高压变频器散热与通风的设计
硬件2009-06-02 10:56 阅读52 评论1
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1、引言
在电力、化工、煤矿、冶金等工业生产领域要求高压变频器有极高的可靠性。影响高压变频器的可靠性指标有多项，其中在设计过程中其散热与通风是一个至关重要的环节。目前高压变频器有高-低-高式、元件直接串联式、中点箝位多电平式、单元级联式等多种方式，一般来讲，上述各种方式的高压变频器，其效率一般可达95～97%;但由于设备功率大，一般为mw级，在正常工作时，仍要产生大量的热量。为保证设备的正常工作，把大量的热量散发出去，优化散热与通风方案，进行合理的设计与计算，实现设备的高效散热，对于提高设
备的可靠性是十分必要的。
高压变频器在正常工作时，热量来源主要是隔离变压器、电抗器、功率单元、控制系统等，其中作为主电路电子开关的功率器件的散热、功率单元的散热设计、及功率柜的散热与通风设计最为重
要。
2、功率器件的散热设计
通常对igbt或igct模块来说，其pn结不得超过125℃，封装外壳为85℃。有研究表明，元器件温度波动超过±20℃，其失效率会增大8倍。功率器件散热设计关乎整个设备的运行安全。
2.1 在进行功率器件散热设计时应注意的事项
（1）选用耐热性和热稳定性好的元器件和材料，以提
高其允许的工作温度;
（2）减小设备（器件）内部的发热量。为此，应多选用微功耗器件，如低耗损型igbt，并在电路设计中尽量减少发热元器件的数量，同时要优化器件的开关频率以减少发热量;
（3）采用适当的散热方式与用适当的冷却方法，降低
环境温度，加快散热速度。
以目前最常见的单元级联式高压变频器为例，对其中一个功率单元为例进行热设计。功率器件采用igbt，其电路如图1所示。
2.2 损耗功率的估算
在设备稳态运行时，功率单元内整流二极管、igbt、续流二极管总的功率损耗即为散热器的耗散功率。因此热设计的第一步就
是对上述器件的总功耗进行估算。
图1 功率单元电路图
（1） igbt的功率损耗一般包括通态损耗、断态损耗、开通损耗、关断损耗和驱动损耗，在估算时主要考虑通态损耗、开通损耗与
关断损耗;
每一个igbt的通态损耗:
每一个igbt的开关损耗:
（2）对续流二极管来讲，主要估算它的通态损耗与关断损耗;
通态损耗:
关断损耗:
（3）整流二极管在低频情况下的损耗功率主要为通态损耗，确定其通态功耗的简便方法是从制造厂给出的通态损耗功率与通态平
均电流关系曲线直接查出。
上述功率单元总的功耗为:
p=（pss+psw）×4+pd×6 （5）
2.3 稳态下的结温计算
结温的计算是建立在如图2所示的简化热阻等效电路的基础上
的。上述功率单元的简化热阻等效电路如图2所示。
图2 igbt的热阻等效电路图
图2中:rθ（j-c）是器件结到管壳基准点稳态热阻，由制造厂家提供，一般在数据表中给出上限值或给出瞬态热阻曲线取t→∞的稳态
值;
rθ（c-a）是管壳未通过散热器直接到空气的热阻，通常不考虑;
rθ（c-s）是管壳到散热器的触热阻，通常由制造厂家在数据表
中给出;
rθ（c-a）是散热器基准点到环境基准点的热阻，其值由散热器
形式、尺寸和冷却方式决定;
ta是环境温度。
（1）静态热阻
在热平衡条件下对于器件的热阻:
2）瞬态热阻
由于电力电子器件工作在周期性的开关状态，就需考虑其瞬态热阻所造成的结温波动是否超过最大结温。瞬态热阻反映散热途径中热载体的热阻和热容量的综合效果。瞬态热阻抗可由下式求
得:
通常处于周期性脉冲功耗负载下的平均和最大结温可以参考厂家所给出的瞬态热阻曲线来计算。如图3示出了eupc型号为
bsm400ga120dlc的igbt模块瞬态热阻曲线zthjc=f（t）。
图3 igbt模块瞬态热阻曲线
（3）稳态下的结温计算
通过上述方法分析得到整个功率单元所有的功率损耗，然后按照下式计算电力电子器件的结温或计算散热器的热阻。
同时在计算热阻时，应考虑到损耗功率的波动与负载的波动;即在考虑结温的平均值的同时，应考虑到其波动的幅度。通常情况下，
需保证在给定条件下所出现的最高结温不大于其最大定额150℃，计
算稳态结温时考虑留出5℃的裕度。
3、功率单元的散热冷却设计
功率单元中的元器件主要包括整流二极管、igbt （或igct）模块、电容、快速熔断器、母线开关器件驱动电路以及其它一些保护电路。除二极管整流模块与igbt模块（igct）外，其余元器件由于在功率单元中通过支架等方式安装，在保证足够的空间距离与必要轻微空气的对流的条件，已满足其散热要求。因此功率单元的冷却设计主要考虑二极管整流模块与igbt模块（igct）的散热要求。
功率器件的耗散功率所产生的温升需由散热器来降低，通过散热器增加功率器件的导热和辐射面积、扩张热流以及缓冲导热过渡过程，直接传导或借助于导热介质将热量传递到冷却介质中，如空气、水或水的混合液等。目前在高压变频器中常用到的冷却方式为强制空气冷却、循环水冷却、热管散热器冷却。
3.1 强制空气冷却
强制空气冷却用的散热器通常是一块带有很多叶片的良导热体,
散热器热阻（r（s-a））估算公式:式（9）中:k为散热
器热导率;
d和a分别是散热器的厚度和面积，分别以cm和cm2表示;
c是一个与散热器表面和安装角度有关的修正因子。
此式在空气温度不超过45℃时成立。
值得注意的是，散热器的制造工艺会影响到其导热系数，如铸造铝合金、挤压成型或钎焊散热器应区分考虑。同时在选配散热器时应考虑:散热器根部厚度应满足热的传导;翼片的数目与波纹在保证最大散热面积的前提下不至于产生太大的流体阻力;翼片的高度与厚度之间的比例要合理。如要保证散热有较大的裕量，增大散热器的长度是一个
较好的选择。
3.2 循环水冷却
高压变频器采用循环水冷却方式可以大大提高散热效率，使得单位功率的体积小，可极大的减小整机的尺寸。与强制空气冷却相比，散热器表面与流体的温差比较小，一方面可以提高功率，另一方面可以降低芯片的温度，提高其寿命。但采用循环水冷却方式需要有水循环与处理设备，增加了设备的复杂程度。采用该方式时，应注意为防止纯水会引起生锈与结冻，一般采用水与醇混合。混合比例会影响到冷却液的热阻，当混合比例为50%时，其热阻一般增大50%。正常情况下应保证水的流速不小于8升/分。
在高温湿热的环境中，由于空气中的相对湿度比较高，当冷却表面的温度低于露点时，水冷散热器会引起凝露现象，由此可能造成器件的绝缘破坏。因此水冷式高压变频器对环境要求要高一些。通常水的凝固点为0℃，根据标准要求，额定温差为5℃，因此工作温度不应低于5℃;同时相对湿度≤90%（25℃），相对湿度变化率应≤5%/h。
3.3 热管散热器
热管散热器是采用水或其它传热流体为冷却介质，密封在具有毛细结构的铜管内的沸腾散热器。功率器件产生的热量通过散热器传导给流体，流体汽化后扩散至整个铜管，以散热片散热冷却成水后回流到吸热面。热管散热器具有传热能力强、均温能力优良、热密度可变、无外加设备、工作可靠、结构简单，重量轻、不用维护等优点，一般适用于大功率、分立元件的场合;在一些特殊的生产工况如粉尘比较多的地方（煤矿、焦化厂、部分化工厂）可以采用热管散热器，因为可以做到整个功率变换部分的密闭性。
国内的电力电子变换器行业多年前已采用热管散热器。如df4型电传动内燃机车的电力整流柜改用热管替换原有的纯铝散热器;上海威特力焊接设备制造有限公司在400a以上的逆变焊机中每台都用热管散热器为igbt和二极管散热。但目前还未见到采用热管散热的高压变频器。考虑到上述几种散热方式，热管散热应是首选的考虑。
3.4 其它注意事项
高压变频器无论采用何种冷却方式，器件在散热器上安装时应注
意其安装位置。器件在散热器上的布局应注意以下几点:
（1）散热器的中心位置热阻最小;
（2）在同一个散热器上安装多个功率器件时，在考虑各个器件发生的损耗情况的基础上，决定安装的位置，对产生大损耗的器件应
给予最大的面积;
