高压变频器的冷却方式

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：≤ 1000m3. 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：2×630kW7. 控制电机功率：2×450kW8. 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 2681-81GB 2682-81GB 3797-89GB 3859.1-93GB 3859.2-93GB 3859.3-93GB 4208-93GB 4588.1-1996GB 4588.2-1996GB 7678-87GB 9969.1-88GB 10233-88 GB 12668-90 GB/T14436-93 GB/T15139-94GB/T13422-92 GB/T 14549-93 IEEE std 519-1992 IEC1800-3 IEEE519 89/336EC GB 12326 GB/T 14549GB 1094.1~1094.5GB 6450GB/T 10228GB17211GB311 .1DL/T 620电工成套装置之中的导线颜色电工成套装置之中的指示灯和按钮的颜色电控设备第二部分：装有电子器件的电控设备半导体电力变流器基本要求的规定半导体电力变流器应用导则半导体电力变流器变压器和电抗器外壳防护等级的分类无金属化孔单、双面印制板技术条件有金属化孔单、双面印制板技术条件半导体自换相变流器工业产品使用说明书总则电气传动控制设备基本试验方法交流电动机半导体变频调速装置总技术条件工业产品保证文件总则电工设备结构总技术条件半导体电力变流器电气试验方法电能质量公用电网谐波电力系统谐波控制推荐实施EMC传导及辐射干扰标准电气和电子工程师学会CE标志电能质量电压允许波动和闪变电能质量公用电网谐波电力变压器干式变压器干式电力变压器技术参数和要求干式电力变压器负载导则高压输变电设备的绝缘配合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。

一、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，其效率一般都可达到96~98%;但由于设备功率大，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。

高压变频器设备功率较大，4％的功率损耗主要以热量形式散失在运行环境当中。

如果不能及时有效的解决变频器室的工作环境温度问题，将直接危及变频器本体的运行安全；最终因为温度过高，导致变频器过热保护动作跳闸。

为保证变频器具有良好的运行环境，必须对变频器及运行环境的温度控制采取措施。

二、冷却方式通过变频器工程应用经验的积累，针对不同的应用环境现场提供完整的变频器冷却系统解决方案。

常用的几种冷却方式主要包括：⑴风道开放式冷却；⑵空调密闭冷却；⑶空－水冷密闭冷却；⑷设备本体水冷却；⑸上述方式组合冷却。

1.风道开放式冷却1.1冷却过程冷风经变频室通风入口滤网进入变频器，经过对机体进行冷却后，再由变频器风道出风口将热风排出。

1.2安装方式风道开放式冷却安装比较简单，只需在变频室的墙壁上开两个通风入口，安装上滤网，然后在变频器的柜顶风罩上向外引出出风口风道即可，如下图1所示：1.3系统特点(1)施工简单，维护量大；(2)费用低廉；(3)运行稳定性依赖于当地环境2.空调密闭冷却2.1容量选择原则按照变频器的发热量和控制室环境实用面积来选择空调的容量。

2.2安装方式变频器室安装空调时，要求变频器控制室空间要尽可能小，并且做好密封，避免夏季室外温度高带来的加热效应。

空调的安装位置可根据现场实际情况布置在变频器两侧。

具体设备布局如下图2所示。

.高压变频器电气室冷却方式节能解决方案一、概述随着电力电子技术与交流变频技术的成熟，大容量高压变频调速技术、SVC、SVC等得到广泛应用。

设备在正常工作时部分电能通过电子元器件、电器设备（如功率单元、隔离变压器、电抗器、电容器等）转换成热能的形式，因此设备冷却散热问题是设备稳定和安全运行的重要环节之一。

大功率热源设备常用的运行环境冷却方式有：强制空气冷却、循环水冷却、热管换热冷却和空调冷却等。

因强制风冷粉尘较大，已逐步淘汰；空调冷却因购置成本及运行费用、维护费用较高也较少采用；热管散热因成本太高、效果不是很理想，基本不采用。

二、高压变频器电气室通风散热方式电力电子技术集成电气设备，对运行环境有一定要求，通常运行环境要求：+5 —+40 ºC, 湿度<95%, 无凝露，无粉尘，所以用户在安装设备时会将设备安装在封闭的房间内，以保证设备稳定、安全、可靠的运行。

