高压变频器散热系统的研究与设计
浅析高压变频工作原理及节能原理
浅析高压变频工作原理及节能原理1.高压变频电机调速分析变频调速技术是一种以改变电机频率和改变电压来达到电机调速目的的技术。
目前，无论哪种机械调速，都是通过电机来实现的。
从大范围来分，电机有直流电机和交流电机。
过去的调速，多数用直流电机，因为直流电机调速容易实现。
但直流机固有的缺点：滑环和碳刷要经常拆换，给人们带来太大的麻烦。
后来人们开始将调速用到可靠简单的笼式交流电机，于是就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速、串极调速等交流调速方式。
到20 世纪80 年代，由于电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，才出现了对交流电动机来说更好的变频调速技术，它一出现就以其优异的性能逐步取代其他交流电机调速方式甚至直流电机调速，并成为电气传动的中枢。
因而说变频调速是时代的产物，只有在技术高度发展的今天，才能实现。
调速方式主要有串级调速、内反馈串级调速、液力耦合器调速、高压变频调速等方法。
但前三种方法都有其不可避免的缺点，串级调速缺点包括：难以实现系统配套、控制系统复杂、对电网影响大；内反馈串级调速缺点包括：电机需要配套、容易出现事故、对电网影响大、和设备老化快；液力耦合器调速缺点包括：精度低、启动电流大、维修困难成本高。
由于目前电力电子技术的发展，计算机控制技术的进步，现代通信技术、高压电气以及电机拖动等综合性领域的学科技术不断成熟，因此相比于其他调速方式，高压变频调速有无法比拟的优点：（1）由于变频器采用的是液晶显示界面，触摸式调整面板，可以同步显示电压、电流、电机转速、频率，所以可以非常直观的显示出电机工作时的状态。
（2）准确地显示频率分辨率以及精确的调速精度，可以满足全部生产工艺状况的需要。
（3）高压变频器带有国际通用外部接口，可以与可编程控制器及工控机等仪表相互连接，还可以与其原设备控制回路相互连接，构成部分闭环系统。
（4）由于具有工业电气保护和电力电子保护功能，保证高压变频器以及电机在运行正常或故障时有可靠的安全保障。
发电厂高压变频设计探讨
频 回路
理 的 高压 变频 器工作 频率 在 ２ ￣５ ｚ范 围是合 ０ ０Ｈ 适 的 ． 如果 长期工 作在 低频状 态 ． 于 电动机是 不 但 对 利的 应注意 工艺 专业滥 用变频 装 置的倾 向
２３２ 高压 变频器 的节 能计算 ．．
当 电动机 负载率 长期 在 ４ ％以下 ． ０ 或运 行 频率 在２ Ｈ ０ ｚ以下 时 ． 由于 电动机 自带 风扇 通风 量减 少 ． 会产生 电动 机过 热 ． 使绝 缘受 损 ， 时应 配置其 它独 这 立冷却 方式 。 高压变频 器 的节能计 算 中 ， 在 还应 包括 为满足 装置运 行环 境增 加 的空 调设备 ．这 些设 备是
影 响供 电的质量 高压 变频器 距 电动机越 近越 有利减 轻谐 波 的干
此接 线 的特点 为每 台电动机 为单 独 的工 频 回路 供 电 ． 电保 护无需 切换 。 由于变频 运行 时 ． 继 变频 器 已限制 了通 过接 触器 一 ＫＭ！２的故 障电流 ．所 以不 、 论 高压 侧采 用 Ｆ Ｃ或 断 路器 方案 ． 方案 均 不要 考 — 此 虑 工 频 与变 频 运 行 方 式切 换 的接 触 器 一 Ｍ ！ Ｋ 、 ２动 、
系统接 线如 图 ８所示 工频 与 变频切 换 可 以 自动进
行 。值 得 注意 的是 ， 电动机容 量影 响 。 图 ８中 高 受 若 压 熔 断器改 为高 压断 路器 ．由于高压 接触 器 的额定
短 时 耐受 电流值低 ． 校核 其热稳 定值 需
６ｋ 段 Ｖ
￡ ／ ｓ
图 ４ 单 元 级 联 变 频 器输 入侧 电流 波形
美 无谐 波 ” 频 器 ． 电动 机 和动力 电缆 的选 型也 无 变 对 特 殊要 求 。其输 入侧 电流 、 出侧 电压 、 出侧 电流 输 输
矿用高压变频器水冷系统的改造实践
