高压变频器散热解析
变频器的定义和发展
变频器是一种利用电力半导体器件的开关作用将工频电源变换为其他频率的电能控制装置。随着现代电力电子技术和微电子技术的飞速发展，高压大功率变频调速装置日益成熟，通过器件串联或单元串联有效解决了高压问题。
变频器在高温环境下的注意事项
- 监控人机界面的显示参数，发现异常及时处理
- 监控变频室环境温度，保持在 -5℃~40℃ 之间，移相变压器温升不超过 130℃
- 夏季加强散热通风，防止灰尘、腐蚀性和爆炸性气体
- 防止雨水进入变频器内部
- 定期清洁变频器柜门过滤网（通常每周一次）
- 保持变频室的干净整洁和通风照明良好
失效率与散热的关系
在大型电力电子设备中，失效率随温度增加而增大。高压变频器功率器件的热设计直接影响设备的可靠性和稳定性。超过 50% 的电力电子失效主要归因于温度超过额定值，因此散热技术至关重要。
安邦信高压变频器的散热优化
安邦信公司的高压变频器功率大，一般为 MW 级，工作时产生大量热量。为保证设备正常运行，优化散热通风方案、合理设计计算，实现高效散热是提高设备可靠性的关键。
散热计算
高压变频器的热源主要来自隔离变压器、电抗器、功率单元和控制系统，其中功率器件、功率单元和功率柜的散热设计尤为重要。IGBT 或 IGCT 功率器件的 pn 结温度不得超过 125℃，封装外壳为 85℃。研究表明，器件温度波动超过 ±20℃ 时，失效率将增加 8 倍。
散热设计注意事项
- 选择耐热稳定性好的元器件和材料，提高允许工作温度
- 减少设备的发热量，如使用低耗损型 IGBT 等微功耗器件，优化开关频率
- 采用适当的散热方式和冷却方法，降低环境温度，加快散热速度
排风量计算
在最恶劣环境温度下，计算散热器最高温度达到要求时的最小风速。根据风速和冗余放大率确定排风量：
Qf = Q / (Cpρ△T)
其中：
- Qf：强迫风冷系统所需的排风量
- Q：被冷却设备的总热功耗
- Cp = 1005J/(kg℃)：空气比热
- ρ = 1.11(m3/kg)：空气密度
- △T = 10℃：进、出口处空气的温差
风道设计
串联风道：功率模块散热器上下相对，形成串联通路。结构简单，风阻小，但上面的功率单元散热效果较差。
并联风道：各个功率单元前面进风，风口并联排列，汇总后由风机抽出。功率柜采用冗余设计，多个风机并联运行。
总结
高压变频器的散热优化对于提高设备可靠性和稳定性至关重要。通过合理的散热计算、散热设计和排风量确定，以及采用合适的散热方式，可以有效降低器件温度，防止热失效，延长设备使用寿命。
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