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1、大功率变频器散热-民熔变频柜变频器为商业和工业电机提供动力和控制， 必须根据其设计和应用环境进行热保护。变频器 的主要优点是灵活的控制、平稳的启动和停机性 能，以及在可变负载下运行的离心风机和泵所带 来的显著节能。大多数大功率变频器及其附属电子配件都 被集成到电气机柜中。变频器不但提高了系统效 率，变频器本身的效率也非常高，损失只有 2% 至 4%。然而，由于大功率变频器中电能转换很 大，即使效率损失较低，也会导致数千瓦到数十 千瓦废热的产生，必须设法将这些热量耗散掉。在开放式风冷机柜中，要想排出这些热量很 简单。然而，在恶劣环境中，无法使用过滤风扇 冷却或通过直接的空气流来冷却，外壳的热量管
2、 理就成为设计流程的重要组成部分。研究策略， 对于在恶劣环境中高效、被动且经济地冷却中、 大功率密封外壳的变频器至关重要。1、流通或密封开放式气流柜可让环境空气流通机柜，直接 有效地冷却大功率模块。不过，这种高效的冷却 可能会导致外部污染物进入外壳，通常使用风扇 过滤系统，来过滤流入机柜的空气，从而最大限 度地减少这些污染物。过滤器有助于减少灰尘和 碎片，但它们需要定期维护来清洁或更换过滤 器。密封外壳不允许外部空气进入机柜，而是用 机柜内的空气来冷却电子产品，并通过热交换器 将热量导出到环境空气中。密封外壳可防止污 垢、灰尘、湿度、盐雾和其它空气中的腐蚀性物 质进入机柜，并影响电子元件的使用
3、寿命。这两种系统都适用于低功耗机柜。然而，对 于许多大功率变频器机柜来说，功耗水平高于空 气冷却所能达到的水平。低功率部件一般直接通 过气流进行冷却，而较高功率的部件则通过设施 冷却水、蒸汽压缩系统或泵送液体系统直接或间 接冷却。在这些系统中，大功率元件（ 绝缘栅极双极 晶体管、集成栅极换向晶闸管、硅控制整流器）， 通常连接到流体冷却冷板上。然后，流体使用蒸 汽压缩系统或通过液气热交换器，将热量排放到 环境空气中。无论哪种情况，所需的环境空气热 交换器都可以布置在设施内外。这些系统的主要缺点是将流体引入机柜和冷却液管线进出机柜 所带来的挑战。UPT?FQKJTJkt-曲曲WAHNIKini4B
4、5 REF SEO FR 凹怦 aTQPdown M4F eau iii IfttuJy vtotlrlc ihwli * m pisitr *陪词4怕 f讣皿知 litlBiMlI *1 w 10 mini LinhlOt bumpcl4 ditchairif 1 Ui4 fillibw Eh -* a-Ly l-niihrui!it評“ 州帥 f4raHfrn ar冊制HZ2、环路热虹吸管环路热虹吸管（LTS ）是重力驱动的两相冷却装置。它们的工作方式与热管相似，工作流体 只要在一个封闭的循环中蒸发并冷凝，就可在给 定的距离内传递热量。相对热管，环路热虹吸管 的主要优点是能够使用导电工作液
5、，高效、远距 离传输大功率。与主动式液体冷却液、蒸汽压缩 或泵送两相冷却系统相比，环路热虹吸管没有运 动部件，可靠性更高。环路热虹吸管非常适合将 大功率余热从机柜中的电力电子设备传递到机 柜外部环境中。在机柜层面，环路热虹吸管冷却系统的优势 是显著的。在工厂车间内就可以将机柜、电子设 备和冷却系统安装到密封、独立的外壳中。每个 机柜都是独立的，可以独立交付，在最终客户那 里也易于安装。最简单的实现形式就是位于机柜 顶部的风冷环路热虹吸管冷凝器。这样，机柜保 持独立，在最终安装时只需要电气连接。环路热虹吸管冷凝器还可以连接到设施或 冷却水系统。可以将余热从机柜和多个机柜中进 一步消散，从而可以在
