變頻器除濕防凝露研究方案
作者：CEO
時間：2023-01-06
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信息摘要：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
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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)水溫度適當(dāng)增加;于是
，維持了變頻器進(jìn)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(jìn)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(jìn)水之間存在溫度差，散熱器的進(jìn)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(hù)等級，同時也防止過多灰塵進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行冷卻
，也能夠做到完全密封
，阻隔外部塵埃進(jìn)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
，外部塵埃可以進(jìn)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(hù)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(hù)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(hù)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
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