CN104880295A - 一种机柜系统风阻的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机柜系统风阻的测试方法，包括步骤S1：在机柜上电运行时，分别测量机柜的排风组件在打开和关闭机柜柜门两种工况下的运行参数；S2：将步骤S1中排风组件在两种工况下的运行参数与排风组件的出厂测试数据对比分析，得到排风组件在关闭柜门工况下对应的风量Q以及静压P，从而计算出机柜系统的阻力系数K＝P/Q²；S3：通过机柜系统的阻力系数K，在排风组件的Q-P出厂性能曲线图中绘制Q-P实际性能曲线，Q-P出厂性能曲线与Q-P实际性能曲线的交点所对应的静压P则为机柜系统风阻值。本发明的机柜系统风阻的测试方法具有操作简便、精准得到机柜系统风阻值的优点。

Description

一种机柜系统风阻的测试方法

技术领域

本发明主要涉及机柜技术领域，特指一种机柜系统风阻的测试方法。

背景技术

随着经济的高速发展和人们节能环保意识的增强，变流装置应用越发普及，行业规模迅速扩大。产品的集成化程度和功率密度越来越高，功率密度提高导致整机的散热设计问题成为研发中的难点之一，其中散热问题也逐渐成为此类产品的主要质量问题。

作为目前常规的柜式装置，主要损耗零部件(若干风冷型功率单元和干式变压器)放置一个柜体腔室里面。功率单元的性能参数可以理论计算和测试得出，而体积庞大、结构复杂的干式变压器的风阻参数一般难以计算或测试，从而导致整机的冷却风机选型缺少理论依据、整机投运过程中风机的运行工况无法确认、现场整机出现过温无从下手排查处理。

目前此类机柜的系统风阻没有理论计算公式，也没有相关的经验公式。在机柜的系统散热设计开发中，一般主要是两种方式：

第一种是根据风量的理论计算和估算整机的风阻进行初步选型，样机出来后进行风量测试和匹配风机选型。此方式存在以下几点缺陷：

1)、整机系统风阻参数缺乏，风机实际运行工况点不能确定，存在风机运行不在合理区域，导致风机易损坏，影响产品可靠性；

2)、整机系统风阻参数缺乏，功率单元与干式变压器的风量分布不合适，存在局部过温现象，影响产品可靠性；

3)、整机运行一段时间后，出现整机局部过温现象，过温问题的排查处理难度大。

第二种是采用理论计算加仿真分析，得出初步的系统风阻。此方式存在以下局限性：

1)、此类机柜产品所用干式变压器，一般底部自带横流式风机，在目前仿真技术中，难以接近实际情况，往往在仿真分析中，底部自带横流式风机忽略不考虑，导致仿真数据不能贴切实际，只能作为参考分析；

2)、干式变压器绕组数量大，通常结构复杂，仿真有效性与时效性难以平衡。

第三种是简单采用风量检测仪测量机柜进风口风速、柜顶风机出风口风速、模块进风口风速。通过计算得出风量是否满足要求。此方式存在以下缺陷：

1)、风量检测仪测试出来的结果不能保证有效贴切实际情况。因为检测点的布置没有一个标准的规范，直接将面积乘以风速得出风量，多半出现整机进风口的风量与出风口的风量不一致；

2)、测试机柜内部的风速时，需要将机柜门打开，此情况与实际运行状态不一致。因为整机的进风路径不同，导致风机运行状态也不一样，测试得出的数值也不贴切实际情况；

3)、仅仅测试风量，无法确保有效流经干式变压器的风量是否满足要求。导致在系统总风量满足要求前提下，频繁报局部过温故障。

以上三种方式，均无法有效得出系统风阻这一参数。导致选型难度大，耗时长，风机容量冗余过大。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种操作简便、能够精准得到机柜系统风阻值的测试方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种机柜系统风阻的测试方法，包括以下步骤：