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。
新疆某地区变频器室及配电间降温通风设计
新疆某地区变频器室及配电间降温通风设计摘要：某地区室外空气设计状态点W在象限I区，可采用如下空气处理过程，即室外状态点W经通风降温机组等焓加湿处理后至O’点，管道及设备因素温升取1℃，即送风状态点O点，再沿ε线送入室内以满足设计温湿度要求。
关键词：降温送风、室外空气状态点分区、设备散热量、室内正压背景在空气比较干燥的新疆地区，由于其干湿球温差多在8℃以上，如乌鲁木齐干湿球温差为10.5℃，哈密干湿球温差为9.1℃，某市干湿球温差为11.8℃，因此适合于采用直接蒸发冷却、间接蒸发冷却或直接蒸发冷却与间接蒸发冷却相结合的二级或三级冷却方式，具体采用哪种降温方式要根据处理空气状态点灵活确定。
计算方法关于室内设计温度问题，规范要求设在主厂房和集控楼内的厂用配电装置室夏季室内环境温度不宜高于35℃，另考虑到降温通风精度难以保证及变频器、配电盘柜的使用寿命，按室内状态点tn =30℃，Ф=50%进行设计计算。
又根据《实用供暖空调设计手册》中关于不同的夏季室外空气状态点的h-d 图上的区域划分，见下图1-1：以某地区为例，室外通风状态点tw=29℃，hw=64.2kj/kg干空气，dw=13.6 g/kg干空气，Ф=44.8%，送风状态点to=22.8℃，ho=65.1kj/kg干空气，do=16.6 g/kg 干空气，Ф=85%，得出室外空气设计状态点W在象限I区，即室外状态点得焓值小于送风焓值，室外空气含湿量小于送风状态点含湿量，经过等焓加湿即可达到要求的室内状态点，因此采用直接蒸发冷却方式，并取100%新风，具体空气处理过程见下图1-2：图1-2空气处理过程简述：室外状态点W经通风降温机组等焓加湿处理后至O’点，管道及设备因素温升取1℃，即送风状态点O点，再沿ε线送入室内以满足设计温湿度要求。
详细计算举例（某市电厂集控楼内变频器间），变频器额定功率6400kw，设备散热量按额定功率4%计，即256kw，自带排风风道排出室外，进排风温差取15℃，即排风温度43℃，满足设备最大排风温度≤50℃，则通风量L1=Q/(0.28*c*ρ*Δt)=256000/（0.28*1.01*1.2*15）=50290m3/h =16.9kg/s又变频器散热量的15%排入室内计，即256*15%=38.4kw，降温通风不考虑维护结构传热量，则为满足房间内tn=28℃，根据热量平衡（总得热量=总失热量）计算如下：0.85*（16.9+Gj）*c*（22.8-33）+256+38.4=16.9*c*（43-28）+Gj*c*（28-22.8）-（16.8+Gj）*8.76+294.4=254.5+5.25* Gj则Gj=7.6kg/s=22800 m3/h即房间内设轴流风机的排风量需满足22800 m3/h其中0.85为通风机组的降温效率。
高压变频器维修改造方案 (3)
高压变频器维修改造方案1. 概述高压变频器是工业生产中常用的电力调节设备，用于控制交流电动机的转速和运行方式。
然而，随着设备使用时间的增长，高压变频器可能出现故障、性能下降或需要进行改造以适应新的工艺需求。
本文档将介绍高压变频器维修改造方案，旨在提高设备的可靠性、效率和功能。
2. 维修改造目标维修改造的主要目标是改善高压变频器的性能和可靠性，同时满足现有工艺需求。
具体的目标包括：1.提高高压变频器的输出功率和效率；2.增加故障检测和保护功能，提高设备的可靠性；3.支持新的工艺需求，例如多电机控制、网络通信等；4.减少能耗，降低运行成本。
3. 维修改造方案3.1 提升高压变频器的输出功率和效率为了提高高压变频器的输出功率和效率，可以考虑以下方案：•更换高效的功率模块和散热系统，减少能量损耗；•优化电路拓扑和控制算法，提高转换效率；•采用先进的功率因数校正技术，提高电网质量。
3.2 增加故障检测和保护功能为了提高设备的可靠性，可以增加以下故障检测和保护功能：•引入故障诊断系统，实时监测设备状态并提前预警；•加装过载、短路、过压、欠压等保护装置，保护设备免受损坏；•设计可靠的维修接口，方便对设备进行维护和维修。
