引言

隨著現代技術的發(fā)展,對提升機提出了更高的要求。變頻器是應用變頻技術與微電子技術,通過改變電機工作電源頻率的方式來控制交流電動機的電力控制設備,主要由濾波、逆變、制動電源、驅動電源等組成,能夠根據電機的實際需要為其提供所需的電源電壓,以達到節(jié)能、調速的目的,現已被廣泛應用于礦井提升機系統(tǒng)中。但是,隨著變頻器功率等級的提高,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水的方式進行散熱,這種方式會受到井下溫度的影響,當井下溫度過高時,進水溫度會高于變頻器設定的保護值,從而導致變頻器器件老化,已經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,基于此對提升機變頻器水冷結構設計及散熱問題進行了研究。

本文設計的提升機變頻器水冷結構,結合提升機變頻器要求,對水冷散熱能力進行了計算,主要是計算水道面積和冷卻面積,通過計算得到水冷散熱能力,并對水源位置到設備位置的高度進行計算,根據水管路布線走向、總長、彎頭等繪制管路圖,從而實現提升機變頻器水冷結構的設計。為了驗證此次設計的有效性,對變頻器水冷結構的散熱性能進行了研究,實驗對比結果表明,此次設計的提升機變頻器水冷結構設計及散熱設計比傳統(tǒng)的變頻器散熱能力要好,具有一定的實際應用意義,合理設計變頻器水冷結構能夠有效平衡發(fā)熱量,保證系統(tǒng)安全運行。

1提升機變頻器水冷結構設計

1.1水冷散熱能力計算

根據變頻器設備的總功率,對水冷散熱能力進行計算,關系到變頻器的使用壽命和運行可靠性。水冷散熱能力計算在結構上主要是確定水道面積和冷卻面積,運用簡化邊界條件,引入流體力學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,對水頭損失進行計算,以提高對水冷散熱能力計算的準確性。水頭損失計算是指流體從一端面流至另一端面所損失的機械能,其會隨著程度增加而增加,計算公式為:

式中,m代表沿程阻力系數:f代表斷面流損失系數:g代表沿程長度。

通過公式(1）計算得出沿程水頭損失,在此基礎上對水道面積進行計算,水道面積計算公式為:

式中,G代表單位時間內流經某一管道面積的流動體積:Zg

ζ代表流過管道的截面積:Fs×j代表管道內的流體速度。

在公式(2）計算完成的基礎上,對冷卻面積進行計算,計

算公式為:

式中,h代表流動水體流速:8代表物體的特征長度:Zg代表

ζ

水道中流體的動力黏度:代表水道中橫截面積的體積流量。

通過上述公式計算完成對水冷散熱能力的計算,為提升機變頻器水冷結構設計及散熱設計提供一定的基礎。

1.2確定變頻器水冷結構

在上述計算完成的基礎上,對變頻器水冷結構進行設計,對水源位置到設備位置的高度進行計算,根據水管路布線走向、總長、彎頭等繪制管路圖,在選擇管道時,選擇硬管與軟管結合的方式進行設計,軟管采用PU管,該管柔韌性較好,方便纏繞彎曲并且不會彈開: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,根據具體的使用情況進行確定。在此基礎上,計算排水管彎頭、閘閥、三通的阻力系數,進一步確定水泵的總揚程,對變頻器功率進行計算,計算公式為:

式中,D(q）代表引入的計算值算法因子:

代表變頻器參數:代表變頻器阻力系數。

在計算完成變頻器功率的基礎上,對變頻器水冷結構及散熱進行設計,當水通過管道進入水冷板后,將功率元件發(fā)出的熱量傳遞給水,并進入板式換熱器,板式換熱器通過外循環(huán)水進行換熱,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部凝露現象的產生,因此在設計變頻器水冷結構時,在水冷管道內加入加熱裝置。在變頻器外部水溫過低時,加熱裝置感應后自動啟動,在溫度過高時自動關閉,并根據溫度大小對散熱板溫度進行自動調節(jié),使外循環(huán)水帶走循環(huán)水熱量,以此完成提升機變頻器水冷結構設計。為驗證此次設計的有效性,將進行對比實驗。

2對比實驗

上述設計只是從理論上證明了此次設計的提升機變頻器結構設計的有效性,為了證明此次設計的變頻器水冷結構具有一定的實際應用效果,需進行實驗論證。

為保證此次實驗的嚴謹性,將此次設計的變頻器與傳統(tǒng)變頻器進行對比,主要對比兩種變頻器的散熱效果。設置實驗環(huán)境為30℃,并將控制系統(tǒng)的出水溫度設置在27～29℃,對變頻器加載至11w,將兩個變頻器持續(xù)運行15h,得出兩個變頻器的散熱效果曲線。在上述設計環(huán)境下進行實驗,并由第三方軟件對實驗數據進行記錄,生成曲線圖,對比結果如圖1所示。

由圖1能夠看出,此次設計的變頻器水冷結構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,并且能夠對變頻器的進水溫度進行有效檢測,不影響系統(tǒng)的整體運行。而傳統(tǒng)變頻器散熱效果較差,會受到井下溫度的影響,當井下溫度過高時,會對變頻器造成一定損壞,從而影響變頻器的散熱效果。通過上述實驗基本能夠證明此次設計的提升機變頻器水冷結構的有效性,其具有一定的實際應用意義。

3結語

變頻器在提升機中具有重要作用。本文針對傳統(tǒng)變頻器散熱效果不好的問題,對提升機變頻器水冷結構進行了改進設計。從提高變頻器散熱效果角度出發(fā),對水冷散熱能力進行了計算,在此基礎上,對水源位置到設備位置的高度進行了計算,根據水管路布線走向、總長、彎頭等繪制管路圖,實現對變頻器水冷結構的設計。通過實驗對比證明,此次設計的變頻器水冷結構比傳統(tǒng)的變頻器散熱效果好,具有一定的實際應用意義。希望此次設計的變頻器水冷結構能夠為變頻器設計提供參考,進一步推動煤礦開采的發(fā)展。