變頻器除濕防凝露研究方案
發(fā)布時間:2019-12-26 點擊次數(shù):254次變頻器廣泛地應用于各行各業(yè),在各種各樣的應用中,變頻器難免不工作于潮濕環(huán)境中,例如工作于海邊、湖泊或河流上的變頻器裝置,或是安裝于潮濕山地和湖周邊的風電機組變頻器,或是安裝于南方地區(qū)潮濕礦山的變頻器等。
由于這些地區(qū)中空氣的濕度較大,當環(huán)境溫度發(fā)生變化時,變頻器可能發(fā)生凝露,在變頻器的電路板,功率器件的散熱板等處產(chǎn)生液態(tài)水,而這些混合有灰塵的液態(tài)水,破壞了電氣絕緣,甚至直接形成通路,使變頻器發(fā)生故障;例如形成于功率器件散熱板上的液態(tài)水,可造成igbt的漏極與柵極間形成短路,進而對柵極造成破壞,使igbt失效;形成于電路板上的液態(tài)水,可使某些端子短路,造成脈沖混亂,甚至造成橋間短路等故障。
可見,凝露對于變頻器的正常穩(wěn)定工作造成惡劣影響,當變頻器工作于此類環(huán)境中時,應當設法消除凝露。
凝露的形成和對變頻器的危害
空氣可以看做是由絕干空氣,水氣,少量的塵埃組成。溫度越高,空氣中可以容納的水汽越多。一定壓力及溫度下,單位空氣包含水汽的質(zhì)量,稱為該條件下的絕對濕度;所能包含的最大水汽的質(zhì)量,稱為該條件下的飽和濕度;空氣中所含水汽與該條件下飽和濕度的比值,稱為該條件下的相對濕度;一定濕度的空氣,使其發(fā)生凝露的最高溫度,稱為該條件下的露點溫度。
空氣溫度越低,所能容納的水汽越少,溫度較高時空氣容納的水汽在溫度降低后,空氣容納不下足夠的水汽,使多余水汽變成液態(tài)水而析出。如果溫度較高且濕度較大的空氣遇到溫度較低的表面,其表面溫度低于該空氣的露點溫度,則凝露會發(fā)生,在溫度較低的表面上產(chǎn)生液體水。
凝露而成的液態(tài)水,結合物體表面的塵埃,形成導電通道,破壞電氣絕緣,使原先不導電的區(qū)域變成了導電區(qū)域。例如,發(fā)生在igbt功率器件表面的凝露,可結合其表面的塵埃,在漏極和柵極之間形成導電通道,使柵極遭受破壞,最終致使整個器件失效;發(fā)生于控制電路板上的凝露,可以在電路板上形成導電通道,造成邏輯信號的錯亂,電子元器件失效,電源短路等故障;雖然有些電路板經(jīng)過了涂覆處理,但是涂覆總會留下一些盲點,比如電路連接處,某些元器件的底部等。
消除凝露的方法
要消除凝露的發(fā)生,就要破壞凝露形成的條件:濕度和溫差。只要破壞了凝露形成的兩個條件中的任何一個,凝露都不會發(fā)生。
在此思路的指引下,形成了兩種消除凝露的方法:濕度控制法和溫度控制法,濕度控制法在于降低絕對濕度,而溫度控制法在于降低相對濕度。
降低絕對濕度的方法
此方法的目的在于降低空氣中的絕對濕度,減少空氣中水汽的含量,從而使凝露不發(fā)生。通常有三種方案;分別是冷凝除濕法,吸附及膜式除濕法,溫差除濕法。
(1)冷凝除濕法
在變頻器柜體這樣的相對封閉的空間中,哪里溫度最低,當發(fā)生凝露時,凝露就率先在哪里發(fā)生。如果能在變頻器柜內(nèi)部始終制造一個溫度最低點,讓水汽在該處凝露,排出柜外,那么變頻器柜內(nèi)濕度就得到降低,能夠保持干燥。
該措施需要特殊裝置,如帶壓縮機制冷的空調(diào)系統(tǒng),基于珀爾貼效應的半導體制冷器。
空調(diào)制冷是利用被壓縮的制冷劑通過蒸發(fā)器發(fā)生膨脹時吸熱的原理,在蒸發(fā)器上產(chǎn)生較低的溫度點;而半導體制冷是通利用半導體的珀爾貼效應,當電流流過時,在一邊產(chǎn)生熱量,而另一邊制冷。容易出現(xiàn)壓縮機故障及制冷劑泄露等問題,但是制冷除濕效率高;半導體制冷雖然故障較少,但是制冷除濕效率低,能耗高。