3.3 支持新的工艺需求为了满足新的工艺需求，可以考虑以下改造方案：•增加多电机控制功能，支持多个电机的协同运行；•集成通信模块，实现设备与上位机的信息交互；•优化控制算法，提高响应速度和稳定性。
3.4 减少能耗，降低运行成本为了降低运行成本，可以采取以下措施：•优化控制策略，减少无功功率损耗；•引入能量回馈系统，将电机制动时产生的能量回馈给电网；•优化设备布局和散热系统，降低运行温度。
4. 实施计划实施高压变频器的维修改造需要以下步骤：1.分析现有设备的性能和问题，确定维修改造的目标和重点；2.研究和选择适合的改造方案，并进行仿真和实验验证；3.设计改造方案的详细技术方案和工艺流程；4.安排设备停机时间和维修改造工作的计划；5.实施维修改造工作，并进行设备的测试和调试；6.进行设备的运行试验和性能评估；7.完成维修改造工作的文档记录和总结。
高压变频器硬件系统研究
Ｉ
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由于输 出电压总谐波失真较高 ， 谐波 电流会引起电动机
附 加 发 热 、转 矩 脉 动 。 因 此 需 要 加 入 滤 波 电路 ， 图 ３ 所 示 Ｌ ａ 、Ｌ ｂ 、Ｌ ｃ与 Ｃ ａ 、Ｃ ｂ 、Ｃ ｃ则 构 成 了 三 相 输 出 电压 的 滤 波
药知识产权 战略的法律依据。 （ ２ ）鉴于知识产权体系涉及企业信 息、技术 、经济 、法 律各有关部 门，传统 的企 业经 营模 式应 当摈弃。医药企业应 当成立知识产权法律 事务部，统一管理知识产权事务 ，使经 济信息 、技术手段 、法律 制度 得以综合协调。 （ ３ ）大 力加强 医药企业 知识产 权人 才队伍 的培养 与建 设 。其人才 范围应涵盖市场情报信息、医药学科研 、临床实
电压等级的影响 ，应用相对较 少。通过对 目前 国内外 高压 变频技 术的研 究比较 ，设 计 了一种 高压变频器；给 出了主回路和保
护 电路 的 原 理 图 ，并 对 其 进 行 说 明 。 关 键 词 ： 高压 变频 器 ； 保 护 电路 ； 原 理 图
Ｄ ０Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ３ ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ８ ７ １ — ６ ３ ９ ６ ． ２ ０１ ３ ． ０ ６ ． ０ ３ ７
高 压 变 频 的 需 要 ， 因 此 逆 变 电 路 中 所 用 的 逆 变 器 件
Ｓ Ａ１ ． Ｓ Ａ ２ ，Ｓ Ｂ１ 一 Ｓ Ｂ ２ ，Ｓ Ｃ１ 一 Ｓ Ｃ ２和 并 联接 入 的 功 率 二 极 管均
为２ 个或者 多个 器件 串联 ， 这就需要考虑到均压的 问题 。 Ｌ ａ ＋
图 １ 系统 硬件
１ 概 述
众所周知 ， 我 围每 年 的 发 电量 大 约有 ６ ５ ％被 消 耗 在 电动 机上ｌ １ 】 。 油 田采 油 厂 电动 机 耗 电量 则 达 到 了 总 用 电量 的 ７ ０ ％。
毕业设计(论文)-变频器调速系统的研究与应用
邵阳学院毕业设计(论文)课题名称变频器调速系统的研究与应用学生姓名学号 2 6 院(系)、专业机械与能源工程学院机电一体化指导老师2006年6月5日邵阳学院毕业设计（论文）任务书注：1、此表由指导教师填写，经各系、教研室主任审批生效；2、此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。
指导教师（签名）学生（签名）摘要变频调速具有高效率、宽范围和高精度等特点，是目前运用最广泛且最有发展前途的调速方式。
交流电动机变频调速系统的种类很多，从早期提出的电压源型变频器开始，相继发展了电流源型，脉宽调制等各种变频器。
目前变频调速的主要方案有:交-交变频调速，交-直-交变频调速，同步电动机自控式变频调速，正弦波脉宽调制(SPWM)变频调速，矢量控制变频调速等。
这些变频调速技术的发展很大程度上依赖于大功率半导体器件的制造水平。
