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变频器控制柜内变频器的散热计算

时间:2020-03-30    编辑:津信变频    点击:

 

变频器在工作时会发热,如果热量不能快速排出会导致由于过热而出现故障或停机。热损耗由以下因素构成:主电源电压,开关频率,负载和电机电缆长度。热损耗典型值为额定输出功率的2-4%。

 

变频器一般通过变频器内置的风扇来散热,如果变频器安排在柜体内,这会导致柜体温度升高。虽然柜体的柜壁也有一定的散热能力,但是由于柜体的柜壁散热能力小于50W,在计算中,这部分散热可以忽略不计,所以还需要采取其他外部措施来散热。最典型的散热方式是在柜门或柜壁上安装风扇,如图一所示。

 

计算冷却值时需要用到两个温度参数:Taverage和Tmax。Taverage是24小时的平均温度。平均温度值与高温的长期效应有关,会影响电解电容的使用寿命。Tmax是变频器满负载连续运行的最高温度,如果要超过这个温度运行,变频器需要按相关技术文件所述降容使用。


这两个温度值都是变频器进风口温度,不同型号变频器的这两个温度值可以在技术文件里找到。Taverage必须比Tmax低5°C。如果现场没有类似早晚24小时温度自然循环变化的情形,只能用Taverage来计算柜体冷却温度,否则,变频器的使用寿命将会缩短。

 

 风机工作曲线图

选择风机的基本原则:在特定的系统里特定的风机,只会产生特定的流量和特定的压力。风机输出压力特性曲线和系统风阻特性曲线的交点就是风机的工作点。

图二给出了低风阻和高风阻系统的风机工作点。为了保障适当的风机运行效率并防止堵转,最好选择那些在工作曲线图上工作点靠近高风量和低风压端的风机。每个特定的柜体设计都必须通过分析测算,以尽可能减少风阻。另外一些需要考虑的因素诸如有效空间,功率,噪音,可靠性和工作环境都应当作为对风机选择的参考。

 

估算必要的通风量

最小风量可以通过这个以下公式进行计算:

其中:

G = 体积流量, [立方米/s]

Q = 柜体的总发热量, [W]

p= 空气密度, [kg/立方米]. 干燥空气在0°C,1 bar时,值为1.275 kg/立方米

CP = 空气比热, [kJ/kg×K]. 干燥空气在0°C,1 bar时,值为1.01 kJ/ kg×K

ΔT = 空气温差, [K]. 出风口和进风口的温差

 

这个公式给出了对应海拔0的散热通风量,需要注意的是散热时主要考虑空气的质量流量而不是体积流量,因为质量流量决定了总冷却量。通常出风口和进风口的温差为5K(相当于5°C)。同时需要注意的是湿空气的热传递能力要比干燥空气差,另外,空气密度随着海拔和温度的增高而降低。通常情况下,以下的简化公式就可以用于计算柜体散热所需要的通风量:

单位:[立方米/h],20℃,压强101.3kPa

 

这个公式可以用来计算所需要的最小的通风量,大家建议至少增加20%的余量以确保变频器的工作温度正常。

 

大部分柜体供应商会提供推荐的散热设计,有些还能提供计算机App辅助计算尺寸和选型。

 

例如:在同一个柜子中,5台某品牌变频器全部满负载运行,周围的环境温度为40°C(进风口温度),满载情况下该变频器的功率损耗是187W,怎样计算柜体所需的散热通风量呢?

 

大家先要计算出柜体内总的功率损耗:

 

Ptotal = 5 × 187W = 935 W

 

柜壁的传导热量大家可以忽略不计,然后假定温差是5K(°C),前面的公式可以计算出所需的通风量:

 

柜体散热须知

除了要选择风机,还要选择风机的安装位置。图三说明了风机应该如何安装。以下几点是必须注意的:

 

1) 发热量最高的部件应该安装在最靠近出风口地方;

2) 进风口和出风口的面积要比风机的通风面积大;

3) 要有足够的空间使空气流速低于7m/s;

4) 为了防止局部过热,需要使用一个小的风机对局部过热点进行冷却;

5) 将冷却温度要求最高的部件安装在最靠近进风口的地方;

6) 风机易安装在进风口,往柜内吹风以维持柜内正压;

7) 使用尽可能大的滤网:

        a.  确保防护等级

        b.  减少风压损失

8) 确保柜体的散热量大于变频器的发热量;

9) 确保从变频器的风路不会发生“短路”,即进入变频器的大部分空气不能是变频器的排出空气,在柜体内安装必要的隔板就可以防止此类情况。

 

 

常见工业风机通风量

工业风机的通风量通常用CFM(Cubic Feet Per Minute,立方英寸/分)来表示,其中:

 

1CFM = 28.3 L/min = 1.7立方米/h

 

下表列出市场上比较常见的卡固(KAKU)风机的数据,作为大家上面例子的风机选型参考。

 

 

根据数据,上例需要风量为580 立方米/h = 341 CFM,则选择框架尺寸180×180×65的风机即可满足要求了。

 

 

 

 

 

 

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