S1：在所述机柜上电运行时，分别测量机柜的排风组件在打开和关闭机柜柜门两种工况下的运行参数；

S2：将步骤S1中排风组件在两种工况下的运行参数与排风组件的出厂测试数据对比分析，得到排风组件在关闭柜门工况下对应的风量Q以及静压P，从而计算出机柜系统的阻力系数K＝P/Q²；

S3：通过机柜系统的阻力系数K，在排风组件的Q-P出厂性能曲线图中绘制Q-P实际性能曲线，Q-P出厂性能曲线与Q-P实际性能曲线的交点所对应的静压P则为机柜系统风阻值。

优选地，所述运行参数包括机柜排风组件的电流及转速。

优选地，所述步骤S2的具体过程如下：

S21、分析排风组件在关闭柜门以及打开柜门两种工况下的运行参数：通过测量排风组件的三相电流I_a、I_b和I_c，得出三相平均电流值I_N＝(I_a+I_b+I_c)/3，然后换算得到标况电流值将两种工况下的标况电流值I以及转速r与排风组件出厂的测试参数进行对比，预判排风组件在两种工况下的工作区域，并结合排风组件运行原理，进一步确认排风组件在关闭柜门的工况下的工作区域，其中ρ₂为实际测试环境下的空气密度、ρ₁为出厂测试环境下的空气密度；

S22、选取排风组件在关闭柜门时工作区域内的近似工作点，从而根据近似工作点所对应的风量Q和静压P，计算出机柜系统的阻力系数K＝P/Q²。

优选地，所述排风组件为排风机。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的机柜系统风阻的测试方法，通过在现场产品中测量排风组件的相关参数，通过对参数的分析对比，得出机柜系统风阻值，操作简便，系统风阻值符合实际情况，其准确度较高，因而能够有效的解决机柜系统散热方面的风机选型的问题。

附图说明

图1为本发明中机柜的结构示意图。

图2为本发明中冷却风机的Q-P出厂性能曲线与Q-P实际性能曲线图。

图中标号表示：1、功率模块单元；2、控制箱；3、干式变压器；4、干式变压器底部横流式风机；5、冷却风机；6、门板；7、进风口。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1和图2所示，本实施例的机柜系统风阻的测试方法，本发明的方法步骤如下：

S1：在机柜上电运行时，分别测量机柜的排风组件在打开和关闭机柜柜门两种工况下的运行参数；

S2：将步骤S1中排风组件在两种工况下的运行参数与排风组件的出厂测试数据对比分析，得到排风组件在关闭柜门工况下对应的风量Q以及静压P，从而计算出机柜系统的阻力系数K＝P/Q²；

S3：通过机柜系统的阻力系数K，在排风组件的Q-P出厂性能曲线图中绘制Q-P实际性能曲线，Q-P出厂性能曲线与Q-P实际性能曲线的交点所对应的静压P则为机柜系统风阻值。

本实施例中，运行参数包括机柜排风组件的电流及转速。

本实施例中，步骤S2的具体过程如下：

S21、分析排风组件在关闭柜门以及打开柜门两种工况下的运行参数：通过测量排风组件的三相电流I_a、I_b和I_c，得出三相平均电流值I_N＝(I_a+I_b+I_c)/3，然后换算得到标况电流值将两种工况下的标况电流值I以及转速r与排风组件出厂的测试参数进行对比，预判排风组件在两种工况下的工作区域，并结合排风组件运行原理，进一步确认排风组件在关闭柜门的工况下的工作区域，其中ρ₂为实际测试环境下的空气密度、ρ₁为出厂测试环境下的空气密度；

S22、选取排风组件在关闭柜门时工作区域内的近似工作点，从而根据近似工作点所对应的风量Q和静压P，计算出机柜系统的阻力系数K＝P/Q²。

现针对一种具体机柜系统，对本发明的方法做进一步说明：

其中本实施例的机柜基本布局如图1所示，包括若干个功率模块单元1、控制箱2、干式变压器3、干式变压器底部横流式风机4、机柜顶部冷却风机5、前后门板6、以及置于门板上的进风口7。

