高压变频器冷却方式

高压变频器冷却方式

高压变频调速系统是一种非常高效调速装置，运行中，仍然有2%-4%左右损耗，这些损耗都变成热量，最终耗散大气中。如何把这些热量顺利从变频器中带出来，是变频器设计中一个非常重要问题。

高压变频器发热部件主两部分：一是整流变压器，二是功率元件。功率元件散热方式是关键。现代变频器一般采用空气冷却水冷。功率较小时，采用空气冷却就能够满足要求。功率较大时，则需要散热器中通水，利用水流带走热量，散热器一般都有不同电位，必须采用绝缘强度较好水，一般采用纯净水，它比普通蒸馏水离子含量还要低。水路循环系统中，一般还要加离子树脂交换器，散热器上金属离子会不断溶解到水中，这些离子需要被吸附清除。

应该说，从散热角度来说，水冷是非常理想。，水循环系统工艺要求高，安装复杂，维护工作量大，一旦漏水，会带来安全隐患。，能够用空气冷却解决问题场合，就不要采用水冷。

空气冷却能够解决散热功率，毕竟有一个极限，这个极限与技术类别有关。比如，ABB公司ACS1000

系列三电平变频器，规定2000KW以上就必须采用水冷，而美国罗宾康公司和AB公司，

3200KW/6KV变频器，仍然采用空气冷却。这又是为什么呢？

原来，空气冷却能够从设备中带出来热量，与有效散热面积大小有关系，散热面积越大，能够带走

热量就越多。元器件数目越多，散热面积就越大，空气冷却效果就越好。6KV变频器，比3KV

变频器器件数目多，单只器件电流小，可以有较大散热面积，相当于热量均分了。

有人会说，我增大散热器面积，不就增大了散热面积了吗？我公司产品开发部试验证明了这是一个悖论。电力电子元件热量如下方式传导：沿散热器表面散开，再沿表面传递到散热片上，被空气带走。沿散热器表面散开面积是非常有限，离开元件较远处，已经基本感受不到热量，把散热器表面做大到一定程度，对散热效果增加已经没有意义。散热器齿片也是一样，齿根处温度较高，齿尖处很少热量到达，增高齿片到一定程度，对散热也毫无用处。

，要解决大功率产品空气冷却问题，唯一有效办法是，利用很多元器件，均摊热量，增大有效散热面积。

当然，采用功耗较小新一代元器件，采用热阻较小新式散热器，也可以使空气冷却变频器功率更大，例如，目前IGBT封装形式下，原来我们发现，不采用器件并联，我们只能做到1800KW/6KV，现，新一代IGBT器件和新式散热器采用，我们可以做到2300KW/6KV。这是技术研究另，与上面分析不矛盾。

那么，为什么我们2500KW/6KV以上变频器中采用IGBT并联？并我们买不到那么大电流IGBT，，试验我们发现，现有技术条件下，不采用元器件并联增大有效散热面积，无法将内部热量用空气带出来，无法保证元器件温升满足要求。

我们现研究开发5000KW/6KV变频器，为什么我们比较有把握？原来我们开发3200KW/6KV变频器，是用15个功率单元带走热量，到了5000KW时，我们把功率单元增加到24个，每个功率单元带走热量仍旧差不多。

有人又会问：为什么ABB公司不采用元器件并联呢？这是，所有器件中，IGBT和MOSFET是正温度系数，适于并联，IG CT是不适于并联，他们必须采用水冷了。

变频器散热另外一个问题是，把热量从变频器内部带出来以后，如何耗散大气中。水冷装置，需要室外安装一个水-空冷装置，把热水变成凉水。空气冷却装置，散热量较大，需要安装风道，把热空气直接排出室外，否则，热空气会室内聚集，造成室温升高。以前有用户考虑用室内空调机降温，事实证明大功率变频器应用中，需要较大空调配置，是不经济。用户工厂内有冷却水，我们建议用户采用水-空冷装置，这种装置类似于我们工厂空调装置，水管上镶嵌散热片，水管内通入冷水，冷水流量要足够大，保证散热片较低温度，变频器散出来热风进入散热片，散热片后变成了凉风。这种方式可以采用密闭小屋放置变频器，不用考虑灰尘影响。

总之，变频器散热问题有很多学问，结构设计人员试验中，发现了很多非常有意思现象。而变频器结构设计，往往把东西装进去那么简单，需要考虑很多问题。

本文摘自《中国工控展览网》