隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，同時(shí)也推進(jìn)了變頻技術(shù)的發(fā)展。變頻器是通過(guò)利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。原來(lái)一直難于解決的變頻器高壓?jiǎn)栴}，近年來(lái)通過(guò)器件串聯(lián)或單元串聯(lián)得到了很好的解決。
高溫環(huán)境下變頻器使用安全事項(xiàng)：
1、 監(jiān)控并認(rèn)真記錄變頻器人機(jī)界面上的各項(xiàng)參數(shù)顯示，出現(xiàn)異常應(yīng)立即反映
2、 監(jiān)控并認(rèn)真記錄變頻室的環(huán)境溫度，環(huán)境溫差應(yīng)在-5℃~40℃之間。移相變壓器的溫度不能超過(guò)130℃
3、 溫度較高的夏季，變頻器安裝場(chǎng)地應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)散熱。周圍空氣中應(yīng)確保不含有過(guò)量的塵埃，鹽、酸、腐蝕性及爆炸性氣體
4、 同時(shí)作為多雨季節(jié)的夏季，變頻器內(nèi)部應(yīng)防止雨水進(jìn)入(例如雨水順風(fēng)道出風(fēng)口進(jìn)入)的防護(hù)工作。
5、 安排定期清理工作，變頻器柜門(mén)上的過(guò)濾網(wǎng)通常每周應(yīng)清掃一次，如工作環(huán)境灰塵較多，清掃間隔還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況縮短
6、 正常運(yùn)行中的變頻器，其柜門(mén)進(jìn)風(fēng)口過(guò)濾網(wǎng)上，一張標(biāo)準(zhǔn)厚度的A4紙應(yīng)能牢固的吸附在上面
7、 必須保持變頻室的干凈整潔，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況應(yīng)隨時(shí)清理干凈。
8、 變頻室的通風(fēng)、照明可視度必須良好，散熱通風(fēng)設(shè)備(空調(diào)、通風(fēng)扇等)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
在所有電力電子的大型設(shè)備中，都幾乎會(huì)隨著溫度的升高，影響設(shè)備失效率的增加，因此重載變頻器 功率器件的散熱設(shè)計(jì)直接關(guān)系到設(shè)備的可靠性與穩(wěn)定性。大功率重載變頻器往往要求有極高的可靠性，影響電力電子設(shè)備失效的主要形式是熱失效，據(jù)統(tǒng)計(jì)，50%以上的電子熱失效主要是由于溫度超過(guò)額定值引起的。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上來(lái)說(shuō)散熱技術(shù)是保證設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于三科變頻器公司重載變頻器設(shè)備功率大，一般為MW級(jí)，在正常工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。為保證設(shè)備的正常工作，把大量的熱量散發(fā)出去，優(yōu)化散熱與通風(fēng)方案，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)與計(jì)算，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高效散熱，對(duì)于提高設(shè)備的可靠性是十分必要的。
散熱計(jì)算
正常工作中的重載變頻器，其熱量源頭主要是隔離變壓器、功率單元、電抗器、控制系統(tǒng)等，其中作為主電路電子開(kāi)關(guān)的功率器件的散熱、功率單元的散熱設(shè)計(jì)及功率柜的散熱與通風(fēng)設(shè)計(jì)最為重要。對(duì)igbt或igct功率器件來(lái)說(shuō)，其pn結(jié)不得超過(guò)125℃，封裝外殼為85℃。有研究表明，元器件溫度波動(dòng)超過(guò)±20℃，其失效率會(huì)增大8倍。
設(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)的關(guān)鍵事項(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。
計(jì)算排風(fēng)量
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，℃。
為增加了風(fēng)機(jī)壽命又提高了設(shè)備的通風(fēng)效率，應(yīng)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。
風(fēng)道設(shè)計(jì)
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)阻小;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)，三科變頻器的變頻器選擇并聯(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以上各種不同結(jié)構(gòu)及層次上對(duì)系統(tǒng)散熱、溫度場(chǎng)及內(nèi)部流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行高效、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便的定量分析。根據(jù)仿真結(jié)果，對(duì)散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估、修改，然后再次仿真，直到得到滿足要求的結(jié)果。通過(guò)這種方式，我們對(duì)熱失效進(jìn)行了很好控制，從而大大提高了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。
結(jié)束
通常來(lái)說(shuō)變頻器是一種使電動(dòng)機(jī)變速運(yùn)行進(jìn)而達(dá)到節(jié)能效果的設(shè)備，會(huì)習(xí)慣性的把額定電壓在3kV到10kV之間的電動(dòng)機(jī)稱為重載電機(jī)，因此一般把針對(duì)3kV至10kV高電壓環(huán)境下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)而開(kāi)發(fā)的變頻器稱為重載變頻器。重載變頻器適用于大功率風(fēng)電、水泵的變頻調(diào)速。相對(duì)的與輕載變頻器相比，重載變頻器可以達(dá)到更加明顯的節(jié)能效果。