但是设备内部带出来热量不排出室内或耗散，热量就会在室内聚集造成室温升高，这样就会影响设备的正常运行及设备的使用寿命。

如何解决电气室热量散热的问题就成为设备应用中的一个课题。

现以高压变频设备为例，常用的方式有三种：①通风管道散热（强制空冷）：通过管道把热空气直接排出室外，变频器抽取室外空气。

②空调制冷散热方式：室内安装空调，通过空调制冷降温。

③空-水冷装置散热方式：室外安装空-水冷装置。

通过引风管道将变频器内部带出来热量引至空-水冷装置进行热交换，然后降冷却降温后的冷风引回变频器室。

如下图：室内室外空-水冷装置散热方式1、空-水冷散热装置基本原理空－水冷却系统是一种利用高效、环保、节能的冷却系统，其应用技术在国内处于领先地位。

其外形及原理如上图所示，从变频器出来的热风，经过风管连接到内有固定水冷管的散热器中，散热器中通过温度低于33℃的冷水，热风经过散热片后，将热量传递给冷水，变成冷风从散热片吹出，热量被循环冷却水带走，保证变频器控制室内的环境温度不高于40℃。

高压变频器的通风与散热设计摘要：在石油、化工、电力、煤矿等工业生产领域对变频器的可靠性要求极高。

影响变频器可靠性的因素很多，通风散热是重要因素之一。

因此，解决好变频器设计过程中的散热与通风是一个至关重要的环节。

散热能力决定变频器的输出电流能力，从而影响输出转距能力，为此就要优化散热与通风方案，进行合理设计，实现设备的高效散热，这对提高设备的可靠性是很重要的。

高压变频器工作时的热量主要来源于隔离变压器、电抗器、功率单元和控制系统等，其中功率器件、功率单元及功率柜的散热与通风设计最为重要。

关键词：高压变频器；散热与通风；设计一、功率单元散热功率单元中的元器件主要包括整流二极管、IBGT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等。

除二极管整流模块与IGBT模块外，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下，已能满足其散热要求。

因此功率单元的散热设计主要考虑二极管整流模块与IGBT模块的散热要求即可。

功率器件的损耗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主要用到的冷却方式为强制空气冷却、循环水冷却和热管散热器冷却。

由于空气冷却比较简单，不存在热管散热的复杂性及水冷的凝露问题，所以在通常情况下大多都会首先选择空气冷却。

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,散热器热阻估算公式如下：式中：k为散热器热导率；d和A分别为散热器的厚度和面积，分别以cm和cm2表示;C为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，通常利用式（1）估算散热器的散热能力。

二、散热器的选择及注意事项功率器件是大多数电子设备中的关键器件，其工作状态直接影响到整机的可靠性及稳定性。

矿用高压变频器水冷系统的改造实践梁鑫（山西焦煤集团有限责任公司屯兰矿，山西古交030206）0引言随着变频技术的成熟和工业生产节能降耗要求的提出，各种变频设备正越来越广泛地应用于煤矿、化工、冶金等领域。

作为电气驱动的核心设备，要求变频器必须具有较高的工作稳定性，而变频器对温度等因素的变化较为敏感，因此变频器需具有较强的散热能力。

尤其对于高压变频器，装置内部的大功率半导体和移相变压器，在工作过程中的功率损耗将转化为大量热量，如果热量得不到及时疏散，将导致内部元器件温度升高，影响元件的使用寿命和运行稳定[1-3]。

因此，对于不同应用环境下的高频变频器，需选择相适应的冷却散热方式。

近年来，随着煤矿机电设备的升级，综采工作面常见的重型刮板输送机、带式输送机等设备普遍采用了高压变频驱动技术。

但由于设备散热不当，时常发生因变频器温度超限而停机保护的状况，对煤炭生产效率产生较大影响。

针对这一问题，本文将以屯兰矿井下某综采工作面高压变频器冷却系统的改造为例，对矿用高压变频器水冷系统的应用和改造技术进行研究。

1高压变频器冷却方式高压变频器一般要求环境温度在0~40℃之间，超过40℃将触发温度保护。

常见的变频器冷却方式有强制风冷、直接水冷、空调冷却、空-水冷却等方式，具体如下：1）强制风冷。

一般利用送风风道，将外部的凉风送入需冷却部位，凉风与散热装置进行热交换后变热，然后再由出风风道将热风排出。

这种冷却方式施工简单，成本投入低，但受限于外部环境温度，且存在散热能力不足、风机体积大、噪声大等问题，无法满足大功率高压变频器的散热要求。

2）直接水冷。

也称为“水-水循环冷却”，是目前较为先进的电气设备冷却方式。

其系统分为内、外双循环两部分，内循环水采用高阻抗的去离子纯水，直接与设备接触吸收热量，由于水的比热容是空气的5300倍，因此其散热能力较强；外循环水采用普通工业用水，通过热交换将内循环水的热量带走。