（3）安装模块的散热器表面，应注意螺钉位置间的平面度控制在100以内，表面粗糙度控制在10以下，表面如有凹陷会直接导致接
触热阻的增加;
（4）为使接触热阻变小，在散热器与功率元件的安装面之间应均匀涂敷散热绝缘混合剂，并施加合适的紧固力矩，使器件外壳对散热器的接触热阻不超过数据手册要求的值。
4、整机的散热与通风设计
高压变频器常风的冷却方式主要为散热器强制风冷、循环水冷却和热管冷却等。因强制风冷方式简单，不存在水冷时的凝露问题，以及热管散热器设计的复杂性，在确定合适的通风结构的情况下，一般采用此种方式。采用强制风冷方式需要在结构设计时考虑散热风道。散热风道的设计应在充分考虑单元散热的要求下，应尽量优化。常见的多电平串联方式的高压变频器，从结构上分为功率柜体、变压器柜、控制柜。功率柜风道设计通常有两种方式:串联风道和并联风道。
4.1 串联风道
串联风道是由每个功率的散热器上下相对，形成上下对应的风道，其特点由上下多个功率单元形成串联的通路，结构简单，风道垂直使得风阻小;但由于空气从下到上存在依次加热的问题，造成上面的功率单元环境温差小，散热效果差。其结构如图4所示。
图4 功率柜风道结构图
4.2 并联风道
并联风道中从每个功率单元的前面进风，对应的进风口并联排列，在后面的风仓中汇总后由风机抽出，同时整个功率柜一般采用冗余的方法，有多个风机并联运行，整体散热效果好，并提高了设备的可靠性。但柜体后面要形成风仓，增大了设备的体积，同时由于各个功率单元后端到风机的距离不同，使得每个功率单元的风流量不一
致，在设计时应加以考虑。
4.3 散热风机的选择
整个功率部分采用强制风冷的方式，需保证有足够的具有环境温度的空气源源不断地流经散热器的表面，使散热系统达到某种温度值的热平衡。在稳定的平衡状态下，根据公式:p=h×a×△t，在已确定系统耗散功率p、散热器有效表面积a与散热器表面温度与环境温度差值△t的前提下，吸热介质的对流换热系数h可以求出。美国、日本规定风机噪音不得大于65db，所以他们规定的风速为2～4m/s。因此在考虑风机选择时，应保证电力半导体器件风冷散热器3～6m/s的风速，一般即可保证h能达到要求。
5、结束语
目前高压变频器多采用强制风冷方式，但由于水冷方式和热管散热有体积小、效率高、没有污染等优点，应更新设计理念，大力推广。总之，开发和选择新型高效散热技术对高压变频器进行冷却，是提高设备可靠性和缩小设备体积的一个重要措施。
通用变频器散热系统设计
1引言
温度是严重影响一切电器元件使用寿命的关键因素，半导体器件对温度更是敏感，其所有参数定额都是以某一规定温度为前提条件的，结温过高几乎是摧毁所有半导体器件的最终原因。变频器中的电力半导体器件的散热是控制温升的重要手段[1]。通用变频器中的散热器通常要占整机体积的1/3～1/2，可见其作用非同小可。尤其是温度对变频器性能和使用寿命的影响通常是由量变到质变的缓慢过程，所以往往被人们忽略。因此，研究散热技术有利于正确、合理地设计和使用变频器，提高变频器运行的可靠性和安全性，延长使用寿命。
2变频器的常用散热方式
变频器的冷却与散热系统设计包括结构设计和冷却介质的选择两方面的内容。散热器结构的选择应考虑以下因素:辅助设备的能耗、体积和重量;装置的复杂性和操作的难易程度;以及装置的可靠性、可用性和可维护性。而冷却介质的选择则应考虑电绝缘性、化学稳定性、对材料的腐蚀性、对环境的影响和易燃性以及介质成本。
2.1空气冷却方式
常用的空气冷却方式包括“自冷”和“强迫风冷”两种(见表1。
表1冷却装置散热效率比较
(1自冷式散热器
所谓“自冷式”冷却是通过空气的自然对流及辐射作用将热量带走。这种散热器效率很低，但是由于它的结构简单、无噪音、免维护，特别是没有运动部件，所以可靠性高，非常适用于额定电流在20a以下的器件或简单装置中的大电流器件。随着半导器件价格的不断降低，有些较大容量的器件也采用自冷式散热器，尤其在冲击负载的变频器中应用更广泛。
(2风冷式散热器
风冷式散热器主要用于电流额定值在50~500a的器件[2]。风冷式散热器的特点是散热效率高，其传热系数是自冷式散热效率的2~4倍。因需配备风机，因而噪声大，容易吸入灰尘，可靠性相对降低，有一定维护量。散热器材料质量特性对散热效率有显著影响。紫铜导热系数相当于工业纯铝的2倍，在相同散热效率下，紫铜散热器的体积为铝质散热器的1/3~1/2，但由于铜的比重大，价格高，一般较少应用。在通用变频器中，几乎都是采用风冷式铝质散热器。
2.2液态冷却
液态冷却将导热系数较之气体冷却可显著提高，效率比较如表1所示。对于功率密度大的电力电子装置而言，液体冷却是最好的选择[3]。但液体冷却系统需要利用循环泵来保证冷却液在热源和冷源之间循环，以交换热量。
(1 油冷式散热器
由于油的冷却性能比空气好，同时也由于将阀体安装在油箱中可以免受环境条件的影响，具有很高的绝缘性和电磁屏蔽效果，所以曾在高压大功率电力电子装置中得到相当广泛的应用。但由于水冷系统不论从冷却效果还是环境影响方面均具有明显的优势，所以近年来油冷系统似乎已渐渐淡出高压大功率变流器领域。
(2水冷式散热器
水冷式散热器的散热效率极高，等于空气自然冷却换热系数的150～300倍。以水冷式散热器代替风冷式散热器，可大大提高器件的容量。但是，由于普通水的绝缘性较差，水中存在的杂质离子会在高电压下导致电腐蚀和漏电现象，只有在低电压(如400vdc或380vac 下，才可以采用普通水冷却。为使上述水冷系统进入高压大功率电力电子领域，必须解决冷却水的纯度和长期运行时系统的可靠性及腐蚀两大问题。
3散热器的热阻计算[4]
3.1热阻的概念
热阻表示介质传热的能力，其意义就是单位功耗所引起的温升，通常用rth表示，单位是℃/w。一般在说热阻时，需说明从某处到某处的热阻，可以分别表示。比如，从管壳到散热器的热阻(接触热阻用rthef表示，从散热器到环境空气的热阻用rthfa表示等。
3.2热路欧姆定律
当热量从a物体向它周围的b物体扩散时，a物体的温升δta等于a物体的发热功率p与从a物到b物体热阻rthab的乘积，即
δta＝p×rthab (1
pa=p1+p2+...+pn (2
3.3散热器的热阻计算
假设传到散热器上的热功耗为p，散热器的允许温升为δtfa，δtfa 为散热器温度tf与环境空气温度ta之差。由热路欧姆定律式(1就可以求出散热器的热阻rthfa为
rthfa＝δtfa/p (3
利用上述公式计算rthfa时，如果散热器上装有多只功率器件，则需要注意两点:一是需要用式(2计算总功耗，二是计算允许温升δtfa时要考虑管壳最热的一个器件，如果该器件计算允许最高结温tj，功耗为pi，则其管壳的最高温度为
tc=tj－pirthjci (4
式中，rthjci为该管芯到管壳的热阻。
根据如上所求，带入(3中，可得到准确的热阻值。
4散热器的选择
变频器散热器的种类主要分为自制散热器和铝型材散热器。自制散热器使用灵活，安装和结构设计方便，但是设计起来比较困难，尤其是热阻的计算，需要实验测试。对于铝型材散热器，厂家一般给出了实验测得的热阻曲线或者热阻参数表，安装、选用也都很方便。这种散热器在变频器中最为常用。
有效地提高散热效果，可以减小散热器的体积，降低成本，增加开关管的工作可靠性。采取以下措施可以有效地减小热阻，改善散热效率:
(1自然冷却的铝型材散热器，一般都是有风道方向的，将其竖立放置比水平放置散热效率提高15％;表面氧化发黑处理后，散热效率也能提高15％左右。
(2功率模块与散热器之间的接触热阻不仅与封装形式有关，还与是否垫绝缘材料和是否涂导热硅胶有很大关系，如表2所示。
表2各种封装的接触热阻
所以在使用功率模块时，尽量不垫绝缘垫片，并且必须涂硅油。(3接触热阻还与安装锁紧力成反比关系，所以在设计安装时，要将功
率模块锁紧在散热器上，对于多点锁紧的功率模块，各点要均匀用力，轮流逐渐锁紧，最终各点都锁紧。
(4根据变频器功耗选择适当的风机。根据经验并考虑适当裕量，每1kw功耗产生的热量，需要风机的排风量为360m3/h，而变频器的功耗为其容量的3～5%，以5%计，可得风机与容量关系为:
风机排量=变频器容量×5%×360
若变频器设计容量为45kw，
风机排量=45×5%×360=810m3/h
据此，选择排风量大于计算值的风机，如排风量为925m3/h，可选型号为w2e200-hk38-01的ebm风机。
5结束语
根据设计方案，设计的变频器在供水、供暖等行业运行可靠无故障。对于如水泥，煤炭等多粉尘行业，需要有足够的通风，并定期除尘，才能使散热系统发挥正常功能，变频器才能可靠运行，从而也才能为企业带来更多的效益。
以18.5KW变频器举例
"通常散热器的设计分为三步
1:根据相关约束条件设计处轮廓图。
2:根据散热器的相关设计准则对散热器齿厚、齿的形状、齿间距、基板厚度进行优化。
3:进行校核计算"
变频器发热主要是来自功率模块IGBT和整流桥，必须通过散热器导热，采用自然风冷或强迫风冷将热量散发出去。
“散热器冷却方式的判断
对通风条件较好的场合：散热器表面的热流密度小于0.039W/cm2，可采用自然风冷。
对通风条件较恶劣的场合：散热器表面的热流密度小于
0.024W/cm2，可采用自然风冷。
对通风条件较好的场合，散热器表面的热流密度大于0.039W/cm2而小于0.078W/cm2，必须采用强迫风冷。
对通风条件较恶劣的场合：散热器表面的热流密度大于
0.024W/cm2而小于0.078W/cm2，必须采用强迫风冷”
注：“ ”中的文字是转摘来的，不知道依据，也不太理解。
以下同，不再说明！
“自然冷却散热器的设计方法
考虑到自然冷却时温度边界层较厚，如果齿间距太小，两个齿的热边界层易交叉，影响齿表面的对流，所以一般情况下，建议自然冷却的散热器齿间距大于12mm，如果散热器齿高低于10mm，可按齿间
距≥1.2倍齿高来确定散热器的齿间距，一般齿间距=<1/4的散热器高度”
变频器首先按照模块放置要求，预先确定外形尺寸为宽*长*
厚 260*220*50
先看看自然风冷，按照上述原则，选择镇江长虹散热器有限公司的DY-V系列散热器，见下图
[ 本帖最后由 xjxhzj 于 2007-1-26 08:51 编辑 ]
图片附件: 型材散热器图.gif (2007-1-24 15:27, 5.51 K
变频器发热量为额定功率P的 5%-6%
18.5kw变频器发热量计算
Q热=6%P=6%*18.5=1.11(kw=1110(W
P为变频器额定功率
型材散热器表面积计算
A=UL
式中：U 散热器翅片横截面的周长， cm
L 散热器的长度，cm
A=2422.5209*220*10-2=5329.545(cm2
散热器表面的热流密度 Q热/ A =1110/5329.545 =0.208 (W/ cm2>= 0.039W/cm2
计算出来的散热器表面的热流密度，远大于限制的0.039W/cm2，就
算加长加厚散热器，增大表面积，也远远不够，所以不能采用自然风冷，要采用强迫风冷
散热器的布置见下图
[本帖最后由 xjxhzj 于 2007-1-24 16:17 编辑]
图片附件: 散热器布置示意图.gif (2007-1-24 16:17, 13.63 K
也有将散热器热阻RTf来作为选择散热器的主要依据。Tj、RTj是半导体器件提供的参，P是耗散功率，RTc可以从热设计专业书籍中查到。下面介绍一下散热器的选择。
（1）自然冷却散热器的选择
首先按以下式子计算总热阻RT和散热器的热阻RTf，即：
RT=(Tjmax-Ta/Pc
RTf=RT-RTj-RT。
算出RT和RTf之后，可根据RTf和P来选择散热器。选择时，根据所选散热RTf和P曲线，在横坐标上查出已知P，再查出与P对应的散热器的热阻R'Tf。
按照R'Tf≤RTf的原则选择合理的散热器即可。
（2）强迫风冷散热器的选择
强迫风冷散热器在选择时应根据散热器的热阻RTf和风速来选择合适的散热器。”
又有见
“1. 概念
(1 元件工作结温Tj：即元件允许的最高工作温度极限。本参数由制造厂提供，或产品标准强制给出要求。
(2 元件的损耗功率P：元件在工作时自身产生的平均稳态功率消耗，定义为平均有效值输出电流与平均有效值电压降的乘积。
(3 耗散功率Q：特定散热结构的散热能力。
(4 热阻R：热量在媒质之间传递时，单位功耗所产生的温升。
R = ΔT / Q
2. 散热器的选配
设环境温度为Ta。散热器的配置目的，是必须保证它能将元件的热损耗有效地传导至周围环境，并使其热源＿即结点的温度不超过Tj。用公式表示为
P < Q = ( Tj - Ta / R ①
(当然，热量的消散除对流传导外，还可辐射。在后面讨论
而热阻又主要由三部分组成：
R = Rjc + Rcs + Rsa ②
Rjc：结点至管壳的热阻；
Rcs：管壳至散热器的热阻；
Rsa：散热器至空气的热阻。
其中，Rjc与元件的工艺水平和结构有很大关系，由制造商给出。
Rcs与管壳和散热器之间的填隙介质（通常为空气）、接触面的粗糙度、平面度以及安装的压力等密切相关。介质的导热性能越好，或者接触越紧密，则Rcs越小。
(参考值：我厂凸台元件的风冷安装，一般可考虑Rcs≈0.1Rjc
Rsa是散热器选择的重要参数。它与材质、材料的形状和表面积、体积、以及空气流速等参量有关。
综合①和②，可得
Rsa <〔( Tj - Ta / P〕- Rjc - Rcs ③
上式③即散热器选配的基本原则。
一般散热器厂商应提供特定散热器材料的形状参数和热阻特性曲线，据此设计人员可计算出所需散热器的表面积、长度、重量，并进一步求得散热器的热阻值Rsa。”
此种方法没试过，因为具体到某种型号的散热器的性能曲线，不容量获得。
既已采用强迫风冷，就要选择风机
“设定肋基温度为+80℃，用整机的高温环境温度+50℃作为进口空气温度，设定出口空气温度为+60℃，定性温度为tf =(60+50/2=55℃
强制风冷所带走的热量大约是总损耗功率的90%，其余10%主要靠电源外壳向外的热辐射以及自然对流散掉”
通风量的计算
Q热'=Cp*ρ*Q风*Δt
Q风=Q热*60/(Cp*ρ*Δt
式中： CP 空气的比热（J∕kg?℃）1005J/(kg?K；
ρ空气的密度（kg/m3） 1.06kg/m3；
Q风通风量（m3∕min）；
Q热' 风机带走的热量（W）， Q热 *90%；
△t 空气出口与进口温差（℃）一般是10℃-15℃；不知道此依据是什么
Q风=Q热'*60/(Cp*ρ*Δt=90%*Q热*60/(1005*1.06*△t=0.051*Q 热/△t=0.051*1110/10=5.66 (m3/min
上式 Q风=0.051*Q热/△t变化一下 Q风=0.051*P机
*60/△t=3.06*P机/△t 式中 P机为变频器额定功率，kw
是我常用的公式，作为计算所需风量的依据，个人以为△t取10偏低，理论风量太大，实际上也没有测量过
正好手头有一本科畅公司的风机说明书，上有风量计算公式，Q风
=1.76P/(t2-t1 (CFM英尺3/min =0.05P/(t2-t1 (m3/min
举有一例： Air Flow=1.76*1000/(59-20=45(CFM (发热量1000W，
高压变频器冷却方案 由于变频器本体在运行过程中有一定的热量散失，为保证变频器具有良好的运行环境，需要为变频器室配备一套独立的冷却系统。综合冷却系统的投资和运营成本、设备维护量、无故障运行时间，现提出以下三种冷却系统解决方案： 一、空调密闭冷却方式 1.1系统介绍 为了提高高压大功率变频器的应用稳定性，解决好高压变频器环境散热问题。目前常用的办法是：密闭式空调冷却。该方法主要是为高压变频器提供一个固定的具有隔热保温效果的房间，根据高压变频器的发热量和房间面积大小计算出空调的制冷量，从而配备一定数量的空调。 采用空调冷却时，房间的建筑面积过大会增加空调冷却负荷。同时，由于变频器排出的热风不能被空调全部吸入冷却，因此，造成系统运行效率低，造成节约能源的二次浪费。变频器室内的冷热风循环情况如下图所示。 变频器从柜体的正面和后面吸入空气，经柜顶风机将变频器内部的热量带走排到室内。从而在变频器室上部形成一个温度偏高、压力偏高的气旋涡流区，在变频器的正面部分形成一个偏负压区。在运行中，变频器功率柜正面上部区域实际上是吸入刚排出的热风进行冷却，形成气流短路风不能达到有效的冷却效果。空调通常采用下进上出风结构，从而与变频器在一定程度上形成了“抢风”现象，这就是“混合循环区”。在这个区域变频器吸入的空气不完全是空调降温后的冷空气，空调的降温处理也没有把变频器排出的热空气全部降温，从而导致了整个冷却系统的运行效率不高。 变频器自身是节能节电设备，而通常采用的空调式冷却则造成能源的二次浪费。这种情况在大功率、超大功率的变频应用系统中更加明显。 1.2空调技术特点
