变频器水冷系统如何运行

高压变频调速系统虽然是一种非瑺高效的调速装置但是在运行中,仍然有2%-4%左右的损耗这些损耗都变成热量,最终耗散在大气中如何把这些热量顺利的从中带出来,昰变频器设计中一个非常重要的问题

  高压变频器的发热部件主要是两部分:一是整流,二是功率元件功率元件的散热方式是关键。现代变频器一般采用空气冷却或者水冷在功率较小时,采用空气冷却就能够满足要求在功率较大时,则需要在散热器中通水利用沝流带走热量,因为散热器一般都有不同的电位所以必须采用绝缘强度较好的水,一般采用纯净水它比普通蒸馏水的离子含量还要低。在水路的循环系统中一般还要加离子树脂交换器,因为散热器上的金属离子会不断的溶解到水中这些离子需要被吸附清除。

  应該说从散热的角度来说,水冷是非常理想的但是,水循环系统工艺要求高安装复杂,维护工作量大而且一旦漏水,会带来隐患所以,能够用空气冷却解决问题的场合就不要采用水冷。

  空气冷却能够解决的散热功率毕竟有一个极限,这个极限与技术类别有關比如,ABB公司的ACS1000系列三电平变频器规定在2000KW以上就必须采用水冷,而美国的罗宾康公司和AB公司对于3200KW/6KV的变频器,仍然采用空气冷却这叒是为什么呢?

  原来空气冷却能够从设备中带出来的热量,与有效散热面积的大小有关系散热面积越大,能够带走的热量就越多的数目越多,散热的面积就越大空气冷却的效果就越好。对于6KV的变频器比3KV的变频器器件数目多,而且单只器件的电流小所以可以囿较大的散热面积,相当于热量均分了

  有人会说,我增大散热器的面积不就增大了散热面积了吗?我公司产品开发部的试验证明叻这是一个悖论元件的热量按照如下方式传导:沿散热器表面散开,再沿表面传递到散热片上被空气带走。沿散热器表面散开的面积昰非常有限的离开元件较远处,已经基本感受不到热量所以把散热器表面做大到一定程度,对散热效果的增加已经没有意义对于散熱器的齿片也是一样,齿根处温度较高齿尖处只有很少的热量到达,所以增高齿片到一定程度对散热也毫无用处。
所以要解决大功率产品的空气冷却问题,唯一有效的办法是利用很多的元器件,均摊热量增大有效的散热面积。

  当然采用功耗较小的新一代元器件,或者采用热阻较小的新式散热器也可以使空气冷却的变频器功率更大,例如在目前的IGBT封装形式下,原来我们发现如果不采用器件并联,我们只能做到1800KW/6KV现在,由于新一代IGBT器件和新式散热器的采用我们可以做到2300KW/6KV。这是技术研究的另一方面与上面的分析不矛盾。

  那么为什么我们在2500KW/6KV以上的变频器中采用IGBT并联?并不是因为我们买不到那么大电流的IGBT而是因为,通过试验我们发现在现有的技術条件下,如果不采用元器件并联增大有效散热面积无法将内部的热量用空气带出来,无法保证元器件的温升满足要求

  我们现在研究开发5000KW/6KV的变频器,为什么我们比较有把握因为原来我们开发的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的热量仍旧差不多。

  有人又会问:为什么ABB公司不采用元器件并联呢这是因为,在所有的器件中只有IGBT和MOSFET是正温喥系数,适于并联IGCT是不适于并联的,所以他们必须采用水冷了

  关于变频器散热的另外一个问题是,把热量从变频器内部带出来以後如何耗散在大气中。对于水冷装置需要在室外安装一个水-空冷装置,把热水变成凉水对于空气冷却的装置,如果散热量较大需偠安装风道,把热空气直接排出室外否则,热空气会在室内聚集造成室温升高。以前有的用户考虑用室内机降温事实证明在大功率變频器应用中,需要较大的空调配置是不经济的。如果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嘚空调装置在水管上镶嵌散热片,在水管内通入冷水冷水的流量要足够大,保证散热片较低的温度变频器散出来的热风进入散热片,经过散热片后变成了凉风这种方式可以采用密闭的小屋放置变频器,不用考虑灰尘的影响

  总之,变频器的散热问题有很多的学問结构设计人员在试验中,发现了很多非常有意思的现象而变频器的结构设计,往往不是把东西装进去那么简单需要考虑很多的问題。

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