随着电力电子技术的发展，特别是可关断晶闹管GT0，电力晶体管GTR，绝缘门极晶体管IGBT，MOS晶闸管及MTC等具有自关断能力全控功率元件的发展，再加上控制单元也从分离元件发展到大规模数字集成电路及采用微机控制，从而使变频装置的快速性，可靠性及经济性不断提高，变频调速系统的性能也得到不断完善。
本文针对变频调速器的电压选择方案，以及在运行中高次谐波的产生和抑制问题进行阐述和变频调速系统的应用举例关键词：变频调速谐波变频器AbstractThe characteristic of Frequency conversion adjustment of speed isthe high efficiency, the width scope and the high accuracy and so on. At present, it obtains the widespread utilization, and is most has the development future the velocity modulation way。
3.3kV矿用组合高压防爆变频器设计探究
2021.14科学技术创新3.3kV 矿用组合高压防爆变频器设计探究吴世均（上海伟肯实业有限公司，上海201806）煤矿采掘面驱动刮板机、转载机和破碎机的设备，都要求无极调速、低频大转矩特性，传统的液力偶合器调速系统根本无法满足工况要求。
采掘面3.3KV 供电系统早已得到应用,3.3KV 防爆高压变频器应运而生。
本文以模块化思路实现高压防爆变频器设计，规避共整流方式的缺点，满足变频器故障不停运，快速维修的要求，为煤矿可靠地实现智能化生产做出一定贡献。
1项目概况本项目设计3.3kV 组合防爆高压变频器，包括两组合、三组合两个大的类型，每一个类型包括1250kW 和2000KW 两个功率段的变频器，由于涉及到多种变频器，而同功率的两组合和三组合变频器，物料类型相同，所以变频器主回路采用多个单独主回路拓扑结构，并且对主回路进行划分，形成了5个功能模块。
控制回路也进行划分，形成内控和外控两大模块。
相同功率的变频器，就可以直接使用这些功能模块，既减少了设计工作量，又利于提高生产和售后服务效率。
2整机设计矿用组合高压防爆变频器主回路采用交直交电压型拓扑，整流拓扑结构采用串联12脉动整流或者6脉动三相桥式整流、直流采用模块式薄膜电容、逆变采用一字型三电平拓扑。
如图1所示的12脉动的3.3KV 单台高压防爆变频器主回路拓扑图。
在三组合变频器中，含有三台相同的变频器，三台变频器的主回路完全相互隔离，其中任何一台变频器出现故障，可以直接断掉电源，启动备用变频器，或者剩下的变频器投入运行，不影响煤矿的生产。
可将图1的主回路划分为5个模块：（1）功率输入单元：包括高压继电器、预充电电阻、主真空接触器KM1和KM2。
（2）模组Z+U ：包括整流部分、均压电阻和逆变U 相。
（3）模组V+W ：包括逆变V 相和逆变W 相。
（4）储能单元，包括C1-C6的薄膜电容。
（5）功率输出单元，也就是输出电抗器，如图2所示。
在整机布局中，可以将组合变频器的所有功率输入单元统一放入外控腔，将剩下部分放置在变频腔中，这样组合变频器就由一个外控腔和多个变频腔构成。
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收稿日期:2006-01-24作者简介:黄 炜(1980-),男,江西新余人,硕士研究生,研究方向为电力电子技术,电力系统自动化.文章编号:1005-0523(2006)05-0105-04高压变频器散热系统的研究与设计黄 炜1,何人望1,周 瑜2(1.华东交通大学电气与电子工程学院;江西南昌330013;2.西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室710049)摘要:针对6K V/2.5K W 的高压变频器散热系统进行了研究与设计.在对高压变频器散热系统提出总体要求的情况下,通过对散热器的设计和选择来对高压变频器主要器件(如:IG CT ,二极管等)进行散热方面的保护.