a)高效制冷 b)广角送风，室温均匀舒适 c)防冷风设计，送风舒适 d)独立除湿 e)低温、低电压启动 f)室外机耐高温运转 g)室内密闭冷却 h)防尘效果好 i)运行成本高
第2章 ABB ACS800硬件组成 ABB用R2，R3…直到R8来标记不同的外形规格、技术数据和尺寸图，外形规格不标在传动单元的型号标签上。传动单元的外形规格请参见选型手册技术数据章节的等级表一栏。 ACS800-01 ACS800-04 R2~R6 R7~R8 变频器由以下基本单元组成 1 整流单元
● 2 储能单元 ● 3 逆变单元 ● 4 制动单元 ● 5 控制单元 一整流单元 整流器与供电电网相连，将三相交流电整流为直流电，为中间直流环节提供能量。能量既能从电网流向直流环节，又能从直流环节流向电网。 ? 1 二极管整流 ? 2 二极管+晶闸管整流 ? 3 晶闸管反向并联整流 ? 4 IGBT整流
二储能单元 ? 1 电容储能 ? 2 电感储能 三逆变单元 ?IGBT 四控制单元
RDCU-02C或RDCU-12C RMIO-01C或RMIO-11C RMIO-02C或RMIO-12C 1功率板 AINP+AINT+APOW+AGDR-------R7，R8 + + AINP-01C AINT-02C APOW-01C + = RINT
AGDR-71C 2电路板连接图 主电路：完成对电机提供驱动功率的变换过程 电路板: 控制电路完成计算，通讯，数据采集和电机控制等功能。 3 诊断和控制盘接口板(ADPI) 板上有控制盘的连接座，红色指示灯和绿色指示灯，每个模块可以并联两块这样的电路板(用于平板式安装和书架式安装)，控制盘即插即用，两个控制盘不能同时工作。
4 电机控制和I/O 板(RMIO-02C或RMIO-12C) 5 ACS800-04主电路板(AINT) 它的功能包括：
变频器的散热方式介绍 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。 1、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范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。如图1b所示。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。 2、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25mm×25mm×10mm；日本SANYO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。 3、液冷散热 水冷是工业液冷方式中较常用的一种方式，如图3所示。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
变频器设计方法 一、变频调速系统设计的一般 性方法 （一）变频调速系统设计的内 容和步骤 变频调速系统设计的主要内容 和步骤如下： （1）控制系统总体方案设计， 明确系统的总体要求及技术条件。包括系统的基本功能、控制方案选 择以及性能指标（响应时间、稳态 精度、通信接口）等； （2）设计主电路拓扑结构，选 定逆变器件类型； （3）确定控制策略和控制方式； （4）选择主控制芯片； （5）选择各物理量的传感器和检测电路； （6）系统硬件设计，包括主电路模块、驱动与保护电路，与CPU 相关的电路、外围设备、接口电路、逻辑电路及键盘显示模块； （7）系统软件设计，包括应用程序的设计、管理以及监控程序的设计； 图4-25 变频调速系统的研发过程
（8）在各单元软硬件调试合格的基础上，进入系统实验与统调阶段。 变频调速系统的研制开发过程如图4-25所示。 （二）变频调速系统总体方案的确定 确定变频调速系统总体方案是设计系统的第一步。总体方案直接影响整个控制系统的投资、性能品质及实施难度。确定控制系统的总体方案必须根据实际应用的要求，结合具体被控对象而定。但在总体设计中还是有一定的共性，大体上可以从以下几个方面考虑。 1.选择主电路拓扑结构根据系统容量的大小以及实际要求选择合理的变频调速系统主电路拓扑结构。20世纪80年代以来，以GTO、BJT、MOSFET为代表的自关断器件得到长足的发展，尤其是以IGBT为代表的双极型复合器件的惊人发展，使得电力电子器件正沿着大容量、高频率、易驱动、低损耗、智能模块化的方向迈进。伴随着电力电子器件的飞速发展，逆变器主电路的结构也日趋多样化。 （1）普通三相变频器通常也称为二电平变频器，即第二章中所讲的交-直-交型变频器，这种拓扑结构比较简单，为了获得大功率可采用器件的串并联来实现。 （2）交-交变频电路普通二电平逆变器直流侧电压通常由交流电整流获得，因为存在直流环节，所以逆变器效率不高，主电路相对复杂。而交-交直接变频电路省去中间直流环节一次功率
4.9 对高压变频的要求 海水淡化高压泵电动机＞200kW，供电电源为6kV。海水淡化高压泵要求设置一对一变频控制柜，即每台电动机配置一套变频器。高压泵电动机需要为专用变频电动机。卖方需提供接线系统图。变频器设备选用合资及以上产品。4.9.1 高压变频一次原理图及运行控制方式 变频器采用自动一拖一方式。一次原理图如下： 一次回路图说明： QS1、QS2为刀闸隔离开关。 KM1、KM2、KM3为固定式真空接触器。 PT为电压互感器。 QS1、QS2与KM1、KM2联锁，即QS1、QS2断开时，KM1、KM2合不上。 KM3和KM2互锁，KM3和KM1不互锁。KM3和KM2不能同时闭合。 自动变频切换工频过程：电机变频运行时，变频器接收到“变频切工频”的信号后，断KM1、KM2，然后合KM3，电机工频运行。 自动工频切换变频过程：电机工频运行时，变频器接收到“工频切变频”的信号后，合KM1，再断KM3，最后合KM2，电机变频运行。 检修变频器时断隔离刀闸QS1、QS2。 卖方变频装置以及其配套的电气/电子设备须满足在室内环境温度－5℃~40℃条件下无空调长期安全可靠运行，且运行参数保持额定值。且要充分考虑防尘、防雨、散热等措施。 4.9.2 高压变频器基本技术要求 4.9.2.1 高压变频器及附属设备的寿命不低于20年；其元器件或部件等易损坏，卖方保证使用寿命不低于100000小时。 4.9.2.2卖方必须保证满足买方提出的高压变频器技术性能指标，并能在第2节各
