱量帶走;經(jīng)過降溫的冷風(fēng)排回至室內(nèi)?-水冷裝置內(nèi)通過冷水溫度低于33℃,即可以保證熱風(fēng)經(jīng)過散熱片后將變頻器室內(nèi)的環(huán)境溫度控制在40℃以下,滿足變頻器對環(huán)境運(yùn)行的要求,從而保證了變頻器室內(nèi)良好的運(yùn)行環(huán)境。空水冷系統(tǒng)具有低能耗,高冷量,大風(fēng)量的特點。
無論采用哪種散熱方式,都應(yīng)根據(jù)變頻器的容量,確定它的功耗,選擇適當(dāng)?shù)娘L(fēng)機(jī),以及適當(dāng)?shù)纳崞,達(dá)到優(yōu)良的性價比,同時也應(yīng)將變頻器所使用的環(huán)境因素充分考慮到。針對環(huán)境比較惡劣(高溫,高濕,煤礦,油田,海上平臺)的情況,要采取相應(yīng)的措施,確保變頻器正常可靠的運(yùn)行。從變頻器本身,應(yīng)盡可能的避免不利因素的影響,例如針對灰塵、風(fēng)沙的影響可以進(jìn)行密封處理,只有散熱器風(fēng)道與外界空氣接觸,避免了對變頻器內(nèi)部的影響;針對鹽霧,潮濕等可以對變頻器各部件進(jìn)行絕緣噴涂處理;野外作業(yè)用變頻器要加防護(hù),做到防雨、防曬、防霧、防塵;對于高溫高濕環(huán)境可以增加空調(diào)等設(shè)備進(jìn)行降溫除濕,給變頻器一個良好的環(huán)境,確保變頻器可靠運(yùn)行,事實表明處理好變頻器的散熱不僅要求設(shè)計者從變頻器本身做到,還要求使用者正確使用嚴(yán)格按照使用說明進(jìn)行安裝,有足夠的通風(fēng)空間,適合的使用環(huán)境,并且盡可能做到定期維護(hù),尤其是煤炭等多粉塵行業(yè),定期給使用環(huán)境除塵,對變頻器風(fēng)道除塵,這樣才能使變頻器的散熱系統(tǒng)發(fā)揮正常功能,使變頻器的溫升在允許值之內(nèi),變頻器才能可靠運(yùn)行,而為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)及社會效益。
。ㄒ唬┳匀簧
對于小容量的變頻器一般選用自然散熱方式,其使用環(huán)境應(yīng)通風(fēng)良好,無易附著粉塵及飄浮物。此類變頻器的拖動對象多為家用空調(diào)、數(shù)控機(jī)床之類,功率很小,使用環(huán)境比較優(yōu)良。
另外一種使用自然散熱方式的變頻器容量并不一定小,那就是防爆變頻器。對于此類變頻器小容量可以選用一般類型的散熱器即可,要求散熱面積在允許的范圍內(nèi)盡可能的大一些,散熱肋片間距小一些,盡可能的增加熱輻射面積。對于大容量的防爆變頻器,如使用自然散熱方式建議使用熱管散熱器。熱管散熱器是近年來新興的一種散熱器,它是熱管技術(shù)與散熱器技術(shù)結(jié)合的一種產(chǎn)品,它的散熱效率很高,可以將防爆變頻器的容量做的比較大,可達(dá)幾百kVA。這種散熱器相對普通散熱器,所不同之處就是體積相對大,成本高。這種散熱方式與水冷散熱相比較還是有優(yōu)勢的:水冷要用水冷器件,水冷散熱器以及必不可少的水循環(huán)系統(tǒng)等等,其成本比使用熱管散熱器散熱高。業(yè)界反映熱管散熱器性能好,值得推廣。
自然散熱的另外一種方式就是“穿墻式”自然散熱,這種散熱方式至多減少80%的熱量,其特點是變頻器的主體與散熱片通過電控箱完全隔離,大大提高了變頻器元器件的散熱效果。這種散熱方式的好處就是可以做到定時清理散熱器,且能保證電控箱的防護(hù)等級做得更高。象常見的棉紡企業(yè)由于棉絮過多,經(jīng)常容易堵塞變頻器的通風(fēng)道,導(dǎo)致變頻器的過熱故障,用穿墻式自然散熱就能很好得解決這一問題。
(二)對流散熱
