大功率高壓變頻器在正常工作時(shí)，設(shè)備內(nèi)部的隔離變壓器、電抗器、功率單元、控制系統(tǒng)等設(shè)備都是主要發(fā)熱源。其中，功率單元對(duì)于主電路來(lái)說(shuō)是用作開(kāi)關(guān)的，在設(shè)計(jì)功率單元的散熱，以及功率柜的散熱時(shí)，其中的通風(fēng)設(shè)計(jì)是尤為重要。對(duì)于 IGBT或 IGCT功率器件，其 pn結(jié)溫度不能超過(guò)125℃，封裝外殼溫度為85℃。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)溫度波動(dòng)超過(guò)±20℃時(shí)，運(yùn)行失效率會(huì)增加到8倍左右。
散熱設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：
(1)選用耐熱性和熱穩(wěn)定性好的元器件和材料，以提高其允許的工作溫度；
(2)減小設(shè)備(器件)內(nèi)部的發(fā)熱量。為此，應(yīng)多選用微功耗器件，如低耗損型IGBT,并在電路設(shè)計(jì)中盡量減少發(fā)熱元器件的數(shù)量，同時(shí)要優(yōu)化器件的開(kāi)關(guān)頻率以減少發(fā)熱量；
(3)采用適當(dāng)?shù)纳岱绞脚c用適當(dāng)?shù)睦鋮s方法，降低環(huán)境溫度，加快散熱速度。
排風(fēng)量計(jì)算：
在最惡劣環(huán)境溫度情況下，計(jì)算散熱器最高溫度達(dá)到需求時(shí)候的最小風(fēng)速。根據(jù)風(fēng)速按照冗余放大率來(lái)確定排風(fēng)量。排風(fēng)量的計(jì)算公式為：Qf=Q/(Cpρ△T)
式中：
Qf：強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng)所須提供的風(fēng)量。
Q：被冷卻設(shè)備的總熱功耗。
Cp=1005J/(kg℃)：空氣比熱，J/(kg℃)。
ρ=1.11(m3/kg)：空氣密度。
△T=10℃：進(jìn)、出口處空氣的溫差。
根據(jù)風(fēng)量和風(fēng)壓確定風(fēng)機(jī)型號(hào)，使得風(fēng)機(jī)工作在效率最高點(diǎn)處，即增加了風(fēng)機(jī)壽命又提高了設(shè)備的通風(fēng)效率。
風(fēng)道設(shè)：
串聯(lián)風(fēng)道是由每個(gè)功率模塊的散熱器上下相對(duì)，形成上下對(duì)應(yīng)的風(fēng)道，其特點(diǎn)由上下多個(gè)功率單元形成串聯(lián)的通路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，風(fēng)道垂直使得風(fēng)阻??；但由于空氣從下到上存在依次加熱的問(wèn)題，造成上面的功率單元環(huán)境溫差小，散熱效果差。
并聯(lián)風(fēng)道中從每個(gè)功率單元的前面進(jìn)風(fēng)，對(duì)應(yīng)的進(jìn)風(fēng)口并聯(lián)排列，在后面的風(fēng)倉(cāng)中匯總后由風(fēng)機(jī)抽出，同時(shí)整個(gè)功率柜一般采用冗余的方法，有多個(gè)風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，整體散熱效果好，并提高了設(shè)備的可靠性。但柜體后面要形成風(fēng)倉(cāng)，增大了設(shè)備的體積，同時(shí)由于各個(gè)功率單元后端到風(fēng)機(jī)的距離不同，使得每個(gè)功率單元的風(fēng)流量不一致，是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。
根據(jù)串聯(lián)風(fēng)道和并聯(lián)風(fēng)道的特點(diǎn)，安邦信公司高壓變頻器選擇并聯(lián)風(fēng)道設(shè)計(jì)，并形成了獨(dú)有的結(jié)構(gòu)專利技術(shù)。
仿真分析：
利用仿真軟件，可以在上述不同的結(jié)構(gòu)和層次上，高效、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便地定量分析系統(tǒng)的散熱、溫度場(chǎng)和內(nèi)部流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)仿真結(jié)果，對(duì)冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估和修改，然后再次仿真，直到結(jié)果滿足要求。這樣，我們很好地控制了熱故障，從而大大提高了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。
總結(jié)：
變頻器是一種使電機(jī)變速運(yùn)行以達(dá)到節(jié)能效果的設(shè)備。傳統(tǒng)上，額定電壓在3kV至10kV之間的電機(jī)稱為高壓電機(jī)，因此為運(yùn)行在3kV至10kV高壓環(huán)境下的電機(jī)開(kāi)發(fā)的逆變器一般稱為高壓逆變器。與低壓變頻器相比，高壓變頻器適用于大功率風(fēng)力發(fā)電和水泵的變頻調(diào)速，可以達(dá)到顯著的節(jié)能效果。
