隔爆水冷變頻器熱交換及溫差控制機(jī)理研究.pdf

1、隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)礦用設(shè)各電力拖動(dòng)系統(tǒng)的安全節(jié)能要求日益提高，交流變頻調(diào)速技術(shù)作為一種節(jié)能降耗的重要技術(shù)得到廣泛認(rèn)可。變頻器憑借其優(yōu)越的節(jié)能效果和調(diào)速性能，在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但是，煤礦井下使用的電氣設(shè)備必須是防爆的，綜合各種防爆型式的優(yōu)缺點(diǎn)，隔爆變頻器應(yīng)運(yùn)而生，將所有電子元件置于密閉的隔爆箱體內(nèi)部，而電子元件的損耗散熱嚴(yán)重影響變頻器的使用。針對(duì)采用水冷方式的隔爆變頻器進(jìn)行的冷卻效果和出現(xiàn)的結(jié)露問(wèn)題，有

2、必要分析水冷變頻器的熱交換過(guò)程產(chǎn)生的溫差及其影響因素，從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)隔爆水冷變頻器的水冷控制系統(tǒng)。
　　 首先，針對(duì)某1140V／100KW隔爆水冷變頻器的主電路結(jié)構(gòu)，計(jì)算了功率元件的總損耗，并對(duì)損耗熱量的散熱路徑進(jìn)行了詳細(xì)分析，損耗熱量的熱交換過(guò)程主要是強(qiáng)制對(duì)流，同時(shí)伴隨有熱傳導(dǎo)和熱輻射，整個(gè)熱交換過(guò)程涉及到固體、液體和氣體三種傳熱方式的耦合。整個(gè)散熱過(guò)程中，冷卻水的溫度、流量和環(huán)境溫度對(duì)隔爆箱體內(nèi)部溫度場(chǎng)有重要影響。
　

3、　 其次，建立了隔爆水冷變頻器的散熱模型，運(yùn)用計(jì)算流體仿真軟件FLUENT對(duì)隔爆水冷變頻器熱交換進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到一定溫度下不同流量和一定流量不同溫度情況下的散熱模型的溫度場(chǎng)云圖、冷卻水溫度云圖、箱體內(nèi)部的溫度場(chǎng)云圖和關(guān)鍵部位的溫度分布曲線(xiàn)等，對(duì)比分析冷卻水流量和溫度對(duì)散熱效果的影響。數(shù)值模擬仿真結(jié)果表明：散熱模型溫度隨冷卻水流速的增加而下降，V=0．4m／s是本散熱模型散熱效果最佳的流速，流速繼續(xù)增大而溫度減小緩慢。冷卻水入口溫度

4、對(duì)散熱模型溫度場(chǎng)的影響是線(xiàn)性的，隨著冷卻水水溫的增加而線(xiàn)性增加，溫度越低的冷卻水其降溫性越好。通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算得到模型內(nèi)部不同速度和溫度情況下的低溫分布區(qū)域，確定了不同工況下出現(xiàn)結(jié)露的重點(diǎn)部位。
　　 然后，針對(duì)井下隔爆水冷變頻器工作的環(huán)境氣候，總結(jié)了溫度和濕度的變化規(guī)律。進(jìn)而分析了空氣結(jié)露的機(jī)理，溫度低于露點(diǎn)溫度則會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，過(guò)低溫度或者大流量的冷卻水都會(huì)導(dǎo)致溫差大而產(chǎn)生冷凝水。以本模型在礦井空氣下溫度t=20℃，相對(duì)濕度

5、φ=80％的環(huán)境條件下，分析了不同冷卻水流量與溫度時(shí)內(nèi)部空氣的相對(duì)濕度場(chǎng)和出現(xiàn)結(jié)露的區(qū)域，得到有效散熱且不產(chǎn)生結(jié)露的冷卻水最佳入口速度V=0.27m／s和溫度T=286.5K。
　　 最后，分析了隔爆水冷變頻器采用冷卻水流量實(shí)現(xiàn)溫差控制，提出了溫差控制的流程，并運(yùn)用Matlab模糊邏輯工具箱(Fuzzy Logic Toolbx)設(shè)計(jì)出溫差模糊控制器，通過(guò)控制系統(tǒng)框圖仿真對(duì)比了溫差模糊控制器和PID控制器的響應(yīng)輸出曲線(xiàn)，結(jié)果顯示