一、空調(diào)密閉冷卻方式
為了提高高壓大功率變頻器的應(yīng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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)嶋H上是吸入剛排出的熱風(fēng)進行冷卻，形成氣流短路風(fēng)不能達到有效的冷卻效果?？照{(diào)通常采用下進上出風(fēng)結(jié)構(gòu)，從而與變頻器在一定程度上形成了“搶風(fēng)”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(dǎo)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(shè)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(yīng)用系統(tǒng)中更加明顯。
二、風(fēng)道冷卻
1、功率柜風(fēng)道設(shè)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(fēng)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(fēng)機吹走熱風(fēng)，使其進風(fēng)處的柜體內(nèi)形成強力負壓，柜外冷風(fēng)大量進入高壓變頻氣內(nèi)，通過功率單元風(fēng)道對單元散熱器進行冷卻。同時，由于柜頂風(fēng)機大量抽風(fēng)，使其密閉風(fēng)室內(nèi)形成強力負壓，加速功率單元內(nèi)熱風(fēng)進入密閉風(fēng)室，通過柜頂風(fēng)機抽出高壓變頻器柜外。通過建立嚴密暢通的風(fēng)道，以及在功率單元內(nèi)設(shè)計強制風(fēng)冷，大大提高那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。
三、空－水冷卻系統(tǒng)
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(dǎo)致變頻器通風(fēng)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(guān)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?？梢越鉀Q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(yīng)用技術(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。在電力、鋼鐵等行業(yè)的高壓大功率變頻應(yīng)用中得到廣泛的推廣應(yīng)用。該系統(tǒng)由于其采用完全機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，較空調(diào)等電力、電子設(shè)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(fēng)通過風(fēng)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(fēng)排回至室內(nèi)。空冷裝置內(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(fēng)完全分離，水管線在變頻室外與高壓設(shè)備明確分離，確保高壓設(shè)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(fēng)進行設(shè)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：
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1、變頻器應(yīng)用中的一些問題
1.1 諧波問題
變頻器的主電路中起開關(guān)作用的器件，在通斷電路的過程中，都要產(chǎn)生諧波。較低次諧波通常對電動機負載影響較大，引起轉(zhuǎn)矩脈動；而較高的諧波則使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電動機出力不足。諧波干擾還會導(dǎo)致繼電保護裝置的誤動作，使儀表計量不準確，甚至無法正常工作。