这种冷却方式冷却效率高、冷却装置体积小、静音性能好、安全环保，尤其适合大功率高压变频器的冷却。

高压变频器三种冷却系统及优缺点介绍由于高压变频器本体在运行过程中有一定的热量散失，为保高压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。

二、风道冷却功率单元内部散热系统通过安装在单元内的风机强制冷却单元里的散热器，使每一个功率单元满足散热需求，同时，由于功率单元内风机吹走热风，使其进风处的柜体内形成强力负压，柜外冷风大量进入高压变频气内，通过功率单元风道对单元散热器进行冷却。

同时，由于柜顶风机大量抽风，使其密闭风室内形成强力负压，加速功率单元内热风进入密闭风室，通过柜顶风机抽出高压变频器柜外。

通过建立严密畅通的风道，以及在功率单元内设计强制风冷，大大提高那高压变频器散热系统的散热能力和效率，同时，也可以减少散热器体积和功率柜体积，实现高压变频器的小型化，为用户安装高压变频器节省空间。

三、空－水冷却系统空－水冷却系统是一种利用高效、环保、节能的冷却系统,其应用技术在国内处于领先地位。

在电力、钢铁等行业的高压大功率变频应用中得到广泛的推广应用。

该系统由于其采用完全机械结构设计，较空调等电力、电子设备而言具有明显的安全、可靠性。

高压变频器室空--水冷却系统改造分析与研究作者：宋鹏飞来源：《中国化工贸易·上旬刊》2020年第02期摘要：随着时代的发展，我国建设现代化的进程加快，水冷却系统的作用得到了广泛的关注和重视。

本文对高压变频器室空--水冷却系统改造分析与研究进行讨论，从其改造意义展开，提出了存在的问题和解决方案，进而提升水冷却系统的运行效率，促进其现代化的发展。

关键词：高压变频;水冷却系统;系统改造水冷却系统能够降低高温下变频器的温度，保障其稳固运行。

在此基础上，高压变频器室空--水冷却系统改造有利于实现工厂对于变频器温度的正常控制，促进其稳固运行。

既能够提升高压变频器的工作效率，又能够促进我国现代化进程的提升。

因此，有必要对高压变频器室空--水冷却系统改造展开讨论。

1 高压变频器室空--水冷却系统改造的意义由于煤化工等工业园区的锅炉系统存在着环境灰尘大等不利因素，导致了为锅炉风机供电的高压变频器运行环境差，原有的变频器室负压大，灰尘、水汽容易进入室内，造成变频器功率单元及设备滤网积灰严重，尤其雨雪天，空气湿度大，空气进入高压变频器后与灰尘混合，极易造成设备短路损坏。

同时恶劣的运行环境也不利于设备的维护保养。

而封闭式水冷却系统能够在温度较高的情况下，降低变频器的温度，使其在散热及循环中的良好运行得到保障。

这就很好的解决了现有环境问题造成的困扰。

同时因水冷却系统使得变频器运行环境得到了改善，其电气回路的耐压能力也得到了保障，提升了高压变频器的运行效率，大大增加了变频器电气回路的使用寿命，实现了工厂节能增效、稳定良好的发展。

在此基础上，水冷却系统改造能够实行我国技术的现代化的发展，促进我国机械建设产业化的创新与变革。

高压变频设备对于提升机械设备的运行效率和运行质量都有着不可或缺的作用，对于我国的产业升级和水冷却技术的更新换代都起着促进和转型的作用，实现我国技术手段的现代化发展，进而促进我国社会主义社会的建设，进而促进我国机械设备运行的转型升级。

高压变频器空水冷却器空—水冷却系统技术方案2019年 10 月 12 日高压变频器空水冷却器技术方案本工程2套高压变频器采用空水冷却系统进行冷却,空水冷却系统的冷却能力满足变频器室内所有高压变频器的发热功率要求，空水冷却系统设备的要求随变频器成套供货。