(2)吸附及膜式除濕法
使用吸附材料吸附空氣中的水汽,使空氣保持干燥;或是使用阻隔水汽的膜過濾器,對水汽進行過濾,而使干空氣通過過濾器,而水汽過不去,以此來得到干燥空氣。
對于吸附除濕,典型的如轉輪除濕機。轉輪除濕機通常由帶動轉輪轉動的電機,吸附水汽的轉輪,風扇,以及用于轉輪再生的加熱器組成。濕空氣在風扇的推動下,通過除濕轉輪,濕氣被轉輪吸附,空氣得到干燥;吸附水汽的轉輪在高溫空氣的作用下,脫水,重新變得干燥。
由于轉輪除濕機結構簡單,效率及可靠性較高,因而較多使用,質(zhì)量較好的轉輪除濕機可以使用8~10年。
主要基于溶解—擴散機理,首先水蒸氣與膜接觸,接著被膜表面吸收,從而在膜兩側表面產(chǎn)生濃度梯度,使水分子在膜內(nèi)向前擴散,達到膜的另一側被析出,從而達到除濕的目的。膜法除濕需要空氣壓縮機的配合,氣流量相對較少,但是空氣的干燥程度可以很高,適合某些柜體密好,變頻器工作條件嚴酷的特殊應用。
(3)冷卻系統(tǒng)溫差除濕法
一些變頻器裝置內(nèi),安裝有用于凝露的散熱器,該散熱器也可以與冷卻用散熱器是同一個散熱器,只是在該散熱器上的凝露,對變頻器系統(tǒng)沒有不利影響,冷凝水通過出口排出變頻器柜體,從而使變頻器柜內(nèi)保持相對干燥。
自力恒溫閥的作用是維持變頻器的進水溫度相對穩(wěn)定,當環(huán)境溫度較高時,ab開度較大,bc開度較小,更多的冷卻液通過主風水熱交換器而冷卻,因此,變頻器的進水溫度會適當降低;當環(huán)境溫度較低時,ab開度減小,bc開度加大,流過風水熱交換器的冷卻液減少,變頻器進水溫度適當增加;于是,維持了變頻器進水的相對穩(wěn)定。從該運行機理上可以看出,b管道上的冷卻液溫度一定不高于a管道上冷卻液的溫度,必要時,還可以開啟加熱器,來升高經(jīng)由a管道而流向變頻器的冷卻液的溫度,進一步加大兩路冷卻液的溫度差;于是,在變頻器柜體內(nèi)的散熱器和變頻器的進水之間存在溫度差,散熱器的進水溫度低一些,當發(fā)生凝露時,將在溫度較低的散熱器表面發(fā)生,而不會在變頻器上發(fā)生。散熱器可以安裝于柜門上,或是柜體底部,冷凝水方便引出,但是要防止該冷凝水對變頻器柜內(nèi)其它部件造成危害。
降低相對濕度的防凝露方法
破壞凝露形成的另一個條件——溫差,來達到阻止凝露形成的目的。對于變頻器相對封閉的柜體空間,如果能使柜內(nèi)溫度始終處于露點溫度之上,則凝露不會發(fā)生。該思路不能降低空氣的絕對濕度,但能控制相對濕度,防止凝露。
通常有兩種方案,一種方案包括加熱器,通風口等。通常通風口裝有過濾器,保證ip防護等級,同時也防止過多灰塵進入。該系統(tǒng)正常運行的核心在于濕度過大時加熱,溫度過高時通風。當濕度達到一定值時,啟動加熱,使空氣溫度升高,由于溫度的升高,相對濕度隨即下降;當溫度高到某值時,啟動通風,外部新風進入變頻器柜內(nèi)部,使柜體內(nèi)外空氣絕對濕度一致,同時保證柜體內(nèi)溫度不至于升到很高,產(chǎn)生不利影響。通常,啟動加熱器的相對濕度值為80%左右,啟動通風系統(tǒng)的溫度值為40℃左右。
另一種方案描述如下:變頻器的冷卻能力可控,保持變頻器柜內(nèi)的溫度相對恒定,當濕度過大時,減少散熱能力,利用變頻器自身的損耗來使柜內(nèi)溫度升高,從而防止凝露的發(fā)生;當溫度高時,加大散熱,從而防止溫度過高。采用該方案,變頻器柜體可以做到完全密封,可以防止灰塵,有害氣體及鹽霧的進入,有利于變頻器的長期運行。
變頻器冷卻型式是除濕方法選擇的基礎?
