變頻器除濕防凝露研究方案

變頻器除濕防凝露研究方案

　　變頻器廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，在各種各樣的應(yīng)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(fēng)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(dāng)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(dāng)變頻器工作于此類環(huán)境中時，應(yīng)當(dāng)設(shè)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(jié)合物體表面的塵埃，形成導(dǎo)電通道，破壞電氣絕緣，使原先不導(dǎo)電的區(qū)域變成了導(dǎo)電區(qū)域。例如，發(fā)生在igbt功率器件表面的凝露，可結(jié)合其表面的塵埃，在漏極和柵極之間形成導(dǎo)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(dǎo)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(dāng)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(yīng)的半導(dǎo)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(dǎo)體制冷是通利用半導(dǎo)體的珀爾貼效應(yīng)，當(dāng)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(dǎo)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(zhuǎn)輪除濕機。轉(zhuǎn)輪除濕機通常由帶動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動的電機，吸附水汽的轉(zhuǎn)輪，風(fēng)扇，以及用于轉(zhuǎn)輪再生的加熱器組成。濕空氣在風(fēng)扇的推動下，通過除濕轉(zhuǎn)輪，濕氣被轉(zhuǎn)輪吸附，空氣得到干燥;吸附水汽的轉(zhuǎn)輪在高溫空氣的作用下，脫水，重新變得干燥。

　　由于轉(zhuǎn)輪除濕機結(jié)構(gòu)簡單，效率及可靠性較高，因而較多使用，質(zhì)量較好的轉(zhuǎn)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(cè)表面產(chǎn)生濃度梯度，使水分子在膜內(nèi)向前擴散，達(dá)到膜的另一側(cè)被析出，從而達(dá)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(yán)酷的特殊應(yīng)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(dāng)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(fēng)水熱交換器而冷卻，因此，變頻器的進水溫度會適當(dāng)降低;當(dāng)環(huán)境溫度較低時，ab開度減小，bc開度加大，流過風(fēng)水熱交換器的冷卻液減少，變頻器進水溫度適當(dāng)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(dāng)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(dá)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(fēng)口等。通常通風(fēng)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(fēng)。當(dāng)濕度達(dá)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(dāng)溫度高到某值時，啟動通風(fēng)，外部新風(fēng)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(fēng)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(dāng)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(dāng)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(chǔ)

　　變頻器通常有風(fēng)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(fēng)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(dǎo)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(fēng)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(fēng)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(fēng)窗口，于是就使柜體內(nèi)外形成空氣交換，外部塵?？梢赃M入柜內(nèi)，水冷系統(tǒng)的一大優(yōu)點就會急劇縮水。

　　對于風(fēng)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(zhuǎn)輪除濕機除濕)，雖然也能達(dá)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(chǔ)，除濕防凝露的實施，應(yīng)當(dāng)盡量保持冷卻系統(tǒng)的優(yōu)點，最好還能結(jié)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(dá)到除濕防凝露的前提下，應(yīng)充分結(jié)合變頻器自身冷卻系統(tǒng)的特點，結(jié)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(dāng)變頻器工作于濕度較大的環(huán)境中時，務(wù)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(dāng)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(yīng)當(dāng)采取相關(guān)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。