在本文中，我们将介绍感应系统冷却通常采用的不同方法。

 

水的质量

在循环通过感应系统的过程中，冷却水要接触到电磁场和高电势，还会对重要部位造成冲刷和腐蚀。如果水质差，冷却通道很快就会堵塞，引起设备过热、电弧放电和高成本的部件更换。

因此，必须使用低电导率的洁净水，并且定期对水质进行监测。
 

冷却系统的设计

需要专门的闭路冷却系统，所有部件都应当用有色材料制成。
 

冷却的方法

小型感应设备通常使用水-水板式换热器和现场风冷式冷却器。

大型感应设备则需要配备敞开式蒸发冷却塔、风冷换热器（干式冷却器）或闭式冷却塔，或者为了降低能耗和用水量而使用由闭式冷却塔和自然冷却器组成的混合式冷却系统或风冷式冷却器与自然冷却器的组合。
 

采用板式换热器的有色材料泵站

每一台感应设备都需要一个有色材料泵站，以使低电导水（或乙二醇）保持循环。图1示意了采用不锈钢板式换热器的有色材料泵站的运行原理。
 

图1. 有色材料泵站的PID(比例-积分-微分)控制示意图
 

板式换热器是在现有的工厂水系统和感应冷却水之间进行热交换的一种非常有效的手段。在换热器的上游，一定要在工厂水系统一侧安装保护性粗滤器，这一点非常重要。

更复杂的系统将对电导率进行监测，还可能包括过滤器和混合床去离子器，以从水中去除离子。
 

室内风冷式冷却器

对于不使用客户的工厂水系统的小型感应设备（需要的冷却能力小于70千瓦），通常需要一套小型的室内风冷式冷却器（图2）。
 

图2. 风冷式冷却器的PID控制示意图
 

水处理和水排放（排污）都需要防止系统中产生腐蚀、结垢和微生物滋生。在北方的气候条件下还需要采取防冻措施。

冷却能力为100千瓦的敞开式蒸发冷却塔需要大约1平方米（10平方英尺）的占地面积。它的空间利用率非常高，需要的占地面积比风冷换热器或风冷式冷却器减小50%以上。

蒸发式系统能够以相对较低的设备投资和能源成本获得很大的冷却能力。不过，它需要一定的维修工作量，需要连续消耗和排放水，需要对水进行过滤和处理，还必须采取防冻措施。
 

风冷换热器

风冷换热器（图4）主要用于500千瓦以上的感应系统，而且主要用在环境温度很少超过30°C的北方地区。
 

图4. 风冷换热器系统的PID控制示意图
 

有些原始设备制造商的感应线圈能够在50°C时使用，这使风冷换热器极具吸引力。风冷系统的室外换热器需要使用乙二醇来防冻。原始设备制造商经常使用无抑制剂乙二醇或含有低电导抑制剂的乙二醇。

风冷换热器利用高效率的螺旋桨式风扇驱动环境空气流过大型翅片管散热器，从而将热量放散到大气中。风冷换热器能力的确定原则一般是将乙二醇冷却到与环境空气相差不到4°C – 5°C（7°F – 9°F）。

冷却能力为100千瓦的风冷换热器需要2平方米(20平方英尺)左右的占地面积，大约是冷却塔的两倍。不过，它们的占地面积可以通过采用堆叠布置而减小。

风冷换热器的冷却能力随环境空气温度降低而明显增大。在许多情况下，冬季可能只需要运行一台风扇，从而大幅度降低年度能源成本。由于它们在冬季的效率非常高，必须使用旁通阀来防止系统过冷。

在炎热的夏季，为了改善风冷换热器的冷却效果，有些客户在风冷换热器下方增加一套喷水装置。这种临时性措施会产生堵塞和翅片管表面结垢的问题。作为喷水装置的一种替代方案，有些制造商在换热器盘管的上游加装了雾化喷嘴（图4）。这样既能控制蒸发速度，又减少了维修工作量。

风冷换热器系统的特点是投资成本适中，维修极少，不需要补充水，也不需要连续进行化学处理。
 

闭式冷却塔

闭式冷却塔（图5）通常用于中型感应设备(70 – 500千瓦)，因为它们需要的冷却能力对小型风冷式冷却器来说太大，但又没有大到需要敞开式冷却塔系统的程度。闭式冷却塔同敞开式蒸发冷却塔相似，但换热器盘管布置在冷却塔内部。
 

图5. 闭式冷却塔的PID控制示意图

乙二醇在铜管内流动，而原水在铜管外流动。同敞开式冷却塔类似，少量(1%)的外部水蒸发产生冷却作用。铜管内部始终与冷却塔中的原水隔绝，保证了设备的清洁性。冷却塔水槽中的水需要像敞开式蒸发塔那样进行处理。

 

闭式冷却塔必须使用有色材料换热器盘管，还应当使用不锈钢或玻璃纤维水槽以提高防腐性能。需要一个浸入式加热器以防止塔中的水结冰，内部则需要使用乙二醇作为防冻措施。有些客户会将冷却塔水槽中的水排空，使冷却塔以一种“干式”模式运行；或者将一台自然冷却器和闭式冷却塔配合使用。
 

 

调节夏季冷却效果的风冷换热器和闭式冷却塔混合系统

 

在闭式冷却塔上游使用风冷换热器，能够使冷却塔在一年的大部分时间内关闭和排空（图6）。风冷换热器可以作为主要的冷却手段，而冷却塔只在夏季使用，从而大幅度节省水和化学药剂的用量。如前所述，风冷换热器在冬季的效率非常高。其他优点还包括取消了浸入式加热器，消除了冬季水结冰带来的问题。

 

图6. 风冷换热器和闭式冷却塔混合系统的PID控制示意图
 

风冷式冷却器和自然冷却器的组合

 

在必须避免用水的情况下，室外风冷式冷却器与集成式自然冷却器(IFC)相结合，也许是一种不错的选择(图7)。
 

图7. 室外风冷换热器和集成式自然冷却器混合系统的PID控制示意图

 

IFC由环境温度传感器启动和停止。当环境空气温度低于流体温度时，IFC启用，使冷却剂流过风冷换热器。

 

IFC在一年的大部分时间内提供冷却，使风冷式冷却器可以停用，节能效果十分明显。

 

根据经验，冷却器系统每制冷3.5千瓦（1冷吨）需要大约1千瓦功率。一台100千瓦的冷却器一年的用电成本可能达到10,000 – 15,000美元，比冷却能力相近的风冷换热器或冷却塔高出10倍左右。使用IFC能够将用电成本降低50%，冷却器的维修也明显减少。

 

为冷却器配备IFC的特点是初期投资成本较高，用电成本也较高，但维修少，也不需要补充水和连续化学处理。
 

 

结语

 

水的质量对感应设备能否保持高性能和高效率至关重要。应当定期监测电导率，并在需要时换水。另外，在选择冷却系统时，必须兼顾可靠性、冷却效率、能耗和用水量。