1.2 噪聲與振動問題
采用變頻器調(diào)速，將產(chǎn)生噪聲和振動，這是因為變頻器輸出波形中含有高次諧波分量。隨著運轉(zhuǎn)頻率的變化，基波分量、高次諧波分量都在大范圍內(nèi)變化，很可能與電動機的固有機械振動頻率發(fā)生諧振，而這種諧振是噪聲與振動的來源。
1.3 發(fā)熱問題
變頻器在運行中由于內(nèi)部損耗而產(chǎn)生熱量，這種熱量主電路占98％，控制電路占2％左右。同時在夏季環(huán)境溫度過高，使變頻器溫度上升，溫度可高達80~90℃，由于變頻器是裝置，內(nèi)含電子器件和電解等，溫度過高易造成失效，使液晶屏幕數(shù)據(jù)無法顯示，還經(jīng)常會發(fā)生變頻器保護動作的現(xiàn)象。
因此，必須將變頻器輸出的諧波抑制在允許的范圍內(nèi)，同時消除或減弱噪聲與振動，對變頻器進行散熱，以延長變頻器的使用壽命。
2、變頻器應(yīng)用中一些問題的分析與處理
2.1 對諧波問題的處理
對諧波問題的處理就是切斷干擾的傳播途徑和抑制干擾源上的高次諧波。
切斷干擾的傳播途徑有：
1）切斷共用接地線傳播干擾的途徑動力線的
接地與控制線的接地應(yīng)分開，即將動力裝置的接地
端子接到地線上，將控制裝置的接地端子接到該裝
置盤的金屬外殼上。
2）信號線遠離干擾源電流的導(dǎo)線布線分離對消除這種干擾行之有效，即把高壓電纜、動力電纜、控制電纜與儀表電纜、計算機電纜分開走線。
抑制干擾源上的高次諧波的方式有：
1）增加變頻器供電內(nèi)阻抗通常電源設(shè)備的內(nèi)阻抗可以起到緩沖變頻器直流濾波電容的無功功率的作用，內(nèi)阻抗越大，諧波含量越小，這種內(nèi)阻抗就是變壓器的短路阻抗。因此，選擇變頻器供電電源時，可以選擇短路阻抗大的變壓器。
2）安裝濾波器在變頻器前加裝LC 型無源濾波器，濾掉高次諧波，通常濾掉5次和7次諧波。
3）安裝電抗器在變頻器前側(cè)安裝線路電抗器，可抑制電源側(cè)過電壓。
4）設(shè)置有源濾波器有源濾波是自動產(chǎn)生一個與諧波電流的幅值相同且相位正好相反的電流，從而可以有效地吸收諧波電流。
2.2 對噪聲與振動問題的處理
1）當(dāng)變頻器輸出中的低次諧波分量與轉(zhuǎn)子固有機械頻率發(fā)生諧振時，則噪聲增大；當(dāng)變頻器輸出中的高次諧波分量與鐵芯、機殼、軸承架等，在各自固有頻率附近處發(fā)生諧振時，則噪聲增大。
變頻器傳動電動機產(chǎn)生的噪聲特別是刺耳的噪聲與PWM控制的開關(guān)頻率有關(guān)，尤其在低頻區(qū)更為顯著。要解決這一問題，一般在變頻器輸出側(cè)連接交流電抗器。如果電磁轉(zhuǎn)矩有余量，可將u/f 設(shè)定小些，以平抑和降低噪聲。
2）變頻器工作時，輸出波形中的高次諧波引起的磁場對許多機械部件產(chǎn)生電磁策動力，策動力的頻率與這些機械部件的固有頻率接近或重合時將發(fā)生諧振。對振動影響大的主要是較低次的諧波分量，在PAM 方式和方波PWM方式時有較大的影響。但采用SPWM方式時，低次的諧波分量小，影響亦變小。
減輕或消除振動的方法是在變頻器輸出側(cè)接人交流電抗器以吸收變頻器輸出電流中的高次諧波電流成分。采用PAM方式或方波PWM 方式的變頻器時，可改用SPWM方式變頻器，以減小脈動轉(zhuǎn)矩，就可以減弱或消除振動，防止機械部分因振動而受損。
2.3 對發(fā)熱問題的處理
通用變頻器的運行環(huán)境溫度一般要求在-l0 ℃～+50℃。為保證變頻器可靠地工作，并延長變頻器的使用壽命，必須對變頻器進行散熱。冬天可以利用變頻器的內(nèi)裝風(fēng)扇將變頻器箱體內(nèi)部的熱量帶走；夏天溫度本身就有40 ℃，利用變頻器的內(nèi)裝風(fēng)扇帶走的內(nèi)部熱量只能使室內(nèi)和變頻器箱體溫度升高，此時可以的辦法是利用窗戶或在機配電室緊鄰變頻器箱體的墻壁上下方均勻適當(dāng)?shù)卮驇讉€φ500 mm的洞，同時確?？刂乒駜?nèi)變頻器周圍留有一定的空間，保持良好的自然通風(fēng)。這樣還不行的話可以打開風(fēng)扇，或在洞口加裝排氣扇和風(fēng)道，將變頻器產(chǎn)生的熱量強制抽出室外。最后可考慮采用空調(diào)對安裝變頻器的空間環(huán)境進行強制降溫。
3、結(jié)語
加強對變頻器應(yīng)用中故障問題的研究非常必要，這對變頻器的正常使用，挖潛增效，都具有十分重要的意義。
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