對流散熱是普遍采用的一種散熱方式。隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展,半導(dǎo)體器件散熱器也得到了飛速的發(fā)展,趨向標(biāo)準(zhǔn)化,系列化,通用化;而新產(chǎn)品則向低熱阻,多功能,體積小,重量輕,適用于自動化生產(chǎn)與安裝等方向發(fā)展。世界幾大散熱器生產(chǎn)商,產(chǎn)品多達(dá)上千個系列,并全部經(jīng)過測試,提供了使用功率與散熱器熱阻曲線,為用戶準(zhǔn)確選用提供了方便。同時散熱風(fēng)機(jī)的發(fā)展也相當(dāng)快,呈現(xiàn)出體積小,長受命,低噪聲,低功耗,大風(fēng)量,高防護(hù)的特點。如常用的小功率變頻器散熱風(fēng)機(jī)只有25mm×25mm×10mm;日本SANYO長壽命風(fēng)機(jī)可達(dá)200000h,防護(hù)等級可達(dá)IPX5;更有德國ebm大風(fēng)量軸流風(fēng)機(jī),排風(fēng)量高達(dá)5700m3/h。這些因素為設(shè)計者提供了非常廣闊的選擇空間。
對流散熱正是由于使用的器件(風(fēng)機(jī)、散熱器)選擇比較容易,成本不是太高,變頻器的容量可以做到從幾十到幾百kVA,甚至更高(采取單元并聯(lián)方式)才被廣為采用。
1)變頻器內(nèi)裝風(fēng)扇散熱
內(nèi)裝風(fēng)扇散熱一般對于小容量的通用變頻器使用。通過正確的安裝變頻器,可以使變頻器的內(nèi)裝風(fēng)扇的散熱能力變大。該內(nèi)裝風(fēng)扇可以將變頻器內(nèi)部的熱量帶走。通過變頻器所在的箱體的鐵板,進(jìn)行散熱。只通過變頻器內(nèi)裝風(fēng)扇的散熱辦法適用與裝有單獨的變頻器的控制箱,以及控制元件比較少的控制箱。如果變頻器控制箱中,有若干臺變頻器,或者其他散熱量比較大的電氣元件,則散熱的效果不十分明顯。
。2)變頻器外裝風(fēng)機(jī)散熱
通過在安裝變頻器的控制箱內(nèi),增設(shè)若干臺具有換氣對流功能的風(fēng)機(jī),則可以大大提高變頻器的散熱效果,降低變頻器工作環(huán)境的溫度。使用風(fēng)機(jī)的能力,可以通過變頻器的散熱量進(jìn)行計算。下面說一說一般的選擇方法:
我們根據(jù)經(jīng)驗算出每排出1kW功耗產(chǎn)生的熱量,需要風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量為360m/h,而變頻器的功耗為其容量的4~5%,這里我們按5%計算,可以得到變頻器適配風(fēng)機(jī)與其容量的關(guān)系:
例如:變頻器功率為90千瓦,則:
風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量(m3/h)=變頻器容量×5%×360m/h/kW=1620m/h
然后再通過風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量選擇不同廠家風(fēng)機(jī)的型號獲得滿足我們條件的風(fēng)機(jī)。一般說來,風(fēng)機(jī)散熱是現(xiàn)階段變頻器散熱的主要手段,尤其適用在比較大的控制柜中,以及控制柜中擁有的電氣部件同時工作、同時發(fā)熱的情況下。適用于高度集成的集中控制柜、控制箱。而且近幾年由于科技的不斷進(jìn)步,散熱風(fēng)機(jī)已經(jīng)不像前幾年那樣的龐然大物,小巧而又強(qiáng)勁的風(fēng)機(jī)比比皆是。性價比上也比其他散熱方式好的多。
。ㄈ┮豪渖
水冷是工業(yè)液冷方式中較常用的一種方式。針對變頻器這種設(shè)備選用該方式散熱的很少,因為它的成本高,用在小容量變頻器時體積大,再由于通用變頻器的容量在幾kVA到近百kVA,容量不是很大,很難將性價比做到讓用戶接受的程度,只有在特殊場合(如需要防爆)以及容量特別大的變頻器才采用這種方式。
水冷變頻器在歐洲已有近十年的歷史,廣泛應(yīng)用于輪船、機(jī)車等高功率且空間有限的場合。相對于傳統(tǒng)的風(fēng)冷變頻器,水冷變頻器更有效地解決了散熱問題,從而使高功率變頻器的體積大大縮小,性能更加穩(wěn)定。體積的減小意味著節(jié)省了設(shè)備安裝空間,從而有效地解決了很多特殊場合對變頻器體積的要求。如芬蘭VACON公司的400kW水冷變頻器,其體積僅為同等級的風(fēng)冷變頻器的五分之一。
