大功率水冷型变频器概述

合康变频大功率水冷型变频器介绍

产品设计部：聂鹏一、技术背景

高压变频器在运行过程中要产生一定的功耗，一般为其容量的3~5%。其中

移相变压器约占45%，整流及逆变约占40%，控制系统、主回路电缆与铜排等约占15%。

高压变频器的散热方式主要以自然冷却、强迫风冷、水冷三种方式为主。国内高压变频器的散热方式以强迫风冷为主流。随着国内变频器技术近几年持续的发展，变频器容量的不断提高，强迫风冷散热受散热器面积、环境温度、变频器使用环境、风机体积与噪音等多方面原因影响，已不能完全满足大功率变频器的散热要求。

影响高压变频器可靠性的多种因素中，散热是至关重要的，大功率半导体器件与移相变压器工作时所产生的热量，将导致器件温度的升高，如果没有适当的散热措施及时将热量带走，就可能导致器件温度超过器件所允许的最高结温，从而导致器件性能的恶化甚至损坏。所以在设计中，选择适当的散热方式，并进行合理的设计，能有效延长器件使用寿命，是提高变频器可靠性不可缺少的重要环节之一。

由于水冷散热方式具有优异的散热性能和较高可靠性，且对环境适应能力强，所以水冷散热在大功率高压变频器上应用非常必要。

三、合康变频水冷型变频器组成与散热原理

3.1 变频器组成部分

水冷型变频器由启动柜、移相变压器、功率单元柜、控制柜与循环纯水冷却机组组成。与强迫风冷型变频器比较，循环纯水冷却机组为新增加部件，其它部件两者无区别。（见图一）

图一

1. 启动柜、

2. 移相变压器、

3. 功率单元柜、4控制柜、5. 循环纯水冷却机组3.2冷却回路工作原理介绍

3.2.1冷却回路示意图（见图二）

图二

1

2

3

4

5

3.2.2冷却回路工作描述

冷却水在主循环泵的驱动下，沿管道以恒定的流速通过功率单元散热器，连续不断地带出热量；冷却水升温后沿主管回路进入换热器设备进行热量交换；换热后的冷却水回流至主循环泵的进口，形成一个封闭的循环冷却系统。

水冷系统控制模块根据预设的冷却水温度值自动调节换热比例，从而精确地控制水的温度。根据冷却容量、现场环境条件的不同，系统可以采用水—水、水—风等各种二次热交换形式将热量释放到环境中。

四、合康变频水冷型变频器方案介绍 4.1变压器

4.1.1 组成部分（见图三）

图三

4.1.2工作原理

变压器类型：强迫油循环水冷却式油浸变压器

变压器油箱、油水换热器、油泵通过管道串联成封闭的回路。变压器工作时产生热量，因变压器本体浸泡在冷却油中，热量传递给冷却油。在油泵的作用下，强迫冷却油流动，热油从油箱上端流出，通过封闭管道流经油水换热器时与冷却水进行热交换，热油中的热量被冷却水带走，冷却后的油沿管道重新回到油箱，以此循环实现变压器的散热。 4.1.3 特点：

➢ 冷却类型：油水换热； ➢ 损耗小，效率＞99%；

➢ 过载能力强，1.5倍容量下可持续运行120分钟；

变压器油箱

油水换热器冷却水入口

变压器回油管道

油水换热器

油水换热器冷却水出口 图三

➢采用专利技术，保证出线抽头可靠密封。

4.2、功率单元（见图四）

4.2.1 散热方式：功率单元采用水冷为主，风冷为辅的散热方式

4.2.2 方案与特点

➢单元冷却水管采用并联接入方式，保证流量均匀分布；

➢独立的单元电解电容散热风道，电容运行温度低、寿命长；

➢采用叠层母排设计，寄生电感小、单元结构紧凑；

➢功率单元散热器采用真空钎焊式水冷散热器，水冷散热器进水口、回水口为

双截流快速接头，方便功率单元的更换；

➢功率单元柜主管道为不锈钢管道，单元与主管道间采用橡胶软管，保证单元

绝缘。

单元连接橡胶软管水冷散热器

冷却水快速接头冷却水不锈钢管道

功率单元柜功率单元

图四

4.3、循环纯水冷却机组

4.3.1 循环原理图（见图五）：

M

T T

μS

1

2

S 120-L C U 160/65-W /W 循环原理图

43

42

35

元件明细表：

1、循环泵

2、单向阀

3、 球阀

4、排水阀

5、三通阀 7、调节阀 8、换热器 9、温度变送器10、排水阀 11、出水口 12、进水口 15、排气阀 1

6、压力表 1

7、水过滤器 1

8、压力表 1

9、电导率变送器20、温度变送器 21、压力变送器 22、球阀 23、调节阀 24、电磁阀 25、交换树脂 26、排水阀 27、过滤器28、球阀 30、膨胀罐 32、排水阀 33、调节阀 34、球阀 35、流量传感器 36、温度变送器 37、压力变送器38、电加热器 39、脱气器 40、排水阀 41、排气阀 42、球阀 43、球阀 44、冗余泵 45、单向阀46、球阀 47、补水泵 48、过滤器 49、压力表 50、单向阀 51、调节阀 52、球阀 53、流量计

P T 36T T

37

P T

M

46

3

M

散热板散热板散热板散热板散热板散热板散热板

散热板

7

10

4

15

161817

1920

2122

2324

25

2627

2728

303233

34

39

4140

44

45

47

48

49

5051

H e a t

38

M

5

T T

9

8

11

12

53

52

图五

4.3.2 工作原理

冷却水在主循环泵的驱动下，沿管道以恒定的流速通过功率单元散热器，不断带出热量，冷却水升温后沿主管回路进入换热器设备进行热量交换，降温后的冷却水回流至主循环泵的进口，形成一个封闭的循环冷却系统。系统控制模块根据预设的冷却水温度值自动调节换热比例，从而精确地控制水的温度。

根据冷却容量、现场环境条件的不同，系统可以采用水—水、水—风等各种二次热交换形式将热量释放到环境中。

因高压变频器是在高压的环境下运行，冷却水必须具备极高的电阻率，因此在主循环冷却回路上并联了去离子水处理旁路，一定比例的冷却水流经离子交换器，不断去除设备及管路中析出