冷媒技術在防爆變頻器上的應用

　　1、前言
　　
　　空冷防爆變頻器（也稱空冷防爆變頻裝置）是冷媒技術在防爆變頻器上的應用，也就是把變頻器（不拆裝、不改型）整機安裝在防爆箱體內，用防爆箱體內冷媒機的熱交換原理做變頻器的冷卻。意在把變頻器產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冷或水冷的方式來降溫。該項技術解決了變頻器在防爆箱體內無法冷卻的難題，使變頻器在防爆箱體內無高溫、無結露運行。保證了原機器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）的產生
　　
　　變頻器在防爆箱體內密閉的條件下，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。這些模塊都會產生變頻器功率的損耗，功率損耗約為變頻器總容量的3-5%。如：一臺110kw的變頻器，運行時就會產生約3-5KW的散熱量。
　　
　　非防爆環境下變頻器自身產生的熱空氣和外界環境是相通的。在環境溫度在40℃以下，通過與外界空氣的自然對流換熱，散熱問題較容易解決。但在防爆箱體內，變頻器是在一個固定的小空間內，其運行時所產生的發熱量的確很難通過防爆箱體與外界產生熱量交換，進而達到散熱的目的。目前，市場上采用的大多是熱管熱導式或水冷傳熱交換原理，其效果都不理想，在外界環境溫度高時，防爆外殼內的熱量就不能傳遞到外殼外部，使變頻器在高溫環境下運行，這就影響了變頻器的安全使用。
　　
　　太原理工大學寇子明教授指導的碩士研究生吳懷亮發表過論文《隔爆水冷變頻器熱交換及溫差控制機理研究》，文中指出：變頻器如在防爆密封箱內運行，其運行溫度達到額定溫度（40℃）時，每升高10℃，變頻器壽命就會減半。因此防爆變頻器的散熱問題至關重要。
　　
　　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冷卻散熱技術。例如：當防爆箱體外環境溫度為30℃時，由于熱管散熱存在熱阻，內外溫差約10℃-15℃，加上控制板上的電阻電容熱量，無法傳導又存在累積加溫。經實踐證明變頻器在額定功率下運行時，機殼箱體內的變頻器將長期處于70℃左右的溫度下運行。然而熱管傳導散熱型防爆變頻器在環境溫度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，結露，局部散熱的影響會有一定的局限性。
　　
　　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系統有限公司創新使用在防爆電器箱內裝上冷媒冷卻技術，把變頻器整機按裝在防爆箱體內，既解決了防爆箱內的變頻器能夠在額定溫度下工作，又保證了整機不拆裝的EMC的合理性。經3年來的工況運行，效果非常理想。
　　
　　空冷防爆變頻器是專門針對隔爆型離散自動化集成的應用而設計的，主要解決變頻器及電子儀器設備在防爆箱體內運行的散熱問題。空冷型防爆變頻器可以100%帶走防爆箱體內電子元器件消耗電能時散發出的多余熱量。為隔爆型控制柜內提供理想的溫,濕度環境，解決了變頻器在防爆箱內運行的穩定性和可靠性。產品主要用于：變頻器，電容器組，電力電容補償柜等在易燃易爆場合中的安全使用，既有防爆的效果又可安全運行。
　　
　　產品可以在環境溫度-15℃—50℃使用。如有特殊要求，環境溫度可達到-40℃至+60℃，防護等級可達到IP56，以及可以保證提供防爆箱體內的變頻器仍在＜40℃環境溫度下運行。
　　
　　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）換熱系統結構如圖1所示
　　
　?、俜辣潴w：符合中華人民共和國防爆標志GB3836的規定；
　　
　?、诟哔|量的箱體內內循環風機；
　　
　?、圩冾l器；
　　
　?、芾涿綗峤粨Q壓縮機；
　　
　　⑤箱體內的熱交換器；
　　
　?、尴潴w外風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
　　
　　該設備是通過冷媒空冷技術將防爆機柜內變頻器工作時產生的高溫度傳遞到防爆機柜外部。由于防爆機柜是密閉的，變頻器安裝在該防爆機柜內運行時所產生的大量熱量，就通過冷媒空冷技術向防爆箱體外轉移。從而使變頻器隔離了外界環境中的煤塵、瓦斯等爆炸性氣體進入在適宜的環境中工作，防止事故發生。
　　
　　防爆箱體內的冷媒，能跟隨變頻器產生的熱量運行，來控制箱體內的溫度、濕度。始終維持在理想狀態中，無高溫，無結露，使變頻器在額定溫度下運行，保證它的工作穩定性和原有機器的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
　　
　　根據箱體內變頻器在額定工況下運行時產生的熱量，來具體選型制冷冷媒，確保變頻器的穩定、可靠工作。
　　
　　散熱機制冷量的計算：
　　
　　公式說明如下：
　　
　　Qt=Qi+QrQt：
　　
　　Qt：機柜所產生的總熱量（單位：W）
　　
　　Qi：機柜內產生的總熱量（單位：W）
　　
　　Qr：箱體機柜外傳至機柜內的熱量（單位：W）
　　
　　Qr=K*A*△T
　　
　　k：總的傳熱系數W/m²·℃
　　
　　K=5.4w/m².K鋼材Q235B（具體根據所處環境選型）
　　
　　A=(ab+bh+ah)*2機柜的表面積（單位：m²）
　　
　　△T=T1-T2(單位：℃)
　　
　　T1代表防爆箱體外的℃
　　
　　T2代表防爆箱體內的℃
　　
　　其恒溫式隔爆箱符合GB3836-1和GB3836.2現行標準的規定,尺寸如下：2360×1320×820約11.6m².
　　
　　5、典型工程計算：空冷防爆變頻器安裝