大功率水冷型变频器概述

合康变频大功率水冷型变频器介绍
产品设计部：聂鹏一、技术背景
高压变频器在运行过程中要产生一定的功耗，一般为其容量的3~5%。

其中
移相变压器约占45%，整流及逆变约占40%，控制系统、主回路电缆与铜排等约占15%。

高压变频器的散热方式主要以自然冷却、强迫风冷、水冷三种方式为主。

国内高压变频器的散热方式以强迫风冷为主流。

随着国内变频器技术近几年持续的发展，变频器容量的不断提高，强迫风冷散热受散热器面积、环境温度、变频器使用环境、风机体积与噪音等多方面原因影响，已不能完全满足大功率变频器的散热要求。

影响高压变频器可靠性的多种因素中，散热是至关重要的，大功率半导体器件与移相变压器工作时所产生的热量，将导致器件温度的升高，如果没有适当的散热措施及时将热量带走，就可能导致器件温度超过器件所允许的最高结温，从而导致器件性能的恶化甚至损坏。

所以在设计中，选择适当的散热方式，并进行合理的设计，能有效延长器件使用寿命，是提高变频器可靠性不可缺少的重要环节之一。

由于水冷散热方式具有优异的散热性能和较高可靠性，且对环境适应能力强，所以水冷散热在大功率高压变频器上应用非常必要。

三、合康变频水冷型变频器组成与散热原理
3.1 变频器组成部分
水冷型变频器由启动柜、移相变压器、功率单元柜、控制柜与循环纯水冷却机组组成。

与强迫风冷型变频器比较，循环纯水冷却机组为新增加部件，其它部件两者无区别。

（见图一）
图一
1. 启动柜、
2. 移相变压器、
3. 功率单元柜、4控制柜、5. 循环纯水冷却机组3.2冷却回路工作原理介绍
3.2.1冷却回路示意图（见图二）
图二
1
2
3
4
5
3.2.2冷却回路工作描述
冷却水在主循环泵的驱动下，沿管道以恒定的流速通过功率单元散热器，连续不断地带出热量；冷却水升温后沿主管回路进入换热器设备进行热量交换；换热后的冷却水回流至主循环泵的进口，形成一个封闭的循环冷却系统。

水冷系统控制模块根据预设的冷却水温度值自动调节换热比例，从而精确地控制水的温度。

根据冷却容量、现场环境条件的不同，系统可以采用水—水、水—风等各种二次热交换形式将热量释放到环境中。

四、合康变频水冷型变频器方案介绍 4.1变压器
4.1.1 组成部分（见图三）
图三
4.1.2工作原理
变压器类型：强迫油循环水冷却式油浸变压器
变压器油箱、油水换热器、油泵通过管道串联成封闭的回路。

变压器工作时产生热量，因变压器本体浸泡在冷却油中，热量传递给冷却油。

在油泵的作用下，强迫冷却油流动，热油从油箱上端流出，通过封闭管道流经油水换热器时与冷却水进行热交换，热油中的热量被冷却水带走，冷却后的油沿管道重新回到油箱，以此循环实现变压器的散热。

4.1.3 特点：
➢ 冷却类型：油水换热； ➢ 损耗小，效率＞99%；
➢ 过载能力强，1.5倍容量下可持续运行120分钟；
变压器油箱
油水换热器冷却水入口
变压器回油管道
油水换热器
油水换热器冷却水出口 图三
➢采用专利技术，保证出线抽头可靠密封。

4.2、功率单元（见图四）
4.2.1 散热方式：功率单元采用水冷为主，风冷为辅的散热方式
4.2.2 方案与特点
➢单元冷却水管采用并联接入方式，保证流量均匀分布；
➢独立的单元电解电容散热风道，电容运行温度低、寿命长；
➢采用叠层母排设计，寄生电感小、单元结构紧凑；
➢功率单元散热器采用真空钎焊式水冷散热器，水冷散热器进水口、回水口为
双截流快速接头，方便功率单元的更换；
➢功率单元柜主管道为不锈钢管道，单元与主管道间采用橡胶软管，保证单元
绝缘。