同时包括空水冷却系统的设计、制造、供货、安装、验收等。

所有提供的设备应是已建立信誉的制造商的产品，我公司的产品已具有成功运行十年以上的经验。

我公司是生产空-水冷却器的专业厂家，有着先进的管理、资深的专家、齐全的设备及丰富的业绩。

空水冷却器有着高压变频器肺之称，是高压变频器关键部件之一。

它的冷却效果和可靠性直接影响变频器的性能、运行效率、故障率和使用寿命。

以下是连云港市华东电力设备有限公司所提供的高压变频器空水冷却系统的介绍。

一、空水冷却器技术参数1、450kw、280kw变频器选配空-水冷却器参数如下：二、技术要求1、乙方应根据甲方变频器的容量合理选用空水冷却器，并对选用的空水冷却器的型号、规格负责，如因空水冷却器选用不当造成通风制冷效果达不到规定的技术指标的由乙方负全部责任。

2、在甲方满足乙方提出的空水冷却器要求的使用条件下，空水冷却器的通风制冷效果如不能达到规定的技术指标的由乙方负全部责任。

3、管板与冷却管连接胀装，冷却管基管材质不锈钢304L（Φ19×0.8mm）且厚度均匀，偏差为±0.1mm。

冷却管内外表面光滑、清洁、无针孔、裂纹、起皮、气泡、疏松、粗拉边等缺陷。

铝片式复合管外径为Φ44mm，且厚度均匀，偏差为±1mm。

4、总装配后进行2.0MPa水压试验历时60分钟不渗漏，水压试验完成后排干腔内积水。

5、除冷却芯组外所有外表面均应喷灰白色油漆。

6、变频器空-水冷却系统（不含风道）在出厂前乙方应进行严格的整体测试，保证整套系统的可靠性，并提供出厂检验合格证等原始资料。

7、乙方生产的变频器空-水冷却系统能在下列环境湿度下正常工作：最大湿度不超过90%（20℃）；相对湿度变化率每小时不超过5%，且不会导致变频器间结露。

一、主要技术指标1.1现场变频室为2台1250KW、一台450KW变频器，以满负载情况计算：变频器满负荷发热量为：(2*1250+450)*(1-0.96)=118kw采用2套70kw制冷量空水冷系统为整个变频器室制冷，即：2*70=140kw变频器室水量计算：根据空水冷相关经验数据1kw需要约0.2 t/h，则变频器室需要水量=0.2*140=28 t/h冷却水采用自来水，冷却水塔方式循环，出水温度不高于33℃，水量最大时冷却器冷风温度不超过38℃，单台冷却器制冷功率不小于70kW，二、改造方案2.1变频器室冷却方式采用的是空水冷换热技术，在此方案中变频器室内部循环空气与冷却水完全隔离，通过换热器毛细管进行换热，变频器室为密封空间，保证内部循环可以的干燥度，防止变频器受潮出现故障。

示意图如下：冷却器安装室外，冷却器基础由中标方自行设计、施工。

变频器柜产生的热量经柜顶风机排到冷却器中进行换热，由冷却器内风机抽到冷却器内进行冷却，冷却后的冷风送到变频器室内，再由柜顶风机抽到变频器柜内部对变频器元件进行冷却，热风再排到冷却器内，循环往复。

冷却水引自厂区内自来水，采用冷却塔方式循环。

冷却水管路及水塔、冷却器等装置全部置于室外，保证变频器与冷却系统的隔离，变频器运行不受到威胁。

风管道设备预留应急排风口及应急新风口。

变频器室现场复杂，尺寸必须现场勘查。

2.2采用的是空水冷换热技术，在此方案中变频器室内部循环空气与冷却水完全隔离，通过换热器毛细管进行换热，变频器室为密封空间，保证内部循环可以的干燥度，防止变频器受潮出现故障。

如图所示：考虑到冷却系统的高可靠性，引风道设置应急排风口，如果冷却系统突然出现故障，即可打开应急风道风门，把变频器室房门打开，可以保证高温风机的高压变频器在短时间内不用停机，我方人员也会及时处理，处理完毕后再恢复正常运行即可。

三、空水冷与空调系统对比1、按照每年使用8000h小时计算空调用电量为：16kw*8000h=128000kwh而空水冷只需6kw*8000h=48000kwh。