引言

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展,對(duì)提升機(jī)提出了更高的要求。變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù),通過改變電機(jī)工作電源頻率的方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備,主要由濾波、逆變、制動(dòng)電源、驅(qū)動(dòng)電源等組成,能夠根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要為其提供所需的電源電壓,以達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的,現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于礦井提升機(jī)系統(tǒng)中。但是,隨著變頻器功率等級(jí)的提高,元器件發(fā)熱問題逐漸突顯。傳統(tǒng)變頻器主要是通過水箱儲(chǔ)水的方式進(jìn)行散熱,這種方式會(huì)受到井下溫度的影響,當(dāng)井下溫度過高時(shí),進(jìn)水溫度會(huì)高于變頻器設(shè)定的保護(hù)值,從而導(dǎo)致變頻器器件老化,已經(jīng)不能滿足變頻器散熱要求。大功率散熱是目前亟需解決的問題,基于此對(duì)提升機(jī)變頻器水冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及散熱問題進(jìn)行了研究。

本文設(shè)計(jì)的提升機(jī)變頻器水冷結(jié)構(gòu),結(jié)合提升機(jī)變頻器要求,對(duì)水冷散熱能力進(jìn)行了計(jì)算,主要是計(jì)算水道面積和冷卻面積,通過計(jì)算得到水冷散熱能力,并對(duì)水源位置到設(shè)備位置的高度進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)水管路布線走向、總長(zhǎng)、彎頭等繪制管路圖,從而實(shí)現(xiàn)提升機(jī)變頻器水冷結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。為了驗(yàn)證此次設(shè)計(jì)的有效性,對(duì)變頻器水冷結(jié)構(gòu)的散熱性能進(jìn)行了研究,實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果表明,此次設(shè)計(jì)的提升機(jī)變頻器水冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及散熱設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)的變頻器散熱能力要好,具有一定的實(shí)際應(yīng)用意義,合理設(shè)計(jì)變頻器水冷結(jié)構(gòu)能夠有效平衡發(fā)熱量,保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。

1提升機(jī)變頻器水冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1水冷散熱能力計(jì)算

根據(jù)變頻器設(shè)備的總功率,對(duì)水冷散熱能力進(jìn)行計(jì)算,關(guān)系到變頻器的使用壽命和運(yùn)行可靠性。水冷散熱能力計(jì)算在結(jié)構(gòu)上主要是確定水道面積和冷卻面積,運(yùn)用簡(jiǎn)化邊界條件,引入流體力學(xué)公式確定水道面積和冷卻面積。在確定水道面積和冷卻面積前,對(duì)水頭損失進(jìn)行計(jì)算,以提高對(duì)水冷散熱能力計(jì)算的準(zhǔn)確性。水頭損失計(jì)算是指流體從一端面流至另一端面所損失的機(jī)械能,其會(huì)隨著程度增加而增加,計(jì)算公式為:

式中,m代表沿程阻力系數(shù):f代表斷面流損失系數(shù):g代表沿程長(zhǎng)度。

通過公式(1）計(jì)算得出沿程水頭損失,在此基礎(chǔ)上對(duì)水道面積進(jìn)行計(jì)算,水道面積計(jì)算公式為:

式中,G代表單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)某一管道面積的流動(dòng)體積:Zg

ζ代表流過管道的截面積:Fs×j代表管道內(nèi)的流體速度。

在公式(2）計(jì)算完成的基礎(chǔ)上,對(duì)冷卻面積進(jìn)行計(jì)算,計(jì)

算公式為:

式中,h代表流動(dòng)水體流速:8代表物體的特征長(zhǎng)度:Zg代表

ζ

水道中流體的動(dòng)力黏度:代表水道中橫截面積的體積流量。

通過上述公式計(jì)算完成對(duì)水冷散熱能力的計(jì)算,為提升機(jī)變頻器水冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及散熱設(shè)計(jì)提供一定的基礎(chǔ)。

1.2確定變頻器水冷結(jié)構(gòu)

在上述計(jì)算完成的基礎(chǔ)上,對(duì)變頻器水冷結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),對(duì)水源位置到設(shè)備位置的高度進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)水管路布線走向、總長(zhǎng)、彎頭等繪制管路圖,在選擇管道時(shí),選擇硬管與軟管結(jié)合的方式進(jìn)行設(shè)計(jì),軟管采用PU管,該管柔韌性較好,方便纏繞彎曲并且不會(huì)彈開:硬管采用不銹鋼管和銅管,硬管可以解決安裝空間受限問題,并在具體安裝中,根據(jù)具體的使用情況進(jìn)行確定。在此基礎(chǔ)上,計(jì)算排水管彎頭、閘閥、三通的阻力系數(shù),進(jìn)一步確定水泵的總揚(yáng)程,對(duì)變頻器功率進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算公式為:

式中,D(q）代表引入的計(jì)算值算法因子:

代表變頻器參數(shù):代表變頻器阻力系數(shù)。

在計(jì)算完成變頻器功率的基礎(chǔ)上,對(duì)變頻器水冷結(jié)構(gòu)及散熱進(jìn)行設(shè)計(jì),當(dāng)水通過管道進(jìn)入水冷板后,將功率元件發(fā)出的熱量傳遞給水,并進(jìn)入板式換熱器,板式換熱器通過外循環(huán)水進(jìn)行換熱,熱量由外循環(huán)水帶走,以防止外部環(huán)境溫度引起變頻器內(nèi)部凝露現(xiàn)象的產(chǎn)生,因此在設(shè)計(jì)變頻器水冷結(jié)構(gòu)時(shí),在水冷管道內(nèi)加入加熱裝置。在變頻器外部水溫過低時(shí),加熱裝置感應(yīng)后自動(dòng)啟動(dòng),在溫度過高時(shí)自動(dòng)關(guān)閉,并根據(jù)溫度大小對(duì)散熱板溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),使外循環(huán)水帶走循環(huán)水熱量,以此完成提升機(jī)變頻器水冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為驗(yàn)證此次設(shè)計(jì)的有效性,將進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

2對(duì)比實(shí)驗(yàn)

上述設(shè)計(jì)只是從理論上證明了此次設(shè)計(jì)的提升機(jī)變頻器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性,為了證明此次設(shè)計(jì)的變頻器水冷結(jié)構(gòu)具有一定的實(shí)際應(yīng)用效果,需進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證。

為保證此次實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性,將此次設(shè)計(jì)的變頻器與傳統(tǒng)變頻器進(jìn)行對(duì)比,主要對(duì)比兩種變頻器的散熱效果。設(shè)置實(shí)驗(yàn)環(huán)境為30℃,并將控制系統(tǒng)的出水溫度設(shè)置在27～29℃,對(duì)變頻器加載至11w,將兩個(gè)變頻器持續(xù)運(yùn)行15h,得出兩個(gè)變頻器的散熱效果曲線。在上述設(shè)計(jì)環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并由第三方軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄,生成曲線圖,對(duì)比結(jié)果如圖1所示。

由圖1能夠看出,此次設(shè)計(jì)的變頻器水冷結(jié)構(gòu)具有很好的散熱效果,能夠有效降低變頻器各器件的發(fā)熱量,并且能夠?qū)ψ冾l器的進(jìn)水溫度進(jìn)行有效檢測(cè),不影響系統(tǒng)的整體運(yùn)行。而傳統(tǒng)變頻器散熱效果較差,會(huì)受到井下溫度的影響,當(dāng)井下溫度過高時(shí),會(huì)對(duì)變頻器造成一定損壞,從而影響變頻器的散熱效果。通過上述實(shí)驗(yàn)基本能夠證明此次設(shè)計(jì)的提升機(jī)變頻器水冷結(jié)構(gòu)的有效性,其具有一定的實(shí)際應(yīng)用意義。

3結(jié)語

變頻器在提升機(jī)中具有重要作用。本文針對(duì)傳統(tǒng)變頻器散熱效果不好的問題,對(duì)提升機(jī)變頻器水冷結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。從提高變頻器散熱效果角度出發(fā),對(duì)水冷散熱能力進(jìn)行了計(jì)算,在此基礎(chǔ)上,對(duì)水源位置到設(shè)備位置的高度進(jìn)行了計(jì)算,根據(jù)水管路布線走向、總長(zhǎng)、彎頭等繪制管路圖,實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器水冷結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比證明,此次設(shè)計(jì)的變頻器水冷結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的變頻器散熱效果好,具有一定的實(shí)際應(yīng)用意義。希望此次設(shè)計(jì)的變頻器水冷結(jié)構(gòu)能夠?yàn)?a href="/tags/變頻器" target="_blank">變頻器設(shè)計(jì)提供參考,進(jìn)一步推動(dòng)煤礦開采的發(fā)展。