6、同一个环路上工作。使用 环路热虹吸管和冷水冷凝器时，管道和水的连接 都在机柜外部，这样就可将冷却液和电子设备分 开。3、密封外壳热交换器环路热虹吸管是直接从高发热部件中排除 大热量的绝佳方法。但二次部件的余热负荷仍需 冷却。这些辅助组件，包括分散在机柜中的许多 低功耗设备，这样通过直接接触来冷却就难易实 现。对这些低功耗、热流较低的元件，直接空气 冷却是最实用的方法。低功耗组件可以通过空气 - 空气热交换器轻松冷却，同时保持外壳密封的 完整性。在环路热虹吸管和密封式换热器组合中，高 功率绝缘栅极双极晶体管（IGBT ）或集成栅极换 向晶闸管（IGCT）安装在环路热虹吸管冷板上， 它的 10 千
7、瓦负荷加上热负荷，通过环路热虹吸 管耗散到外部机柜空气中 （ 见图 2）。所有的二 次电子部件，都是通过密封的气-气热交换器冷 却的，热交换器可以导出 1 千瓦左右的废热。IGBTS二次部件气舞却图仝配醫了空咒- 空气热交糅器的环豁 热虹眼營LTS h气交攥豪1009-1000S L 誓瓦特LTS 交换 1千瓦环路热虹吸管和密封的空气- 空气热交换 器保持原来的 NEMA 机柜等级。二者的组合使大 功率机柜能够维持密封性能，不受外部气流的影 响，并且不会有冷却液在机柜内的流动。环路热虹吸管和密封外壳冷却器，为电力电子冷却应用提供了诸多优点。环路热虹吸管利用 非常适合中、高压应用的导电工作液，通
8、过被动 方式来冷却高功率电子元件的大热量。密封的外 壳冷却器，可以排出电力电子柜中的低功耗、分 布式组件所产生的热量，同时防止外部空气中的 污染物与这些组件相互作用。两种冷却解决方案 的组合，可在恶劣工作环境所需的密封外壳中可 靠地冷却大功率电机控制器。哪些类型的设备上要用较大功率的变频 器？大小是相对而言的，电机功率大，变频器功 率就要求大。如果一定要说大，我相信高铁这些 场所使用的变频器的功率是比较大的，毕竟载重 要求摆在那个地方了，对比之下，一般工厂用的 变频器功率都没有那么大的。每种高铁列车的功率大小也会有差异，但是 一般都有几千个千瓦以上，大的，比如 CRH380A 的 16 号编组
9、，功率是 19600 千瓦，差不多 2 万 千瓦了，这个几乎也是国内电机厂能生产的功率 极限了（不过国产电机很少能用上这些场合）。 一般这么大功率的，都是高压变频器，以往的罗 宾康被西门子收购了，很多用在这些场所了。变频器的通用散热方法从目前变频器的构造分析，散热一般可分为 以下三种：自然散热、对流散热、液冷散热和外 部环境散热。（一）自然散热对于小容量的变频器一般选用自然散热方 式，其使用环境应通风良好，无易附着粉尘及飘 浮物。此类变频器的拖动对象多为家用空调、数 控机床之类，功率很小，使用环境比较优良。另外一种使用自然散热方式的变频器容量 并不一定小，那就是防爆变频器。对于此类变频 器小容
10、量可以选用一般类型的散热器即可，要求 散热面积在允许的 X 围内尽可能的大一些，散热 肋片间距小一些，尽可能的增加热辐射面积。对 于大容量的防爆变频器，如使用自然散热方式建 议使用热管散热器。热管散热器是近年来新兴的 一种散热器，它是热管技术与散热器技术结合的 一种产品，它的散热效率极高，可以将防爆变频 器的容量做的比较大，可达几百kVA。这种散热 器相对普通散热器，所不同之处就是体积相对 大，成本高。这种散热方式与水冷散热相比较还 是有优势的：水冷要用水冷器件，水冷散热器以 及必不可少的水循环系统等等，其成本比使用热 管散热器散热高。业界反映热管散热器性能好， 值得推广。自然散热的另外一种方
11、式就是“穿墙式”自 然散热，这种散热方式最多减少 80的热量，其 特点是变频器的主体与散热片通过电控箱完全 隔离，大大提高了变频器元器件的散热效果。这 种散热方式最大的好处就是可以做到定时清理 散热器，且能保证电控箱的防护等级做得更高。 象常见的棉纺企业由于棉絮过多，经常容易堵塞 变频器的通风道，导致变频器的过热故障，用穿 墙式自然散热就能很好得解决这一问题。二）对流散热对流散热是普遍采用的一种散热方式，如图2 所示。随着半导体器件的发展，半导体器件散 热器也得到了飞速的发展，趋向标准化，系列化 通用化；而新产品则向低热阻，多功能，体积小 重量轻，适用于自动化生产与安装等方向发展。 世界几大散
