冷媒技術(shù)在防爆變頻器上的應(yīng)用

　　1、前言
　　
　　空冷防爆變頻器（也稱空冷防爆變頻裝置）是冷媒技術(shù)在防爆變頻器上的應(yīng)用，也就是把變頻器（不拆裝、不改型）整機(jī)安裝在防爆箱體內(nèi)，用防爆箱體內(nèi)冷媒機(jī)的熱交換原理做變頻器的冷卻。意在把變頻器產(chǎn)生的熱量置換到防爆箱體外，置換到防爆箱體外的熱量在風(fēng)冷或水冷的方式來降溫。該項(xiàng)技術(shù)解決了變頻器在防爆箱體內(nèi)無法冷卻的難題，使變頻器在防爆箱體內(nèi)無高溫、無結(jié)露運(yùn)行。保證了原機(jī)器EMC的合格，故障率低、檢修方便。
　　
　　2、空冷防爆變頻器（也稱空冷防爆變頻裝置）的產(chǎn)生
　　
　　變頻器在防爆箱體內(nèi)密閉的條件下，主電路的功率元器件由整流模塊、IGBT模塊和控制板的電阻和電容組成。這些模塊都會(huì)產(chǎn)生變頻器功率的損耗，功率損耗約為變頻器總?cè)萘康?-5%。如：一臺(tái)110kw的變頻器，運(yùn)行時(shí)就會(huì)產(chǎn)生約3-5KW的散熱量。
　　
　　非防爆環(huán)境下變頻器自身產(chǎn)生的熱空氣和外界環(huán)境是相通的。在環(huán)境溫度在40℃以下，通過與外界空氣的自然對(duì)流換熱，散熱問題較容易解決。但在防爆箱體內(nèi)，變頻器是在一個(gè)固定的小空間內(nèi)，其運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的發(fā)熱量的確很難通過防爆箱體與外界產(chǎn)生熱量交換，進(jìn)而達(dá)到散熱的目的。目前，市場(chǎng)上采用的大多是熱管熱導(dǎo)式或水冷傳熱交換原理，其效果都不理想，在外界環(huán)境溫度高時(shí)，防爆外殼內(nèi)的熱量就不能傳遞到外殼外部，使變頻器在高溫環(huán)境下運(yùn)行，這就影響了變頻器的安全使用。
　　
　　太原理工大學(xué)寇子明教授指導(dǎo)的碩士研究生吳懷亮發(fā)表過論文《隔爆水冷變頻器熱交換及溫差控制機(jī)理研究》，文中指出：變頻器如在防爆密封箱內(nèi)運(yùn)行，其運(yùn)行溫度達(dá)到額定溫度（40℃）時(shí)，每升高10℃，變頻器壽命就會(huì)減半。因此防爆變頻器的散熱問題至關(guān)重要。
　　
　　3、目前防爆變頻器的散熱形式
　　
　　目前防爆變頻器有如下兩種散熱形式：1、熱管散熱型防爆變頻器；2、水冷散熱型防爆變頻器。
　　
　　3.1熱管散熱型防爆變頻器
　　
　　熱管散熱型防暴變頻器是使用熱管傳導(dǎo)冷卻散熱技術(shù)。例如：當(dāng)防爆箱體外環(huán)境溫度為30℃時(shí)，由于熱管散熱存在熱阻，內(nèi)外溫差約10℃-15℃，加上控制板上的電阻電容熱量，無法傳導(dǎo)又存在累積加溫。經(jīng)實(shí)踐證明變頻器在額定功率下運(yùn)行時(shí)，機(jī)殼箱體內(nèi)的變頻器將長(zhǎng)期處于70℃左右的溫度下運(yùn)行。然而熱管傳導(dǎo)散熱型防爆變頻器在環(huán)境溫度40℃及左右的工況下是就很難使用的。
　　
　　3.2水冷散熱型防爆變頻器
　　
　　水冷型的防爆變頻器固然比較理想，但是受制于水源，水質(zhì)，結(jié)露，局部散熱的影響會(huì)有一定的局限性。
　　
　　3.3下面介紹空冷防爆變頻器（也稱空冷防爆變頻裝置）的用途
　　
　　由無錫鼎皓防爆電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司創(chuàng)新使用在防爆電器箱內(nèi)裝上冷媒冷卻技術(shù)，把變頻器整機(jī)按裝在防爆箱體內(nèi)，既解決了防爆箱內(nèi)的變頻器能夠在額定溫度下工作，又保證了整機(jī)不拆裝的EMC的合理性。經(jīng)3年來的工況運(yùn)行，效果非常理想。
　　