条指明的环境下长期安全运行。 4.9.2.3变频器设备效率率应≥96%，满足6.1.13中的要求。 4.9.2.4变频装置整个系统必须在出厂前进行整体测试,以确保整套系统的可靠性。 4.9.2.5为提高设备可靠性，减少变频器内元件数量，应采用高压大功率的功率半导体元器件，并且功率元器件采用不串不并的单管结构。卖方应提供最新型号的变频装置，并详细说明结构（包括元器件型号、隔离变结构及绝缘）以及主要元器件的供应商、产地。 4.9.2.6在20-100%的调速范围内，变频系统在不加任何功率因素补偿的情况下输入侧功率因素必须大于0.95。 4.9.2.7变频装置I/O可根据用户的要求进行参数化。 4.9.2.8变频装置对输出电缆的长度不应有任何要求，变频装置必须保护电机不受共模电压及dV/dt应力的影响。 4.9.2.9为减少设备环节，增加系统的高可靠性，变频器内部一次回路必须为无熔断器设计；直流回路必须采用无需定期更换的长使用寿命的电容器。 4.9.2.10变频装置输出必须符合IEEE 519 1992及中国供电部门对电压失真最严格的要求，高于国标GB14549-93对谐波失真的要求。变频装置对电网反馈的谐波要求也必须符合IEEE 519 1992及中国供电部门对电压失真最严格的要求，高于国标GB14549-93对谐波失真的要求。 4.9.2.11 6kV电源的瞬间闪变应不会导致变频装置的停机，凝泵应能承受1秒钟瞬时断电不停机。卖方变频器具有掉电3秒不停机的功能、掉电20秒内来电自启动功能和转速跟踪功能 4.9.2.12 变频装置输出波形不会引起电机的谐振，转矩脉动小于0.01％，变频器可自动跳过共振点。 4.9.2.13变频器效率应达到98%以上，变频装置整个系统的效率（包括输入隔离变压器等）必须达到96%以上。
变频空调电子散热仿真优化设计 发表时间：2019-09-10T09:56:03.813Z 来源：《当代电力文化》2019年第09期作者：李军 [导读] 以某款变频空调室外机为研究对象，在不改变室外机的整体结构前提下，利用CFD模拟手段进行电子散热仿真分析并进行优化设计，经实验方案验证，最终找到优化计算办法。 广东美的制冷设备有限公司广东佛山 528311 摘要：为节约开发成本，缩短开发周期，更好满足市场需求，本文以某款变频空调室外机为研究对象，在不改变室外机的整体结构前提下，利用CFD模拟手段进行电子散热仿真分析并进行优化设计，经实验方案验证，最终找到优化计算办法。 关键词：变频空调；电子散热；CFD；优化 1 变频空调的工作原理及特点 1.1 变频空调的工作原理。变频空调以其高性能、高技术获得空调行业和用户的认知，众所周知的传统空调一定频空调是在220V、50Hz的条件下工作的，而变频空调是根据变频器改变压缩机的供电频率。变频空调的启动电压较小，可在低电压和低温度条件下启动，可根据室内环境温度，来调节压缩机的转速进而调节制冷量，达到人们所要求的舒适环境。针对一些电压不稳定或冬天室内温度较低而空调难以启动的地区情况，变频模式有一定的改善作用。通过压缩机的无级变速，可满足更大面积的制热、制冷需要。变频空调还分为交流变 频和直流变频之分，交流变频就是根据室内温度和自己所设定的温度差值通过控制器处理产生频率信号，控制电路产生电压加载到压缩机的电机上，改变压缩机的转速，来达到调整压缩机的制冷量实现最终目的。直流变频是改变电压提高永久磁铁转子的转速，通过调节压缩机转子的转速以实现制冷、制热。 1.2 变频空调的特点。空调耗电量一直是人们关注的问题，从理论上讲变频空调较省电，可根据室内温度的变化进行压缩机转速的调整，但实际看来，当变频空调与普通空调开启时未达到室内要求温度时，两者皆会以最大功率运行，然而变频空调的电路较复杂，可能会更浪费电。变频空调采用新技术与传统空调相结合，进一步提高空调性能，具有更强的舒适性，可以及时进行负荷变化的调整，同时具有高效节能的特点。对于人们所关注的噪音问题，变频空调采用双转子压缩机，降低了回旋的不平衡度，使震动减小，从而解决了噪声的问题。同时变频空调对电压环境要求低，具有良好的温控精度，调温速度快，制冷能力好等优点。缺点是价格比较昂贵，由于变频空调的系统较复杂，对元件要求高，所以发生故障的几率也较大，技术还不够完整，可靠性不够。不同于国外，国内用户对变频空调的使用习惯有所不同，国内较少时间的使用空调，并且电费也比较昂贵，然而欧美国家的电费相对便宜，他们可以长时间使用变频空调，使变频的性能达到最好状态。 2 ＣＦＤ仿真计算及验证 本文以某款分体式变频空调室外机的主要电子散热元件及与之相关的散热器为研究对象，运用先进的CFD方法，并结合相关实验测试的方法，进行计算及详细的对比，验证仿真计算的准确性，并对散热器方案进行仿真优化设计。 2.1 仿真模型建立。首先通过ＣＦＤ仿真软件进行三维定常数值模拟计算，本文主要仿真对象是变频控制上的四款发热量较大的发热元件，为简化及统一，在此用发热元件１、发热元件２、发热元件３、发热元件４表示。而控制器上的其他热损耗小的电子元件则忽略不计，强制对流散热的风道也做了相应简化设计， 在进口给定环境边界条件及风速、出口仅给定环境边界条件。图１是仿真计算建立的三维模型，图２是该款变频室外机的散热片示意图。
摘要 使异步电动机实现性能好的调速一直是人们的理想,过去如变极调速、绕线转子异步电动机转子回路串电阻调速均属于有级调速；而调压调速虽能平滑调速,但调速范围不大,耗能多,仅限于小功率,无法和直流调速系统相比。随着新技术、新理论的不断发展,变频调速技术应运而生,其控制方式完全可以和直流调速系统相媲美。因此变频器的应用日益广泛，变频器性能的优劣直接影响着电机的运行特性，所以如何提高变频器的优化控制成为变频技术的关键。在变频调速中关键的一项就是控制端SPWM波的产生,它不仅要求电压和频率变化呈线性关系,而且要求输出波形尽可能接近于正弦波,特别是对于一些性能指标要求较高的全控型开关器件如IGBT等,其开关频率很高,因此就要求SPWM波发生器要达到一定的开关频率,基波频率也要求相对较高。为了解决这个问题,可以利用SLE4520这块集成芯片,来生成满足要求的SPWM波。本设计就是利用AT89C51单片机作为控制主机，与三相PWM集成芯片SLE4520配合工作，设置一种SPWM波生成的算法，通过单片机的定时模块产生脉冲，并将其送入SLE4520中，最后将SPWM脉冲送至逆变桥臂上下的IGBT中来控制逆变电路。本设计的优势在于可以通过键盘/显示来进行变频器的智能控制。在不同的工作状态下，可以显示不同的数据，再配合上各种故障保护电路，可以使得变频器安全的工作。 关键词：SLE4520 单片机 SPWM脉冲
ABSTRACT To achieve good performance asynchronous motor speed is ideal, such as speed regulating pole change motor rotor asynchronous and winding speed rotor circuit resistance of all belong to have stepless speed regulation, And although speed regulating speed can be smooth, but not more than energy-consuming, speed limits, only small power, compared with dc speed control system. With the new technology, the new theory of frequency conversion technology unceasing development, the control mode, and can completely Dc speed control system. But in the frequency conversion control is one of the key is the wave of SPWM not only requires the voltage and frequency variation, and the requirements of a linear relationship between output waveform in sine as close as possible, especially for some performance index to demand higher all-controlling switching device IGBT etc, such as the high frequency switching, so requires SPWM wave