而后,对风机和风道进行设计,并通过气体体积流量数据证明散热系统能够满足高压变频器运行的需要.关 键 词:高压变频器;散热器;IG CT;风机;风道中图分类号:T M921 文献标识码:A1 引言随着电力电子装置向小型化和轻量化发展,更有效的散热技术成为了研究的重点,而如何设计出符合系统要求的散热系统则是电力电子装置研究中的热点与难点之一[1].高压变频器的散热系统,主要是针对功率半导体开关器件来设计.原因在于高压变频器发热的绝大部分是由于功率开关器件的损耗功率所引起的,或者说功率开关器件是高压变频器主要的热量来源.而功率开关器件本身对温度又比较敏感,温度的变化会影响器件的开通、关断过程,影响高压变频器的工作性能.而且当温度过度增高时,甚至会导致功率开关器件的永久损坏,从而使变频器无法工作.因此,大功率高压变频器的散热系统设计的好坏,直接关系到变频器能否安全稳定的工作.2 高压变频器散热系统设计的总体要求现今,在高压变频器的散热系统中,一般有强迫风冷散热和水冷散热两种方式.有资料表明,强制风冷的散热效果是自然风冷的10～20倍;水冷的散热效果是自然冷却的100～120倍[2].虽然后者具有极高的散热效率,但通常系统结构复杂,造价昂贵.因此,在本次设计高压变频器的散热系统时,采用强迫风冷散热.散热器的主要功能是保护半导体器件使其免受作为自身副产品产生的热量扰动而不正常运行.实际上,热传输与电传输有着极大的相似性,传输过程也有稳态和瞬态之分.热传输遵从热路欧姆定律:ΔT =PR th (1)式中:△T —温度差℃(相当于电势差);P —耗散的功率W (相当于电流);R th —热阻℃/W (相当于电阻).从上式出现的热阻主要由三部分组成:PN 结-管壳的热阻R thjc ,管壳-散热器的热阻R thcs ,散热器-环境介质的热阻R thsa .其中第一种热阻由生产器件的厂家决定,是个定值,后两种热阻都可以通过选择不同的散热器而改变.我们在进行择散热的设计时,主要的也就是通过选择合适的后两种热阻以达到散热要求.在多数情况下,(1)式常常写成如下形式:ΔT =P (R thjc +R thcs +R thsa )(2)除冷却方式和热阻R th 之外,在高压变频器散热系统的设计中以下参数是必须预先给定的[3]:3占据空间的有效容积;第23卷第5期2006年10月华东交通大学学报Journal of East China Jiaotong University V ol.23 N o.5Oct.,20063电力半导体器件的最高允许结温T jmax;3电力半导体器件的耗散功率P Loss;3电力半导体器件工作时的最高环境温度T A;那么,我们在已知上述条件下,可以得出总的最大容许热阻,并进而可以确定所需散热器的性能要求指标.最大容许热阻为:R th=R thjc+R thcs+R thsa=(T jmax-T A)/P loss(3)对于风机选择和风道的设计应作如下条件约束.在强迫风冷方式下,散热器的热阻与风机提供的风压和风量有较大的关系.风机的风压应该根据在散热器设计时所需要的热阻,通过查找热阻-风压曲线来确定.风机的风量可以采用如下经验公式: P=Q ×10-3ρc(T0-T A)(4)式中:Q—柜内总发热量,W;ρ—空气密度,kg/ m3;c—空气的比热容,k J/(kg·K);P—流量,m3/s; T0—排气口的空气温度,℃;T A—环境温度,℃.这样,根据风压和风量,就基本上可以确定风机的型号.而风道设计的基本原则是:一方面应该引导气流冲击散热器的散热表面,从而增强热交换,提高散热效果,另一方面要减少风道的风阻,以防止气流的压头损失过大.此外,出口风道还应保证热气流能顺利排出.3 6kv/2.5kw高压变频器散热系统的具体设计3.1 高压变频器的主电路结构图1所示的为所要研究的高压变频器的主电路结构,它采用24脉波不控整流桥和中性点箝位三电平SPW M逆变桥构成[4,5].3.2 整流桥主要功率器件二极管的散热损耗在散热设计时应先计算各种功率器件上的损耗.