单元连接橡胶软管水冷散热器
冷却水快速接头冷却水不锈钢管道
功率单元柜功率单元
图四
4.3、循环纯水冷却机组
4.3.1 循环原理图（见图五）：
M
T T
μS
1
2
S 120-L C U 160/65-W /W 循环原理图
43
42
35
元件明细表：
1、循环泵
2、单向阀
3、 球阀
4、排水阀
5、三通阀 7、调节阀 8、换热器 9、温度变送器10、排水阀 11、出水口 12、进水口 15、排气阀 1
6、压力表 1
7、水过滤器 1
8、压力表 1
9、电导率变送器20、温度变送器 21、压力变送器 22、球阀 23、调节阀 24、电磁阀 25、交换树脂 26、排水阀 27、过滤器28、球阀 30、膨胀罐 32、排水阀 33、调节阀 34、球阀 35、流量传感器 36、温度变送器 37、压力变送器38、电加热器 39、脱气器 40、排水阀 41、排气阀 42、球阀 43、球阀 44、冗余泵 45、单向阀46、球阀 47、补水泵 48、过滤器 49、压力表 50、单向阀 51、调节阀 52、球阀 53、流量计
P T 36T T
37
P T
M
46
3
M
散热板散热板散热板散热板散热板散热板散热板
散热板
7
10
4
15
161817
1920
2122
2324
25
2627
2728
303233
34
39
4140
44
45
47
48
49
5051
H e a t
38
M
5
T T
9
8
11
12
53
52
图五
4.3.2 工作原理
冷却水在主循环泵的驱动下，沿管道以恒定的流速通过功率单元散热器，不断带出热量，冷却水升温后沿主管回路进入换热器设备进行热量交换，降温后的冷却水回流至主循环泵的进口，形成一个封闭的循环冷却系统。

系统控制模块根据预设的冷却水温度值自动调节换热比例，从而精确地控制水的温度。

根据冷却容量、现场环境条件的不同，系统可以采用水—水、水—风等各种二次热交换形式将热量释放到环境中。

因高压变频器是在高压的环境下运行，冷却水必须具备极高的电阻率，因此在主循环冷却回路上并联了去离子水处理旁路，一定比例的冷却水流经离子交换器，不断去除设备及管路中析出
的离子。

为保持管路的压力恒定和冷却水的冲满，及缓冲冷却水因温度变换而产生的体积变化，系统中设置了缓冲罐及补水装置。

4.3.3特点：
➢管道回路中的所有器件均采用不锈钢材质，防腐性好；
➢独立的去离子水处理旁路装置；
➢独立的PLC监控系统可实现远程控制。

➢全面的预警保护功能。

例如：漏水监控与报警、凝露监控与控制、水的恒温控制与水温高报警、水的电导率监控与报警等等。

五、现场运行条件
➢安装于独立的封闭空间，根据变频器容量大小配备散热空调。

空调功率选择公式：
P空调=（P变频器（kVA）*1%）/2.5，单位匹。

➢现场提供5-32℃冷却水源，其流量与变频器容量有关。

如无冷却水源，供货时可提供二次水冷却设备。

六、产品推广及应用
2014年HIVERT系列水冷变频器以其调速范围广、可靠性高、运行稳定、过载能力强、耐高温、高湿、防腐等特点受到客户的青睐。

不但成功应用于兰铝自备电厂给水泵变频改造项目；并且打破了国外垄断，率先进入军核领域；另外，HIVERT系列水冷变频器配套远程监控系统，投运于青铜峡铝业净化风机变频改造项目，节电率高达34%，不但实现了远程监控也为客户提高了经济效益。

HIVERT系列水冷变频器以其强大的特点优势，具有独特的冷却系统，广泛应用于军工、航天、污水处理、冶金、化工、钢铁、水泥、印刷、食品、橡胶、医药、建筑等行业。