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浅谈大功率高压变频器如何散热

作者:http://www.dgsfgy.com 发布时间:2016-07-01 浏览:
        大功率高压变频器往往要求有极高的可靠性,影响电力电子设备失效的主要形式是热失效,据统计,50%以上的电子热失效主要是由于温度超过额定值引起的。从结构设计上来说,散热技术是保证设备正常运行的关键环节。由于高压变频器设备功率大,一般为MW级,在正常工作时,会产生大量的热量。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。
 
1、散热计算
        高压变频器在正常工作时,热量来源主要是隔离变压器、电抗器、功率单元、控制系统等,其中作为主电路电子开关的功率器件的散热、功率单元的散热设计及功率柜的散热与通风设计最为重要。对igbt或igct功率器件来说,其pn结不得超过125℃,封装外壳为85℃。有研究表明,元器件温度波动超过±20℃,其失效率会增大8倍。
 
2、散热设计注意事项
        (1)选用耐热性和热稳定性好的元器件和材料,以提高其允许的工作温度;
        (2)减小设备(器件)内部的发热量。为此,应多选用微功耗器件,如低耗损型igbt,并在电路设计中尽量减少发热元器件的数量,同时要优化器件的开关频率以减少发热量;
        (3)采用适当的散热方式与用适当的冷却方法,降低环境温度,加快散热速度。
 
3、排风量计算
        在最恶劣环境温度情况下,计算散热器最高温度达到需求时候的最小风速。根据风速按照冗余放大率来确定排风量。又根据风量和风压确定风机型号,使得风机工作在效率最高点处,即增加了风机寿命又提高了设备的通风效率。
 
4、风道设计
        串联风道是由每个功率模块的散热器上下相对,形成上下对应的风道,其特点由上下多个功率单元形成串联的通路,结构简单,风道垂直使得风阻小;但由于空气从下到上存在依次加热的问题,造成上面的功率单元环境温差小,散热效果差。
        并联风道中从每个功率单元的前面进风,对应的进风口并联排列,在后面的风仓中汇总后由风机抽出,同时整个功率柜一般采用冗余的方法,有多个风机并联运行,整体散热效果好,并提高了设备的可靠性。但柜体后面要形成风仓,增大了设备的体积,同时由于各个功率单元后端到风机的距离不同,使得每个功率单元的风流量不一致,是设计的难点。
        根据串联风道和并联风道的特点,高压变频器选择并联风道设计,并形成了独有的结构专利技术。
 
5、仿真分析
        利用仿真软件可以在以上各种不同结构及层次上对系统散热、温度场及内部流体运动状态进行高效、准确、简便的定量分析。根据仿真结果,对散热结构进行评估、修改,然后再次仿真,直到得到满足要求的结果。通过这种方式,可对热失效进行很好控制,从而大大提高了设备的可靠性和稳定性。