一、空調(diào)密閉冷卻方式

1.1 系統(tǒng)介紹

    為了提高高壓大功率變頻器的應用穩(wěn)定性，解決好高壓變頻器環(huán)境散熱問題。目前常用的辦法是：密閉式空調(diào)冷卻。該方法主要是為高壓變頻器提供一個固定的具有隔熱保溫效果的房間，根據(jù)高壓變頻器的發(fā)熱量和房間面積大小計算出空調(diào)的制冷量，從而配備一定數(shù)量的空調(diào)。采用空調(diào)冷卻時，房間的建筑面積過大會增加空調(diào)冷卻負荷。同時，由于變頻器排出的熱風不能被空調(diào)全部吸入冷卻，因此，造成系統(tǒng)運行效率低，造成節(jié)約能源的二次浪費。變頻器室內(nèi)的冷熱風循環(huán)情況如下圖所示。

 

    變頻器從柜體的正面和后面吸入空氣，經(jīng)柜頂風機將變頻器內(nèi)部的熱量帶走排到室內(nèi)。從而在變頻器室上部形成一個溫度偏高、壓力偏高的氣旋渦流區(qū)，在變頻器的正面部分形成一個偏負壓區(qū)。在運行中，變頻器功率柜正面上部區(qū)域?qū)?/span>際上是吸入剛排出的熱風進行冷卻，形成氣流短路風不能達到有效的冷卻效果。空調(diào)通常采用下進上出風結(jié)構(gòu)，從而與變頻器在一定程度上形成了“搶風”現(xiàn)象，這就是“混合循環(huán)區(qū)”。在這個區(qū)域變頻器吸入的空氣不完全是空調(diào)降溫后的冷空氣，空調(diào)的降溫處理也沒有把變頻器排出的熱空氣全部降溫，從而導致了整個冷卻系統(tǒng)的運行效率不高。變頻器自身是節(jié)能節(jié)電設備，而通常采用的空調(diào)式冷卻則造成能源的二次浪費。這種情況在大功率、超大功率的變頻應用系統(tǒng)中更加明顯。
1.2 空調(diào)技術特點

a) 高效制冷

b) 廣角送風，室溫均勻舒適

c) 防冷風設計，送風舒適

d) 獨立除濕

e) 低溫、低電壓啟動

f) 室外機耐高溫運轉(zhuǎn)

g) 室內(nèi)密閉冷卻

h) 防塵效果好

i) 運行成本高

二、風道冷卻

2．1功率柜風道設計見下圖：

 

     從功率柜散熱系統(tǒng)圖可知：功率單元內(nèi)部散熱系統(tǒng)通過安裝在單元內(nèi)的風機強制冷卻單元里的散熱器，使每一個功率單元滿足散熱需求，同時，由于功率單元內(nèi)風機吹走熱風，使其進風處的柜體內(nèi)形成強力負壓，柜外冷風大量進入高壓變頻氣內(nèi)，通過功率單元風道對單元散熱器進行冷卻。同時，由于柜頂風機大量抽風，使其密閉風室內(nèi)形成強力負壓，加速功率單元內(nèi)熱風進入密閉風室，通過柜頂風機抽出高壓變頻器柜外。通過建立嚴密暢通的風道，以及在功率單元內(nèi)設計強制風冷，大大提高了高壓變頻器散熱系統(tǒng)的散熱能力和效率，同時，也可以減少散熱器體積和功率柜體積，實現(xiàn)高壓變頻器的小型化，為用戶安裝高壓變頻器節(jié)省空間。 

2.2 風道冷卻特點 

1、投資成本低

2、節(jié)省變頻器室空間

3、防塵效果差

4、維護量較大

5、變頻室容易形成較大負壓

6、幾乎沒有運行成本

三、空－水冷卻系統(tǒng)

3．1、系統(tǒng)介紹

    高壓變頻器對運行環(huán)境溫度通常要求在-5～40℃，環(huán)境粉塵含量低于950ppm。過高的溫度會造成變頻器溫度過熱保護而跳閘，粉塵含量過高導致變頻器通風濾網(wǎng)更換清洗維護量過高，增加維護費用。因此，采用何種冷卻方式和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)至關重要。為了解決高壓變頻器的運行環(huán)境冷卻和控制問題，提高系統(tǒng)安全可靠性、降低運營成本。可以解決單位散熱密度高、功率大，有效提高系統(tǒng)安全可靠性、降低運營成本的問題。空－水冷卻系統(tǒng)是一種利用高效、環(huán)保、節(jié)能的冷卻系統(tǒng),其應用技術在國內(nèi)處于領先地位。在電力、鋼鐵等行業(yè)的高壓大功率變頻應用中得到廣泛的推廣應用。該系統(tǒng)由于其采用完全機械結(jié)構(gòu)設計，較空調(diào)等電力、電子設備而言具有明顯的安全、可靠性。其主要原理是：將變頻器的熱風通過風道直接通過空冷裝置進行熱交換，由冷卻水直接將變頻器散失的熱量帶走；經(jīng)過降溫的冷風排回至室內(nèi)?？绽溲b置內(nèi)通過冷水溫度低于 33 ℃，即可以保證熱風經(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)境運行的要求。從而，保證了變頻器室內(nèi)良好的運行環(huán)境。冷卻水與循環(huán)風完全分離，水管線在變頻室外與高壓設備明確分離，確保高壓設備室不會受到防水、絕緣破壞等安全威脅和事故。

