變頻器的常見散熱方式與具體介紹
變頻器主要用于交流電動機(異步電機或同步電機)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),是公認的交流電動機最理想、最有前途的調(diào)速方案,除了具有卓越的調(diào)速性能之外,變頻器還有明顯的節(jié)能作用,是企業(yè)技術改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。它在電力、紡織與化纖、建材、石油、化工、冶金、市政、造紙、食品飲料、煙草等行業(yè)以及公用工程(中心空調(diào)、供水、水處理、電梯等)中,變頻器都在發(fā)揮著重要作用。
為了提高變頻器的應用穩(wěn)定性,必須要解決好變頻器環(huán)境散熱問題。
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。
1.自然散熱
對于小容量的變頻器一般選用自然散熱方式,其使用環(huán)境應通風良好,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,它是熱管技術與散熱器技術結(jié)合的一種產(chǎn)品,它的散熱效率極高,可以將防爆變頻器的容量做的比較大,可達幾百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,這種散熱方式最多減少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。這種散熱方式最大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道,導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。
2.對流散熱
對流散熱是普遍采用的一種散熱方式,如圖2所示。隨著半導體器件的發(fā)展,半導體器件散熱器也得到了飛速的發(fā)展,趨向標準化,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,為用戶準確選用提供了方便。同時散熱風機的發(fā)展也相當快,呈現(xiàn)出體積小,長受命,低噪聲,低功耗,大風量,高防護的特點。如常用的小功率變頻器散熱風機只有25mm×25mm×10mm;日本SANYO長壽命風機可達200000h,防護等級可達IPX5;更有德國ebm大風量軸流風機,排風量高達5700m3/h。這些因素為設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(風機、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。
3.液冷散熱
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,廣泛應用于輪船、機車等高功率且空間有限的場合。相對于傳統(tǒng)的風冷變頻器,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%,在強迫風冷情況下可提高20~30%,電泳涂漆后表面耐壓可達500~800V。所以在選擇散熱器及制定加工工藝時,對散熱器進行上述工藝處理會大大提高本身的散熱能力,還可以增強絕緣性,降低了因安裝不當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系,安裝時應盡量增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,單件安裝時應使器件位于散熱器基面中心位置,多件安裝時應均勻分布。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行機械加工,否則會產(chǎn)生應力,增加熱阻。單面肋片式散熱器,適于在設備外部作自然風冷,即利于功率器件的通風又可降低機內(nèi)溫度。自然風冷時,應使散熱器的斷面平行于水平面的方向;強迫風冷時,應使氣流的流向平行于散熱器的肋片方向。
無論采用哪種散熱方式,都應根據(jù)變頻器的容量,確定它的功耗,選擇適當?shù)娘L機,以及適當?shù)纳崞鳎_到優(yōu)良的性價比,同時也應將變頻器所使用的環(huán)境因素充分考慮到。
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