　　空冷防爆變頻器是專門針對(duì)隔爆型離散自動(dòng)化集成的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，主要解決變頻器及電子儀器設(shè)備在防爆箱體內(nèi)運(yùn)行的散熱問題。空冷型防爆變頻器可以100%帶走防爆箱體內(nèi)電子元器件消耗電能時(shí)散發(fā)出的多余熱量。為隔爆型控制柜內(nèi)提供理想的溫,濕度環(huán)境，解決了變頻器在防爆箱內(nèi)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。產(chǎn)品主要用于：變頻器，電容器組，電力電容補(bǔ)償柜等在易燃易爆場(chǎng)合中的安全使用，既有防爆的效果又可安全運(yùn)行。
　　
　　產(chǎn)品可以在環(huán)境溫度-15℃—50℃使用。如有特殊要求，環(huán)境溫度可達(dá)到-40℃至+60℃，防護(hù)等級(jí)可達(dá)到IP56，以及可以保證提供防爆箱體內(nèi)的變頻器仍在＜40℃環(huán)境溫度下運(yùn)行。
　　
　　4、空冷防爆變頻器
　　
　　4.1空冷防爆變頻器（也稱空冷防爆變頻裝置）換熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示
　　
　　①防爆箱體：符合中華人民共和國(guó)防爆標(biāo)志GB3836的規(guī)定；
　　
　　②高質(zhì)量的箱體內(nèi)內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)；
　　
　　③變頻器；
　　
　　④冷媒熱交換壓縮機(jī)；
　　
　　⑤箱體內(nèi)的熱交換器；
　　
　?、尴潴w外風(fēng)冷散熱器或水冷散熱器；
　　
　　4.2空冷防爆變頻器（也稱空冷防爆變頻裝置）的原理
　　
　　該設(shè)備是通過冷媒空冷技術(shù)將防爆機(jī)柜內(nèi)變頻器工作時(shí)產(chǎn)生的高溫度傳遞到防爆機(jī)柜外部。由于防爆機(jī)柜是密閉的，變頻器安裝在該防爆機(jī)柜內(nèi)運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的大量熱量，就通過冷媒空冷技術(shù)向防爆箱體外轉(zhuǎn)移。從而使變頻器隔離了外界環(huán)境中的煤塵、瓦斯等爆炸性氣體進(jìn)入在適宜的環(huán)境中工作，防止事故發(fā)生。
　　
　　防爆箱體內(nèi)的冷媒，能跟隨變頻器產(chǎn)生的熱量運(yùn)行，來控制箱體內(nèi)的溫度、濕度。始終維持在理想狀態(tài)中，無高溫，無結(jié)露，使變頻器在額定溫度下運(yùn)行，保證它的工作穩(wěn)定性和原有機(jī)器的EMC性能。
　　
　　4.3空冷防爆變頻器（也稱空冷防爆變頻裝置）的選型
　　
　　根據(jù)箱體內(nèi)變頻器在額定工況下運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量，來具體選型制冷冷媒，確保變頻器的穩(wěn)定、可靠工作。
　　
　　散熱機(jī)制冷量的計(jì)算：
　　
　　公式說明如下：
　　
　　Qt=Qi+QrQt：
　　
　　Qt：機(jī)柜所產(chǎn)生的總熱量（單位：W）
　　
　　Qi：機(jī)柜內(nèi)產(chǎn)生的總熱量（單位：W）
　　
　　Qr：箱體機(jī)柜外傳至機(jī)柜內(nèi)的熱量（單位：W）
　　
　　Qr=K*A*△T
　　
　　k：總的傳熱系數(shù)W/m²·℃
　　
　　K=5.4w/m².K鋼材Q235B（具體根據(jù)所處環(huán)境選型）
　　
　　A=(ab+bh+ah)*2機(jī)柜的表面積（單位：m²）
　　
　　△T=T1-T2(單位：℃)
　　
　　T1代表防爆箱體外的℃
　　
　　T2代表防爆箱體內(nèi)的℃
　　
　　其恒溫式隔爆箱符合GB3836-1和GB3836.2現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,尺寸如下：2360×1320×820約11.6m².
　　
　　5、典型工程計(jì)算：空冷防爆變頻器安裝