具体试验测试步骤如下：

S1：工作准备

a、准备好试验测试工具：万能表、电流钳、转速仪、温湿检测仪、螺丝刀、笔、记录表、冷却风机的出厂试验检测数据(包括风压风量曲线图、转速、功率等)；

b、检查机柜产品，保证可安全上低压通电运行；

c、检查确认干式变压器底部横流风机通电运行正常，机柜顶部冷却风机通电运行正常；

d、将转速测试仪感应片粘贴到机柜顶部冷却风机5的叶片上。

S2：开始测试

a、测量当前环境温度T(℃)和湿度H(％)；

b、关闭柜门，上低压电启动变压器底部横流式风机4和机柜顶部冷却风机5；采用转速仪测试出机柜顶部冷却风机5正常运行时的转速V(r/min)；同时采用电流钳和万能表测出机柜顶部冷却风机5的各相电流值I(A)和各项之间的电压值U(V)；将其中一扇柜门留点缝(即不完全关闭)，其它关闭，重复测量以上数据，测量数据如下表1，其中A为常态测试，B为柜门不完全关闭测试：

表1：

S3：数据分析：

a、机柜顶部冷却风机(5)的出厂测试数据如下表2(由风机供应商提供，包括风量风压曲线、功率、转速等)，(T₁＝27℃，H₁＝60％，查表得出此温度下的空气密度ρ₁＝1.18kg/m³)。如下表2；

表2：

序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											电压[V]	400	400	400	400	400	400	400	400	400	400
风量[m3/h]	924.05	2398.88	2815.19	3132.73	3789.43	4280.74	4684.63	5082.83	5611.03	6128.77
											静压[Pa]	552.46	473.89	444.99	422.15	352.48	300.70	245.96	183.61	97.51	6.08
功率[kW]	0.55	0.76	0.80	0.83	0.86	0.87	0.87	0.85	0.82	0.77
											电流[A]	1.23	1.48	1.53	1.57	1.61	1.63	1.63	1.61	1.56	1.50
转速[rpm]	1402.00	1355.00	1346.00	1342.00	1334.00	1331.00	1332.00	1335.00	1345.00	1358.00

b、通过以上表1的数据计算两种工况试验下的标况电流值及转速值，如下表3，确认当前机柜顶部冷却风机5的工况点是处于风压风量曲线(即表2)的上半区还是下半区：若c情况较b情况出现电流值下降，而转速值上升，则工况点处于下半区；若电流值上升，转速也上升，则工况点处于上半区，

其中：测量排风组件的三相电流I_a、I_b和I_c，得出三相平均电流值I_N＝(I_a+I_b+I_c)/3，然后换算得到标况电流值其中ρ₂为实际测试环境下的空气密度、ρ₁为出厂测试环境下的空气密度；

系统阻力参数

表3：

b.1、分析常态测试数据：标况电流为1.56A，转速为1354rpm，三相电压波动较小，且接近表2中的电压值。故电压参数不予考虑。根据电流、转速参数及表2中的电流和转速参数，可以预判此时风机运行处在表2中的序号2～序号4列区域，或表2中的序号9～序号10列区域。

b.2、分析柜门留点缝(即不完全关闭)测试数据：标况电流为1.45A，转速为1362rpm，三相电压波动较小，且接近表2中的电压值。故电压参数不予考虑。结合风机运行原理，当风压减小时，电流较小、转速提高则风机实际运行趋向于性能参数曲线的下半区，即结合表2中，风机实际运行趋向于序号5～序号10区域；反之，则处于上半区，即结合表2，风机实际运行趋向于序号1～序号5区域。

b.3插值选取风机实际运行的风量和风压参数：结合b.1和b.2，我们可确定常态运行时风机所处区域为表2中的序号9～序号10列区域。根据表2，采用插值法，实际风量参数范围为5611.03～6128.77，取5780；实际风压参数范围为97.51～6.08，取60。同理，对于柜门留点缝(即不完全关闭)状态，风量取6100，风压取10，从而计算出两种工况下机柜系统的阻力系数K＝P/Q²，分别为23.28和3.48；