首先,对二极管整流时的功耗进行计算,二极管整流时的功率损耗计算式可以参考下式:P Diode=δI m V F+0.5I m V DM t rr f+(1-δ)I rm V R(5)式中:δ—占空比;I m—导通电流最大值,A; V F—二极管导通压降,V;V DM—截止承受反向电压,V;t rr—反向恢复时间,s;I rm—漏电流,A;V R—反向电压.由(5)和(3)式可以计算出整流桥的散热器所需要的热阻,考虑一定安全裕量的情况下,二极管散热器的热阻计算出应为0.15℃/W左右.3.3 逆变桥主要功率器件IG CT的散热损耗三电平逆变器的开关器件的损耗与开关器件的工作状态有很大的关系.对于三电平逆变桥,由图1可知,T1、T4只在半个工频周期内处于开、关状态,存在开关损耗,而在另半个工频周期内始终处于截止状态,可以近似考虑无损耗.T2、T3在半个工频周期内处于开、关状态,存在开关损耗,而在另半个工频周期内一直处于导通状态,存在通态损601 华东交通大学学报 2006年耗.因此,T 2、T 3的发热最厉害,对散热的要求也最高,在设计散热时要特别注意.IG CT 的通态损耗可以根据IG CT 导通时的饱和压降和电流来计算,如式(6): P on -state (T )=V T 0I T AV +γT I 2rms (6)式中:V T 0—IGCT 通态时门槛电压,V ;I T AV —等效电流,A ;r T —通态电阻,Ω;I rms —电流有效值,A.IG CT 的开、关损耗为: P sw (T )=(E on +E off )·f sw(7)式中:E on —IGCT 开通损耗,J ;E off —IG CT 关断损耗,J ;f sw —开关频率,H z.IG CT 的开通损耗和关断损耗可根据产品手册上的相关曲线查取.因此,IG CT 的总损耗为: P (T )=P on -state (T )+P sw (T )(8)由式(8)和式(3)可以计算出IG CT 用散热器的热阻.根据IG CT 产品手册提供的相关数据和并考虑实际的需要,IG CT 的热阻计算出应小于0.04℃/W.3.4 散热器的选择根据以上的计算,我们选择的散热器为西安电子科技有限责任公司研制的XF97-A 型的散热器.XF97-A 型的散热器是专门为IG CT 器件散热设计的,它具有体积小,散热面积大,散热效率高等特点.表1给出了它的散热特性.由表1可以看出,在风压和风量适合的条件下,该型号的散热器可以满足IG CT 散热时的使用要求.表1 XF97-A 型风冷散热器热特性表(管心直径78mm )风压/Pa 300400500600700800风量384551566065单面散热热阻/K /kW 30.028.026.325.224.423.7双面散热热阻/K /kW 41.237.134.732.931.230.03.5 风机选型和风道设计在风机选型和风道设计时,应先计算出的每个柜体的总热量.在发热量计算时,除了考虑功率开关器件的损耗外,还需要考虑回路母线的发热和吸收回路的损耗.然后根据式(4),可以计算出所需风机的风量大小;根据散热器热阻要求,可以确定风机的风压.从而可以确定所需风机参数,选择适当的风机.计算表明,当逆变侧采用3个功率柜时,每个柜体的总发热量约为11kW 左右.考虑风道引起的风压损失等因素,每个柜体所需风机的风量不应低于1000L/s ,风压不低于700Pa.变频器散热系统结构采用了前进风,后出风的方案,如图2所示.柜体的前部用于安装IG CT 组件,柜体后部为一个独立的封闭风腔,IG CT 组件中的每一个散热器都通过独立的引风罩与风腔相连.置于柜体顶部的抽风机迫使外部气流从前门进风口进入柜体内,穿过IG CT 组件的散热器并发生热交换后被引入到风腔,然后经出风口排出.由于组件的每个散热器都通过独立的风罩与风腔密封连接,迫使气流通过散热器齿间间隙,因此保证了气流与散热器的热交换面积,提高了气流的利用率.为了保证进入柜体的气流洁净,还应在入风口设置滤网.701第5期 黄 炜,等:高压变频器散热系统的研究与设计 为验证设计的风道及选择的风机是否满足散热的基木要求,对图2所示柜体的布局进行了空气流量的测量.