    同時，由于房間密閉，變頻器利用室內(nèi)的循環(huán)風進行設備冷卻，具有粉塵度低，維護量小的特點；減少了環(huán)境對變頻器功率柜、控制柜運行穩(wěn)定性的不利影響?？?水冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如下：

 
 

3．2、空－水冷卻系統(tǒng)適用條件 

    為了便于現(xiàn)場選擇和適用，通常現(xiàn)場需要滿足以下條件：

    1) 現(xiàn)場能夠提供的工業(yè)冷卻水溫≤ 33℃，且能夠提供的入口水壓在0.25~0.35MPa 之間，回水壓力在 0.08~0.15MPa 之間。

   2)能夠提供必要的冷卻水量，變頻器空－水冷卻系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水量根據(jù)現(xiàn)場的冷卻水溫度和負載容量而定。

    3) 需要為變頻器配備獨立的密閉式房屋，且房屋具有 10cm 以上的保溫層或隔熱措施。

   4)房屋內(nèi)凈高不小于 3.5m；在房屋的長度方向前或后部具有與房屋長度相當，寬度不小于 2.0m 的施工和安裝場地。

    5) 現(xiàn)場能夠提供兩路 380VAC/3PH 電源，容量根據(jù)實際情況而定。

    6) 冷卻水水質(zhì)要求無懸浮物沉積，PH 值偏堿性≥7.2。 

3．3、空－水冷卻系統(tǒng)特點

    1)設備安裝簡單、快捷。整體式的結(jié)構(gòu)組件安裝于變頻器室外，室內(nèi)采用風道與變頻器柜頂排氣口直接連接，使得整個空－水冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝。

   2)設備使用壽命長，故障率低，性能可靠。由于空－水冷卻系統(tǒng)采用完全機械結(jié)構(gòu)設計，較空調(diào)等電力、電子設備而言具有明顯的安全、可靠性，具有較高的使用壽命。如果一旦冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)水路系統(tǒng)故障，則可關閉進出水閥門；通過風路管道系統(tǒng)設置的上下風門，可以直接將熱風外排到室外，吸入冷風實現(xiàn)開放式循環(huán)，從而大大提高了變頻器安全、可靠性。

    3)初期投資成本高，運營成本低?？眨鋮s系統(tǒng)的運營成本是同等熱交換功率空調(diào)冷卻方式的 1/4~1/5。冷卻電耗指標遠遠低于空調(diào)冷卻，避免了能源節(jié)約的二次浪費。

    4) 變頻器維護量低，環(huán)境衛(wèi)生。由于房間密閉，冷卻系統(tǒng)與變頻器室形成密閉式循環(huán)風進行設備冷卻，具有粉塵進入量小，環(huán)境溫、濕度穩(wěn)定等特點。濾網(wǎng)清洗周期由原來的 15～30 天延長到 2～3 個月以上，大大減輕了現(xiàn)場設備維護量和人力成本。

    5) 冷卻風機冗余結(jié)構(gòu)配置。空－水冷卻系統(tǒng)中采用的增壓風機設計風壓、風量均大于變頻柜頂風機的風壓、風量排放值，當變頻器柜頂或增壓風機出現(xiàn)問題時不會影響系統(tǒng)的冷卻效果。
     綜上所述，三種冷卻方案各有優(yōu)缺點，選擇冷卻方案時可根據(jù)現(xiàn)場特點靈活選擇：

    1、空調(diào)冷卻， 由于運行成本高，建議在外圍環(huán)境較差，要求防塵的中小功率高壓變頻器中使用空調(diào)冷卻方案。

    2、風道冷卻 考濾投資成本及維護成本，在現(xiàn)場環(huán)境較干凈，灰塵量很小的情況下可考濾風道冷卻。

   3、空——水冷系統(tǒng) 由于投資成本較高，建議在外圍環(huán)境較差，要求防塵的中大功率高壓變頻器中使用空——水冷卻系統(tǒng)方案