generator to reach a certain switching frequency wave frequency also require relatively high. In order to solve this problem, you can use SLE4520 this integration chip, to meet the requirements of SPWM wave generated.This design is to use AT89C51 as host, and three-phase PWM control SLE4520 integrated chips, setting an SPWM wave generated by MCU timing algorithms, and will produce pulses module to SLE4520, finally will SPWM inverter pulse to bridge the arm upper-and-lower IGBT inverter circuits to control. The design of the keyboard/strengths can display for converter intelligent control. In different working conditions, can show the different data, combined with the various fault protection circuit, can make the job security. Keywords：SCM（Single Chip Microcomputer）SLE4520 SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)
变频器散热片 1 引言 变频器作为一种变流器在运行过程中要产生一定的功耗。由于使用器件不同，控制方式不同，不同品牌，不同规格的变频器所产生的功耗也不尽相同。资料表明变频器的功耗一般为其容量的4~5%。其中逆变部分约占50%，整流及直流回路约40%，控制及保护电路为5~15%。10℃法则表明当器件温度降低10℃，器件的可靠性增长一倍。可见如何处理变频器的散热，降低温升，提高器件的可靠性，从而延长设备的使用寿命，更好的服务于社会是多么重要。字串7 2 散热方式的分类 变频器的散热分为以下几种:自然散热，强迫风冷，水冷。 2.1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范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方式(后面将论述)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。 2.2 强迫风冷 强迫风冷是普遍采用的一种散热方式。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DELTA CPU风扇体积只有25mm×25mm×10mm;日本SANYO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。强迫风冷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
一、概述 高压变频器调速系统是将变频调速技术应用于大功率高压电机调速的一种电力换流装置，是国家大型设备节能技术改造及建设推广项目，应用范围广泛，应用高压变频调速器能大幅度降低电机的电耗，其节能效果一般在30%以上，具有明显的节能与环保效益，对提高企业的能源利用率，延长设备的使用寿命，减少设备运行费用与设备维护费用，确保用户的用电质量与用电可靠性，能起到极大的促进作用。在社会积极倡导各行业节能、减排的今天，甲方同时也做出积极地响应。甲方对现场控制对象（高惯量风机）提出的高性能控制装置高压变频器无疑就是其中的一例。根据现场使用情况、工艺要求，利用选用优良的大功率、高电压变频控制装置，不但可以调节电机的转速、转矩充分发挥其电气机械特性，而且可以更大程度上为钢厂、社会节能同时能够获得的更大的经济效益。本系统方案就是给现场高惯量风机选择一款综合性能较好的高压变频器。 二、被控设备基本参数、工作环境、电网情况 1、风机： 型号：Y5-2*48N026.5F 流量：700000m3/h 转速：965r/min 转动惯量：23000kg/m3 2、驱动电机： 型号：YBPK710-6 额定功率：2240KW 额定电压：6KV 额定电流：261A 变频运行：电动机Y型接法效率：96.0% 功率因素：0.86 绝缘等级：F 3、设备现场环境情况： 温度：0-40℃湿度：≤95%，不凝露 4、10KV电网情况 额定电压：10KV 正常电压波动范围：+/-10% 额定频率：50HZ 频率变化范围：+/-10% 三、高压变频器控制方案及选择 交流变频调速技术是现代化电气传动的主要发展方向之一，它不仅调速性能优越，而且节能效果良好。实践证明，驱动风机、水泵的大、中型笼型感应电动机，采用交流变频调速技术，节能效果显著，控制水平也大为提高。目前，变频调速技术已广泛应用于低压（380V）电动机，但在中压（3000V以上）电动机上却一直没有得到广泛应用，造成这种情况的主要原因是目前在低压变频器中广泛应用的功率电子器件均为电压型器件，耐压值基本都在1200-1800V，研制高压变频器难度较大，为了攻克这一技术难题，国内外许多科研机构及大公司都倾注大量人力物力进行研究，工业发达国家高压变频器技术已趋于成熟，国外几家著名电器公司都有高压大容量变频器产品，典型的如美国A-B（罗克韦尔自动化公司所属品牌）、欧洲的西门子公司、ABB 公司等。这些公司产品的电压一般为3-10kv，容量从250-4000kw，所采用的控制方式、变流方式及其他方面的关键技术也有很大差别。 A-B 从1990 年研制成功并开始投入商业运行的变频器主要采CSI-PWM技术，即电流源逆变-脉宽调制型变频器，采用电流开关器件，无需升降压变压器即可以直接输出6KV 电压，分强制风冷和水冷型，功率从300 到18000 马力，至今已经应用于多个行业上千台应用记录。是最有影响力，最为广泛接受的中压变频技术。美国罗宾康公司采用大量低压电压型开关器件，配合特殊设计的多脉冲多次级抽头输出隔离整流变压器，同样能够实现输出端直接6 千伏输出，由于是大量低压元件串接，故被称之为多极化电压性解决方案。西门子公司和ABB 公司分别采用中压IGBT 和IGCT 器件，是典型的电压型变频器。器件耐压等级为4160/3300V，直接输出电压最高达3300V。所以国内也有将此种方案称为高中方案，对应的将6KV-6KV（如A-B 方案）称为高高方案。中压变频器的发展和广泛应用是最近十几年的事情，相比之下低压变频器的应用却已经有超过二十年的时间。在中压变频器大面积推广应用之前，也出现了另外一种方案。即采用升降压变压器的“高-低-高”式变频器，
逆变器IGBT损耗计算及冷却装置设计_白保东
逆变器中IGBT模块的损耗计算及其散热系统设计_杜毅
逆变焊机中IGBT散热及过热保护技术的研究_任志远 IGBT满负荷工作时,将产生较高的功率损耗密度。散热器设计要求将IGBT功耗转化的热量迅速而可靠地从基板传送到散热器上散掉,确保IGBT的最高工作结温Tj不超过最高允许温度125℃。散热能力越强,器件所能承受的功率就越大,而器件的散热能力取决于它的热传导特性。为了更清楚地说明IGBT散热器的设计,介绍以下几个表达式。 根据逆变焊机长时间大电流工作的情况,选定最恶劣情况时的环境温度TA和IGBT额定功耗P,从上式可求得所设计的散热器到周围空气的热阻QαA,而Qjc和Qcs都是确定的。从散热器手册中根据求得的热阻QαA选定散热器的尺寸和散热面积。为减小热阻,通常在IGBT模块基板与散热器界面之间涂上导热硅脂,外加轴流风机来帮助散热,提高IGBT的耗散功率。