12、热器生产商，产品多达上千个系列， 并全部经过测试，提供了使用功率与散热器热阻 曲线，为用户准确选用提供了方便。同时散热风 机的发展也相当快，呈现出体积小，长受命，低 噪声，低功耗，大风量，高防护的特点。如常用 的小功率变频器散热风机只有25mmx25mmx 10mm；日本SANY0长寿命风机可达200000h, 防护等级可达IPX5；更有德国ebm大风量轴流 风机，排风量高达5700m3/h。这些因素为设计 者提供了非常广阔的选择空间。对流散热正是由于使用的器件（风机、散热 器）选择比较容易，成本不是太高,变频器的容量 可以做到从几十到几百kVA,甚至更高（采取单元 并联方式）才被广为采用。1
13、）变频器内装风扇散热内装风扇散热一般对于小容量的通用变频 器使用。通过正确的安装变频器，可以使变频器 的内装风扇的散热能力达到最大化。该内装风扇 可以将变频器内部的热量带走。通过变频器所在 的箱体的铁板，进行最终散热。只通过变频器内 装风扇的散热办法适用与装有单独的变频器的 控制箱，以及控制元件比较少的控制箱。如果变 频器控制箱中，有若干台变频器，或者其他散热 量比较大的电气元件，则散热的效果不十分明 显。（2）变频器外装风机散热通过在安装变频器的控制箱内，增设若干台 具有换气对流功能的风机，则可以大大提高变频 器的散热效果，降低变频器工作环境的温度。使 用风机的能力，可以通过变频器的散热量进
14、行计 算。下面说一说一般的选择方法：我们根据经验算出每排出 1kW 功耗产生的 热量,需要风机的排风量为360m?/h,而变频器的 功耗为其容量的45%,这里我们按5%计算， 可以得到变频器适配风机与其容量的关系：例如：变频器功率为 90 千瓦，则：风机的排风量(m3/h)=变频器容量x5%x360m?/h/kW=1620m?/h然后再通过风机的排风量选择不同厂家风 机的型号获得满足我们条件的风机。一般说来， 风机散热是现阶段变频器散热的主要手段，尤其 适用在比较大的控制柜中，以及控制柜中拥有的 电气部件同时工作、同时发热的情况下。适用于 高度集成的集中控制柜、控制箱。而且近几年由 于科技的不
15、断进步，散热风机已经不像前几年那 样的庞然大物，小巧而又强劲的风机比比皆是。 性价比上也比其他散热方式好的多。（三）液冷散热水冷是工业液冷方式中较常用的一种方式， 针对变频器这种设备选用该方式散热的很少，因 为它的成本高，用在小容量变频器时体积大，再 由于通用变频器的容量在几kVA到近百kVA，容 量不是很大，很难将性价比做到让用户接受的程 度，只有在特殊场合（如需要防爆）以及容量特 别大的变频器才采用这种方式。水冷变频器在欧洲已有近十年的历史，广泛 应用于轮船、机车等高功率且空间有限的场合。 相对于传统的风冷变频器，水冷变频器更有效地 解决了散热问题，从而使高功率变频器的体积大 大缩小，性能
16、更加稳定。体积的减小意味着节省 了设备安装空间，从而有效地解决了很多特殊场 合对变频器体积的要求。如芬兰 VACON 公司的 400kW 水冷变频器，其体积仅为同等级的风冷变 频器的五分之一。升级版模块机-两年包退换资料表明，散热器表面经电泳涂漆发黑或阳 极氧化发黑后，其散热量在自然冷却情况下可提 高 1015%，在强迫风冷情况下可提高 2030%， 电泳涂漆后表面耐压可达500800V。所以在选 择散热器及制定加工工艺时，对散热器进行上述 工艺处理会大大提高本身的散热能力，还可以增 强绝缘性，降低了因安装不当造成的爬电距离过 小，电气间隙不够等带来的不利影响。散热效果优劣与安装工艺有密切关系，安装 时应尽量
