摘要：散熱問題是困擾大功率高壓變頻器安全運行的重要部分，本文主要介紹合康HIVERT系列水冷高壓變頻器散熱的優(yōu)越性及現(xiàn)場實際應用。

1、引言

隨著高壓變頻器在各個行業(yè)的廣泛應用，關于高壓變頻器在應用中帶來的系統(tǒng)安全，設備穩(wěn)定性的應用問題也越來越多的受到關注，除了解決好高壓變頻器的系統(tǒng)穩(wěn)定性，還要解決好變頻器本體的散熱問題，這是保障變頻器安全運行的重要部分。目前國內高壓變頻器還是以風冷為主要散熱方式。隨著變頻器功率的增大，風冷已經滿足不了變頻器自身散熱的要求，而解決大功率變頻器散熱的問題，無疑水冷是最好散熱方式。目前只有少數廠商在大功率水冷型高壓變頻器有應用業(yè)績，合康7400kW水冷變頻器在河北省遷安市鑫達鋼廠的成功應用，標志著合康在大功率水冷型高壓變頻器上取得了新的突破，提高公司在行業(yè)內的競爭實力。

2、水冷與風冷的散熱方式對比

高壓變頻器安裝對環(huán)境溫度的要求為-5℃～45℃。大量研究表明，高壓變頻器的故障率隨溫度升高而上升，使用壽命隨溫度升高而下降，環(huán)境溫度升高10℃，高壓變頻器使用壽命將減半。高壓變頻器內部使用了相當多的高精度的電子元器件，在影響電力電子裝置可靠性的多種因素中，散熱是至關重要的一項。大功率半導體器件工作時所產生的熱量，將導致芯片溫度的升高，如果沒有適當的散熱措施，就可能使芯片溫度超過最高允許溫度值，從而導致器件性能的惡化以致?lián)p壞。所以在電路設計中，選擇適當的散熱方式，并進行合理的設計，是使器件的潛力得到充分發(fā)揮，提高電路可靠性不可缺少的重要環(huán)節(jié)之一。

3、風冷的冷卻方式

變頻器從柜體的正面吸入空氣，經過柜頂風機將變頻器內部的熱量帶走排出到室內，從而在變頻器上面形成一個溫度偏高、壓力偏高的氣旋渦流區(qū)域，在變頻器的正面部分形成一個偏負壓區(qū)域，在運行中，變頻器功率柜上部區(qū)域實際上是吸入剛排出的熱風進行冷卻，形成氣流短路，風不能達到有效的冷卻效果。風冷的冷卻系統(tǒng)主要包括散熱片和冷卻風扇。其中冷卻風扇壽命較短，壽命受限于軸承，臨近使用壽命時，風扇產生震動，噪聲增大最后停轉，變頻器出現(xiàn)單元過熱跳閘。

4、冷+空調的冷卻方式

使用空調可以將室內溫度降到理想的環(huán)境溫度，空調通常采用的是下進上出風結構，這樣與變頻器側進上出風在一定程度上形成了“搶風”的現(xiàn)象，變頻器吸入的空氣不完全是空調降溫后的冷空氣，空調的降溫處理沒有把變頻器排出的熱空氣全部降溫，導致了整個冷卻系統(tǒng)的運行效率低下，能耗水平高。

變頻器自身就是節(jié)能設備，采用空調冷卻造成能源的二次浪費，這種情況在超大功率的高壓變頻器應用系統(tǒng)中更加明顯。

超大功率高壓變頻器采用空調冷卻系統(tǒng)投資和運行費用非常昂貴，空調設備的可靠性和運行安全系數也直接影響變頻器的安全和穩(wěn)定運行。

5、空--水冷的冷卻方式

將變頻器的熱風通過風道直接經過空-冷裝置進行熱交換，由交換器內部的冷卻水管道與熱空氣進行非介質接觸式交換，直接將變頻器散失的熱量帶走,避免變頻器對室內環(huán)境形成加熱作用�？绽溲b置的供冷水溫度不大于33℃時，即可保證熱風經過熱交換器后，將變頻器室內的環(huán)境溫度控制在不高于40℃。

在空-水冷卻系統(tǒng)中，對安裝空間及環(huán)境溫度有著較高的要求。需保證換熱器所在環(huán)境溫度小于要求達到的溫度，否則，無法達到溫度要求；空間要求，換熱器需要有良好的通風，所以，在安裝時周圍至少留有≥500mm的通風空間�？绽溲b置出口側易產生凝露并帶水排入室內，對變頻器運行環(huán)境產生了不利的影響；空-水冷卻裝置采用兩套設計，增加了設備成本；同時對水的質量要求較高，在條件比較惡略的鋼廠，如果直接采用鋼廠燒結冷卻水塔的水，需每隔半個月清洗一次水過濾器及空-水冷卻裝置。

6、水冷的冷卻方式

水冷系統(tǒng)分為內循環(huán)水冷和外循環(huán)水冷，變頻器內部功率單元采用水冷板散熱，水通過管道進入水冷板，將IGBT等功率元件的發(fā)熱傳遞給水后，由水帶走，進入水-水熱交換器，水-水熱交換器通過和外循環(huán)水換熱，熱量由外循環(huán)水帶走，冷水進入單元水冷板繼續(xù)循環(huán)。為防止外部環(huán)境溫度引起變頻器內部有凝露現(xiàn)象產生，在水冷管道內加入加熱裝置。變頻器外部水溫低于25℃時，水冷系統(tǒng)會自動啟動加熱器，同時將散熱外水通過旁路管道直接回流，當水溫高于25℃時，自動關閉加熱器，根據溫度的大小，自動調節(jié)外水通過散熱板的流量，讓外循環(huán)水帶走內循環(huán)水的熱量。

綜合上述描述，合康HIVERT系列水冷高壓變頻器標準采用水冷方式與其它冷卻方式相比具有很大的優(yōu)勢：

（1）水冷系統(tǒng)可保證整個系統(tǒng)工作在最佳溫度點，而風冷系統(tǒng)對外界環(huán)境波動敏感，不易保持在最佳工作點。對于電子控制系統(tǒng)，工作在最佳溫度點意味著高可靠性和最長的使用壽命。

（2）水冷系統(tǒng)對環(huán)境要求低，而空冷系統(tǒng)對環(huán)境要求高。變頻系統(tǒng)最佳工作點在0~40℃，按照大功率變頻器的效率為98%的話，意味著變頻器有很大的熱量需要散發(fā)，風冷系統(tǒng)將很大的熱量排走需用一大容量或者超大容量的空調設備，投資大，長期運行費用高。

（3）風冷系統(tǒng)靠外風循環(huán)，對室內環(huán)境要求嚴格，灰塵很容易在高壓變頻器內元器件和過濾網上集結，容易造成