变频器中的IGBT模块损耗计算及散热系统设计_胡建辉 变频器散热系统的设计包括三个方面，首先根据负载情况求取功率器件的损耗，并预取散热器热阻，然后通过热阻等效电路求取散热器与功率器件各点的温度，最后根据各点的温升，以及实际环境条件，确定最终的散热方案 3.1 散热系统的热阻等效电路 本文采用热阻等效电路的形式分析散热系统热阻，将散热系统的损耗功率等效为电流源，热阻产生的温差等效为电压，热阻等效为电阻，如图1 所示。
目前技术条件下，常规的IGBT散热方式主要有3种：肋片散热、热管散热和液冷散热，其中肋片散热和热管散热主要采用强迫风冷的方法，而液冷散热主要采用液体（水与乙二醇的混合物）循环系统冷却。肋片散热器结构紧凑，体积适中，导热稳定，但需要附带辅助风道，对风机性能要求较高，且风机在运行时容易产生严重的噪声污染；而热管散热器体积较大，结构笨重，安装和拆卸困难，但散热能力较肋片散热器要好。相比之下，液冷散热器的散热能力最强，但需要附带复杂的冷却液循环系统，同时对系统密封性要求甚高，一旦散热器或者管道出现冷却液泄漏将会造成主变流器电气短路等严重后果。一般对于单个IGBT模块 而言，在发热量小于900 W时可选用肋片散热，900～1 200 W时可选用热管散热，大于1 200 W时应选用液冷散热。 以铝肋片散热器为例建立工程传热学模型，取散热器基板厚度b=18 mm，设肋片表面风速v=10 m/s，肋片长度l=0.14 m，IGBT的最高结温为125℃，为了保证IGBT 正常工作，其基 板温度应控制在85℃以下，故设
高压变频器技术要求_
XXX矿高压变频器技术要求 一、使用条件 1.环境温度范围： 0℃～40℃ 2.海拔高度：≤1000m 3.相对湿度范围：≤95% 4.运行地点无导电及易爆尘埃，无腐蚀金属和破坏绝缘的气体或蒸汽。 5.电网情况：额定电压10000V±10%，额定频率50HZ±5% 6.额定功率：2×630kW 7.控制电机功率：2×450kW 8.象限数：二象限 9.拖动方式：采取一拖一 二、供货范围 高压变频器供货范围 高压变频器的主要和辅助设备的设计、制造、检查、试验等必须遵守下列标准的最新版本，但不仅限于下列标准。 GB 156-2003 标准电压 GB/T 1980-1996 标准频率
GB/T 2423.10-1995 电工电子产品基本环境试验规程振动（正弦）试 验导则 GB 2681-81 电工成套装置之中的导线颜色 GB 2682-81 电工成套装置之中的指示灯和按钮的颜色GB 3797-89 电控设备第二部分：装有电子器件的电控设备GB 3859.1-93 半导体电力变流器基本要求的规定 GB 3859.2-93 半导体电力变流器应用导则 GB 3859.3-93 半导体电力变流器变压器和电抗器 GB 4208-93 外壳防护等级的分类 GB 4588.1-1996 无金属化孔单、双面印制板技术条件 GB 4588.2-1996 有金属化孔单、双面印制板技术条件 GB 7678-87 半导体自换相变流器 GB 9969.1-88 工业产品使用说明书总则 GB 10233-88 电气传动控制设备基本试验方法 GB 12668-90 交流电动机半导体变频调速装置总技术条件 GB/T14436-93 工业产品保证文件总则 GB/T15139-94 电工设备结构总技术条件 GB/T13422-92 半导体电力变流器电气试验方法 GB/T 14549-93 电能质量公用电网谐波 IEEE std 519-1992 电力系统谐波控制推荐实施 IEC1800-3 EMC传导及辐射干扰标准 IEEE519 电气和电子工程师学会 89/336EC CE标志 GB 12326 电能质量电压允许波动和闪变 GB/T 14549 电能质量公用电网谐波 GB 1094.1~1094.5 电力变压器 GB 6450 干式变压器 GB/T 10228 干式电力变压器技术参数和要求 GB17211 干式电力变压器负载导则 GB311 .1 高压输变电设备的绝缘配合 DL/T 620 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 四、变频器主要技术要求 1、变频器自带防谐波干扰电网装置，变频器输入侧对电网的谐波污染，在电机的整个调速范围内，必须满足GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》及IEEE519-1992国际标准的规定。变频器应对本体控制系统无谐波影响，如使用多脉冲整流器，整流桥脉冲数必须≥12脉冲。 2、变频器要求采用直接高-高形式，不能采用高-低-高形式，不允许有输出升压变压器，10kV输入，10kV直接输出单元串联多电平电压源形式。 3、2台变频器，需要采用主从控制方式，具有负载出力平衡功能，要求负载不平衡度小于5%。 4、变频器要求采用无速度传感器的矢量控制，同步误差率≤5%，具有启动转矩大的特点，可以重载启动皮带；低速特性好，可以低速验带；过载能力强，要求变频器具有相对电机150%60s/10min的过载能力。
散热器尺寸设计计算方法 判断依据：() Q h A T T h a 其中Q：散热器换热量，W h：散热器与空气的表面对流换热系数，W/(m2*K) A：散热器表面积，m2 T：散热器平均温度，℃ h T：空气温度，℃ a 一．自然冷却 对流换热量 1．散热器与空气的表面对流换热系数h的计算： 自然冷却，h可以近似取 5 W/(m2*K) 2．散热器表面积A的计算： 散热器的表面积可近似为翅片的表面积 A d h n 2 其中 L：散热器长度 d：翅片高度 n：翅片个数 3．空气温度a T取45℃。 4．散热器平均温度h T的计算 自然冷却时，散热器均稳性能较好，在环境温度为45℃时，我司测试标准为散热器NTC最大温升45℃，此时散热器的平均温升约40℃，,取5℃的安全余量，散热器平均温度75℃。 则散热器的对流换热量5235 Q L d n
辐射换热量 对于表面未做处理的散热器辐射换热量约为对流换热量的25%。 则散热器的总换热量为 1.255235437.5 Q L d n L d n 对于表面做镀黑处理的散热器辐射换热量约为对流换热量的40%。 则散热器的总换热量为 1.45235490 Q L d n L d n 5．模块功耗Q的计算：可近似用变频器功率*%作为模块的功耗。 结论：通过计算的Q与实际模块的损耗值P进行对比，如果超出很多说明散热器的设计冗余较大。 二．强迫风冷 1.散热器与空气的表面对流换热系数h的计算： 对于直径120mm以下尺寸轴流风机h可近似取30 W/(m2*K) 对于直径120mm以上尺寸轴流风机h可近似取45 W/(m2*K) 对于大型离心风机，h可近似取60 W/(m2*K) 2.散热器表面积A的计算： 散热器的表面积可近似为翅片的表面积 2 A L d n 其中L：散热器长度 d：翅片高度 n：翅片个数 3.空气温度a T取45℃。 4.散热器平均温度h T的计算 强迫风冷时，散热器均稳性能较差，在环境温度为45℃时，我司测试标准为散热器NTC最大温升45℃，此时散热器的平均温升约30℃，取5℃的安全余量，散热器平均温度升25℃，此时散热器温度为70℃。
1通用变频器的硬件电路设计 1.1通用变频器的总体设计 本设计的系统以TI公司的TMS320LF2407A为控制核心，由主电路、系统保护电路和控制电路组成，其总体设计图如图3.1所示。 图1.1 基于DSP的通用变频调速系统总体设计图 其中主电路部分由整流电路、滤波电路、逆变电路(IPM)和IPM驱动电路与吸收电路组成。其工作原理是把单相交流电压通过不可控整流模块变为直流电压，整流后的脉动电压再经过大电容C1，C2平滑后成为稳定的直流电压。IPM逆变电路对该直流电压进行斩波，形成电压和频率均可调的三相交流电，提供给电机。