資料表明,散熱器表面經(jīng)電泳涂漆發(fā)黑或陽極氧化發(fā)黑后,其散熱量在自然冷卻情況下可提高10~15%,在強(qiáng)迫風(fēng)冷情況下可提高20~30%,電泳涂漆后表面耐壓可達(dá)500~800V。所以在選擇散熱器及制定加工工藝時,對散熱器進(jìn)行上述工藝處理會大大提高本身的散熱能力,還可以增強(qiáng)絕緣性,降低了因安裝不當(dāng)造成的爬電距離過小,電氣間隙不夠等帶來的不利影響。
散熱效果優(yōu)劣與安裝工藝有密切關(guān)系,安裝時應(yīng)盡量加大功率模塊與散熱器的接觸面積降低熱阻,提高傳熱效果。在功率器件與散熱器之間涂一層薄薄的導(dǎo)熱硅脂可以降低熱阻25~30%。如需要在功率器件與散熱器之間加絕緣或加墊塊來方便安裝,建議使用低熱阻材料:薄云母,聚酯薄膜或紫銅塊,鋁塊。合理安排器件在散熱器上的位置,單件安裝時應(yīng)使器件位于散熱器基面中心位置,多件安裝時應(yīng)均勻分布。緊固器件時需保證扭力一致。安裝完畢后不宜對器件及散熱器再進(jìn)行機(jī)械加工,否則會產(chǎn)生應(yīng)力,增加熱阻。單面肋片式散熱器,適于在設(shè)備外部作自然風(fēng)冷,即利于功率器件的通風(fēng)又可降低機(jī)內(nèi)溫度。自然風(fēng)冷時,應(yīng)使散熱器的斷面平行于水平面的方向;強(qiáng)迫風(fēng)冷時,應(yīng)使氣流的流向平行于散熱器的肋片方向
。ㄋ模┩獠凯h(huán)境散熱
隨著科技的進(jìn)步,空水冷系統(tǒng)逐漸應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油化工等領(lǐng)域,空水冷系統(tǒng)是專門用于大功率變頻器散熱的設(shè)備?账鋵⒆冾l器的熱風(fēng)通過風(fēng)道直接通過空-水冷裝置進(jìn)行熱交換,由冷卻水直接將變頻器散失的熱量帶走;經(jīng)過降溫的冷風(fēng)排回至室內(nèi)?-水冷裝置內(nèi)通過冷水溫度低于33℃,即可以保證熱風(fēng)經(jīng)過散熱片后將變頻器室內(nèi)的環(huán)境溫度控制在40℃以下,滿足變頻器對環(huán)境運(yùn)行的要求,從而保證了變頻器室內(nèi)良好的運(yùn)行環(huán)境。空水冷系統(tǒng)具有低能耗,高冷量,大風(fēng)量的特點。
無論采用哪種散熱方式,都應(yīng)根據(jù)變頻器的容量,確定它的功耗,選擇適當(dāng)?shù)娘L(fēng)機(jī),以及適當(dāng)?shù)纳崞,達(dá)到優(yōu)良的性價比,同時也應(yīng)將變頻器所使用的環(huán)境因素充分考慮到。針對環(huán)境比較惡劣(高溫,高濕,煤礦,油田,海上平臺)的情況,要采取相應(yīng)的措施,確保變頻器正常可靠的運(yùn)行。從變頻器本身,應(yīng)盡可能的避免不利因素的影響,例如針對灰塵、風(fēng)沙的影響可以進(jìn)行密封處理,只有散熱器風(fēng)道與外界空氣接觸,避免了對變頻器內(nèi)部的影響;針對鹽霧,潮濕等可以對變頻器各部件進(jìn)行絕緣噴涂處理;野外作業(yè)用變頻器要加防護(hù),做到防雨、防曬、防霧、防塵;對于高溫高濕環(huán)境可以增加空調(diào)等設(shè)備進(jìn)行降溫除濕,給變頻器一個良好的環(huán)境,確保變頻器可靠運(yùn)行,事實表明處理好變頻器的散熱不僅要求設(shè)計者從變頻器本身做到,還要求使用者正確使用嚴(yán)格按照使用說明進(jìn)行安裝,有足夠的通風(fēng)空間,適合的使用環(huán)境,并且盡可能做到定期維護(hù),尤其是煤炭等多粉塵行業(yè),定期給使用環(huán)境除塵,對變頻器風(fēng)道除塵,這樣才能使變頻器的散熱系統(tǒng)發(fā)揮正常功能,使變頻器的溫升在允許值之內(nèi),變頻器才能可靠運(yùn)行,而為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)及社會效益。
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