测量断而选在风机出口的A-A面上,如图3所示,共设置9个测点,各测点的半径分别为:r0=0,r1=25mm,r2=50mm,r3=75mm,r4=100mm,r5=125mm,r6=150mm,r7=175mm,r8=199 mm.表2所示实验采用毕托管测量气流速度的测量数据.由测试的结果可见,设计的风道和选择的风机均能满足散热要求.表2 流量测量数据(300V时,气体体积流量Q=1000L/s;400V时,气体体积流量Q=1333L/s)测点序号i风机风压/V012345678测点半径ri/mm 3004000255075100125150175199液柱长度L/mm 300400121611151115121645523445214818201317速度m/s 3004006.7967.9856.5017.2396.5017.2407.0757.98712.80814.30911.14012.7979.00713.9498.3528.9656.8038.2274 结语对6kV/2.5kW高压变频器的散热系统进行了研究与设计.在提出总体要求的情况下,针对高压变频器主要器件进行散热设计并选择出了散热器型号和风机、风道.而后,对气体流量进行测量与记录,气体体积流量数据证明散热系统能够满足高压变频器运行的需要.参考文献:[1]费万民,姚文熙,吕征宇,等.中高压变频调速技术综述[J].电力电子技术.2002,63,(2):74～78.[2]杨 旭,马 静,张新武,王兆安,等.电力电子装置强制风冷散热方式的研究[J].电力电子技术,2000,34(4): 36～38.[3]张舟云,徐国卿,沈祥林.牵引逆变器散热系统的分析与设计[J].同济大学学报.2004.38(15):67～72.[4]刘文华,宋强,严干贵,等.采用IG CT电压型三电平逆变器的高压变频调速器[J].电力系统自动化.2002,26(20):61～65.[5]Wang Dan,Mao Chengxiong,Lu Jiming,et aL.Design ofSnubber for Series IG CTs Used in High P ower and Medium V oltage C onverter[A].38th International Universities P ower Engineering C on ference(UPCE)[C]2003:157～160.R esearch and Design of H eat Sinking in H igh2voltage I nvertersHUANG Wei1,HE R en2w ang1,ZH OU Yu2(1.School of E lectrical and E lectronic Eng.,East China Jiaotong Univ.,Nanchang330013;2.S tate K ey Laboratory of E lectrical Insulation and P ower Equipment,X i’an Jiaotong University,710049,China)Abstract:In this thesis,heat sinking system in6kv/2.5kw high2v oltage inverter is studied and designed.Main electron2 ic com ponents(such as IG CT,diode)are protected by designing and selecting heat Sinking.Then,fan and wind duct are designed.According to data of air flux,it is verified that the heat sinking system can protects high2v oltage inverter.K ey w ords:high2v oltage inverter;heat sinking;IG CT;fan;wind duct.801 华东交通大学学报 2006年。