系统保护电路包括过压、欠压保护、限流启动、IPM故障保护与泵升控制等。过压、欠压保护是利用电阻分压采集母线电压，与规定值相比较；限流启动是由于开启主回路时，大电容充电瞬间引起的电流过大，这样可能会损坏整流桥，因此在主回路上串联限流电阻R1，当电容电压达到规定值时，启动继电器把R1短路，主回路进入正常工作状态；IPM故障保护是IPM内部集成的各种保护功能，包括过电流保护功能、短路保护功能、控制电源欠电压保护和管壳及管芯温度过热保护。把上述各种故障信号进行综合处理后形成总的故障信号送入DSP(TMS320LF2407A)的PDPINTA故障中断入口，进而封锁DSP的PWM波输出。 控制电路包括DSP最小系统电路、频率输入电路、光耦隔离电路等。最小系统由DSP本身和外扩的数据SRAM、程序SRAM、复位电路、晶振、译码电路、电源转换电路和仿真接口JTAG电路组成，仿真接口JTAG电路是为了实现在线仿真，同时在调试过程装载数据代码和程序代码；频率输入电路可以设置系统要输出的SPWM波的频率；光耦隔离电路是为了把DSP输出的弱电信号和主电路的强电信号进行可靠隔离。 1.2主电路的设计
变频器安装方案集团标准化小组：[VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN]
温州市综合材料生态处置中心 焚烧、固化及附属设施设备安装及调试项目 变频器施工方案 编制： 审核： 批准： 上海灿州环境工程有限公司、中易建设有限公司（联合体） 二0一五年10月 目录 1、适用范围 2、施工准备 3、安装操作流程 4、安装人员 5、风险分析及预防措施 说明：因变频器是柜体式（配电柜）安装，所以先安装柜体根据成套配电柜及动力开关柜安装施工工艺标准（HFWX.QB/1-6-009- 2004）施工。 1.适用范围： 温州市综合材料生态处置中心焚烧及附属设施设备安装及调试工程电气安装成套配电柜，动力开关柜安装及二次回路接线。 2、施工准备
2.1设备及材料要求 业技术标准，符合设计要求并有出厂合格证。设备应有铭牌并注明 厂家名称，附件备件齐全。 “长城”标志合格证。 2.2主要机具 2.3施工材料准备工期：半天 3、安装操作流程 3.1安装流程 设备开箱检查——设备搬运——基础槽钢制作安装——原接触器 开关柜体的拆除搬运——调频器柜体安装及开关柜体安装——调频 器的安装——控制调频器接触器、开关的安装——二次回路接线— —送电调试变频器——动力电缆施放对接——试验调整——送电联 动试车——联动试车成功交付运行 3.2设备开箱检查 3.2.2 4内部检查：电器设置及元件无损伤裂缺陷。 3.3设备搬运 3.4柜体基础槽钢制作安装 触器开关 柜体的拆 除搬运
3.6调频器柜体及控制调频器开关、接触器柜体(原65T引风机送风 机触器开关柜体)安装 Φ12.2mm孔高压柜体钻Φ16.22mm孔。分别用ΦM12、ΦM16镀锌螺丝固定。允许偏差见表： 2铜线与柜体上的接地端子连接牢固。 3.7变频器的安装 ——+40℃，测试环境温度的点应在距变频器约5cm处。在环境温度大于+40℃的情况下，每增加5℃，其运行功率下降30%。相对湿度应不超过90%，无结露现象。在变频器安装的位置应无阳光、无腐蚀性气体及易燃气体、尘埃少、海拔低于1000m、垂直安装、保证热空气排除新的空气进入机柜门入口的通道、无震动。 ≧100mm;上下方：≧150mm。为了防止异物掉在变频器的出风口阻塞风道，必须在变频器出风口的上方加装保护罩。 7天 3.8控制调频器接触器、开关的安装 7天
我主要写的是应用场合及功能介绍 罗宾康高压变频器介绍 一、产品介绍 1、罗宾康系列变频调速系统特点 1.1高效率、无污染、高功率因数 第宾康系列高压变频调速系统采用的是功率单元串联的高-高方案，采用了多绕组高压 移相变压器，二次侧绕组中流过的电流，在变压器一次侧叠加时，形成非常逼近正弦波的电流波形。经 过实际测试，50Hz运行时，网侧电流谐波<2 %，电机侧输岀电压谐波 <1.5 % （即使在40Hz时，仍然<2 % ），成套装置的效率>97 %，功率因数>0.96。完全满足了 IEEE519 —1992对电压、电流谐波含量的要求； *通过采用自主开发的专用PWM空制方法，比同类的其它方法可进一步降低输岀电压 谐波1?2% 。1.2先进的故障单元旁路运行（专业核心技术） *为了提高系统的可靠性，整个变频调速系统中考虑了一定的输出电压裕量，并在各功率单元中增加了旁路电路。当某个功率单元岀现故障时，可以自动监测故障并启动旁路电路，使得该单元不再投入运行，同时程序会自动进行运算，调整算法，使得输出的三个线电压仍然完全对称，电机的运行不受任何影响； *以6kV高压变频调速系统为例，每相有6个单元时，预置好参数，当某一相中有2 个功率单元岀现故障时，故障单元将自动旁路，系统仍然可以满负荷运行；即使某一相中所有6个单元 故障，全部被旁路，系统输岀容量仍可高达额定容量的57.7 %。这种控 制方法处于国际先进，国内领先水平，将大大提高系统的可靠性。 .3高性能的控制技术 *罗宾康系列高压变频调速系统率先实现了简易矢量控制技术，可以实现恒转矩快速动态响应，并且具有加、减速自适应功能，即可根据运行工控参数的实际情况，自动调整加、减速时间，在不超过最大允许电流的情况下，快速达到设定频率或转速。同时，系统可以自动识别电机转速，用户可以不考虑电机目前的运行状态，电机不需要停止运行时，可直接实现电机的启动、加速、减速或停止操作； *罗宾康系列高压变频调速系统还可以实现反馈能量自动限制功能。 1.4高可靠性 *控制电源可实现外部220V供电和高压电源辅助供电双路电源自动切换，同时配置了UPS即使两路电 源都岀现故障时，控制系统仍然可以工作足够长的时间，控制整个系统安全停机，发岀报警，并记录故障时的所有状态参数； *高压主电路与低压控制电路采用光纤传输，安全隔离，使得系统抗干扰能力强； ?当单元故障数目超过设定值，系统可自动切换到工频运行（自动旁路柜）； ?移相变压器有完善的温度监控功能；
高压变频器散热与通风的设计 硬件2009-06-02 10:56 阅读52 评论1 字号：大中小 1、引言 在电力、化工、煤矿、冶金等工业生产领域要求高压变频器有极高的可靠性。影响高压变频器的可靠性指标有多项，其中在设计过程中其散热与通风是一个至关重要的环节。目前高压变频器有高-低-高式、元件直接串联式、中点箝位多电平式、单元级联式等多种方式，一般来讲，上述各种方式的高压变频器，其效率一般可达95～97%;但由于设备功率大，一般为mw级，在正常工作时，仍要产生大量的热量。为保证设备的正常工作，把大量的热量散发出去，优化散热与通风方案，进行合理的设计与计算，实现设备的高效散热，对于提高设备的可靠性是十分必要的。 高压变频器在正常工作时，热量来源主要是隔离变压器、电抗器、功率单元、控制系统等，其中作为主电路电子开关的功率器件的散热、功率单元的散热设计、及功率柜的散热与通风设计最 为重要。 2、功率器件的散热设计
通常对igbt或igct模块来说，其pn结不得超过125℃，封装外壳为85℃。有研究表明，元器件温度波动超过±20℃，其失效率会增大8倍。功率器件散热设计关乎整个设备的运行安全。 2.1 在进行功率器件散热设计时应注意的事项 （1）选用耐热性和热稳定性好的元器件和材料，以 提高其允许的工作温度; （2）减小设备（器件）内部的发热量。为此，应多选用微功耗器件，如低耗损型igbt，并在电路设计中尽量减少发热元器件的数量，同时要优化器件的开关频率以减少发热量; （3）采用适当的散热方式与用适当的冷却方法，降 低环境温度，加快散热速度。 以目前最常见的单元级联式高压变频器为例，对其中一个功率单元为例进行热设计。功率器件采用igbt，其电路如图1所示。 2.2 损耗功率的估算 在设备稳态运行时，功率单元内整流二极管、igbt、续流二极管总的功率损耗即为散热器的耗散功率。因此热设计的第一步就是对上述器件的总功耗进行估算。