S4：通过K值，在排风组件的Q-P出厂性能曲线图中绘制Q-P实际性能曲线，其中1号线为Q-P出厂性能曲线，2号线为Q-P实际性能曲线，3号线为B情况(柜门不完全关闭)下的性能曲线，Q-P出厂性能曲线与Q-P实际性能曲线的交点所对应的静压P则为机柜系统风阻值；

通过下表4的数据，在排风组件的Q-P出厂性能曲线图中绘制Q-P实际性能曲线，绘制的图如图2所示，其中Q-P出厂性能曲线与Q-P实际性能曲线的交点所对应的静压P则为机柜系统风阻值，即为图2的纵坐标值60pa。

另外，针对步骤S3中分析数据，最终得出风机实际运行的情况有两种。

第一种，风机工况点处在上半区。此情况是在风机选型时是不能接受的，因为风机处于上半区，长时间运行会对风机寿命不利。此种情况处理措施：结合当前得到的系统阻力，重新对风机进行选型，选择风量相当，风压更大的风机较为合适；

第二种，风机工况点处于下半区。此种情况可以保证风机的使用寿命，但会出现实际风量与所需风量相差偏大，即不足或者冗余过大。不足时，可改善机柜的风道，减小系统风阻或者是选择一款等同风压情况下的风量偏大的风机；冗余过大时，则选择一款等同风压情况下，风量偏小的风机，此时不建议对机柜风道进行更改，来增加风阻。

本发明的机柜系统风阻测试方法，可以有效得出机柜系统风阻的特征曲线，填补了系统冷却风机的选型设计阶段的关键参数—系统风阻值；而且可以有效校核检测出类似机柜产品的风机运行工况点，得出风机选型是否合理；可为后续现场机柜产品的散热问题提供有效排查方法；且提高了此类机柜产品的散热可靠性的同时，降低产品的散热系统成本及后续的优化维护成本。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种机柜系统风阻的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在所述机柜上电运行时，分别测量机柜的排风组件在打开和关闭机柜柜门两种工况下的运行参数；

S2：将步骤S1中排风组件在两种工况下的运行参数与排风组件的出厂测试数据对比分析，得到排风组件在关闭柜门工况下对应的风量Q以及静压P，从而计算出机柜系统的阻力系数K＝P/Q²；

S3：通过机柜系统的阻力系数K，在排风组件的Q-P出厂性能曲线图中绘制Q-P实际性能曲线，Q-P出厂性能曲线与Q-P实际性能曲线的交点所对应的静压P则为机柜系统风阻值。

2.根据权利要求1所述的机柜系统风阻的测试方法，其特征在于，所述运行参数包括机柜排风组件的电流及转速。

3.根据权利要求2所述的机柜系统风阻的测试方法，其特征在于，所述步骤S2的具体过程如下：

S21、分析排风组件在关闭柜门以及打开柜门两种工况下的运行参数：通过测量排风组件的三相电流I_a、I_b和I_c，得出三相平均电流值I_N＝(I_a+I_b+I_c)/3，然后换算得到标况电流值将两种工况下的标况电流值I以及转速r与排风组件出厂的测试参数进行对比，预判排风组件在两种工况下的工作区域，并结合排风组件运行原理，进一步确认排风组件在关闭柜门的工况下的工作区域，其中ρ₂为实际测试环境下的空气密度、ρ₁为出厂测试环境下的空气密度；

S22、选取排风组件在关闭柜门时工作区域内的近似工作点，从而根据近似工作点所对应的风量Q和静压P，计算出机柜系统的阻力系数K＝P/Q²。

4.根据权利要求3所述的机柜系统风阻的测试方法，其特征在于，所述排风组件为排风机。