變頻器通常有風冷,水冷,水套冷(半水冷)三種冷卻方式(說明:此處的水不光指水,還指用于冷卻的其它液體)。附表是三種冷卻型式的比較。
風冷型式由于簡單,成本低廉而廣泛使用,其不足在于灰塵的聚集,覆蓋在發(fā)熱表面上,影響散熱,同時還可能形成導電帶,破壞絕緣;而對于水冷的冷卻方式,功率器件需要水冷散熱器,也需要水冷電抗器等部件,成本較高,但是能阻隔外部灰塵進入,保持柜內(nèi)的清潔,利于長期運行;對于水套冷/半水冷,通常功率器件采用水冷,而電抗器等部件,采用風水熱交換器的方式進行冷卻,也能夠做到完全密封,阻隔外部塵埃進入,利于長期運行。
如果水冷系統(tǒng)采用新風窗口配合加熱器來除濕防凝露,必然要在柜體上開孔,安裝新風窗口,于是就使柜體內(nèi)外形成空氣交換,外部塵埃可以進入柜內(nèi),水冷系統(tǒng)的一大優(yōu)點就會急劇縮水。
對于風冷系統(tǒng)(如果不是有特別要求),采用降低絕對濕度的方法(如采用空調(diào)除濕,轉輪除濕機除濕),雖然也能達到除濕防凝露的效果,但是相比采用傳統(tǒng)的加熱除濕,增加了成本;同時由于增加了部件,因而可靠性維護性等受到影響。
可見,冷卻系統(tǒng)型式,是選擇除濕防凝露方案的基礎,除濕防凝露的實施,應當盡量保持冷卻系統(tǒng)的優(yōu)點,最好還能結合冷卻系統(tǒng)的特點,使成本最少,可靠性最高,維護性最好。
因此,在達到除濕防凝露的前提下,應充分結合變頻器自身冷卻系統(tǒng)的特點,結合實際使用地區(qū)的環(huán)境特點,兼顧成本,可靠性,可維護性等因素,選擇最適合自身特點的除濕防凝露方案。
濕氣客觀的存在,當變頻器工作于濕度較大的環(huán)境中時,務必考慮其抵御潮濕的能力,以使變頻器能夠可靠穩(wěn)定的工作,減少甚至避免由于潮濕而引發(fā)的各種電氣問題。
無論選擇何種方案,除濕防凝露都是圍繞著濕度和溫差來進行,只要破壞凝露形成的兩個條件中的任何一個,即可消除凝露的發(fā)生,保護變頻器系統(tǒng)免受其害。
當使用環(huán)境長期高濕時,還需要考慮變頻器柜體內(nèi)各部件的腐蝕老化速度,而不是僅僅防凝露,還應當采取相關措施,將濕度控制在合理范圍,使腐蝕老化速度控制在可以接受的范圍內(nèi),以利長期運行。