變頻器是利用電力半導(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。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，高壓大功率變頻調(diào)速裝置不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓問題，近年來通過器件串聯(lián)或單元串聯(lián)得到了很好的解決，本文通過對成套變頻器柜的幾種散熱方案進(jìn)行比較，得出相對優(yōu)化的散熱方案。

一般而言變頻器的轉(zhuǎn)化效率一般為97%～98%，這就是說有2%～3%的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽h(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般開關(guān)、交流接觸器等電器產(chǎn)生的熱量。變頻器柜中一般配置有斷路器、熔斷器、輸入電抗器、輸入濾波器、變頻器、輸出濾波器、輸入電抗器等，從而使變頻器的故障率隨溫度升高而成指數(shù)上升，使用壽命隨溫度升高而成指數(shù)下降。據(jù)相關(guān)研究表明環(huán)境溫度升高10℃，變頻器平均使用壽命減半。在變頻器工作時，流過變頻器的電流是很大的，變頻器產(chǎn)生的熱量也是非常大的，因為不能忽視其發(fā)熱所產(chǎn)生的影響。

（高壓變頻器過熱引起的自燃事故）

變頻器的發(fā)熱量計算方式

要了解一臺獨(dú)立式變頻器的發(fā)熱量大概是多少，可以用以下公式估算：

發(fā)熱量的近似值=變頻器容量(kW)×5.5%    

但是如果變頻器容量是以恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為準(zhǔn)的（過流能力150%×60s），變頻器帶有直流電抗器或交流電抗器，并且為柜內(nèi)安裝，這時發(fā)熱量會更大一些。電抗器安裝在變頻器側(cè)面或側(cè)上方比較好。這時可以用下式估算變頻器產(chǎn)生的熱量：

 發(fā)熱量的近似值=變頻器容量(kW)×6%   

電控柜安裝變頻器的散熱設(shè)計

1、風(fēng)冷散熱

圖-1 (a)為壁掛式電控柜頂部裝抽風(fēng)機(jī)抽出熱風(fēng)；圖-1(b)為控制臺式電控柜上部裝抽風(fēng)機(jī)抽出熱風(fēng)；圖3-1(c)為大型立式電控柜頂部裝大抽風(fēng)機(jī)，地溝和柜體下部要有良好進(jìn)風(fēng)口；圖-1(d)為大型立式電控柜裝有控制單元和制動電阻的情況，頂部裝大抽風(fēng)機(jī)，地溝和柜體下部要有良好進(jìn)風(fēng)口。

（圖-1）

2、循環(huán)水冷卻

高壓變頻器采用循環(huán)水冷卻方式可以大大提高散熱效率，使得單位功率的體積小，可極大的減小整機(jī)的尺寸。與強(qiáng)制空氣冷卻相比，散熱器表面與流體的溫差比較小，一方面可以提高功率，另一方面可以降低芯片的溫度，提高其壽命。但采用循環(huán)水冷卻方式需要有水循環(huán)與處理設(shè)備，增加了設(shè)備的復(fù)雜程度。采用該方式時，應(yīng)注意為防止純水會引起生銹與結(jié)凍，一般采用水與醇混合?；旌媳壤龝绊懙嚼鋮s液的熱阻，當(dāng)混合比例為50%時，其熱阻一般增大50%。正常情況下應(yīng)保證水的流速不小于8升/分。

（高壓變頻器采用循環(huán)水冷卻方式）

3、管散熱器

熱管散熱器是采用水或其它傳熱流體為冷卻介質(zhì)，密封在具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)的銅管內(nèi)的沸騰散熱器。功率器件產(chǎn)生的熱量通過散熱器傳導(dǎo)給流體，流體汽化后擴(kuò)散至整個銅管，以散熱片散熱冷卻成水后回流到吸熱面。熱管散熱器具有傳熱能力強(qiáng)、均溫能力優(yōu)良、熱密度可變、無外加設(shè)備、工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單，重量輕、不用維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，一般適用于大功率、分立元件的場合;在一些特殊的生產(chǎn)工況如粉塵比較多的地方（煤礦、焦化廠、部分化工廠）可以采用熱管散熱器，因為可以做到整個功率變換部分的密閉性。

（高壓變頻器管散熱器）

高壓變頻器柜體散熱方式

當(dāng)變頻器在電控柜內(nèi)布置方案都確定后，柜體內(nèi)部主要的散熱方式就是采用強(qiáng)制風(fēng)冷，采用強(qiáng)制風(fēng)冷方式需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮散熱風(fēng)道。

通常有兩種方式：串聯(lián)風(fēng)道和并聯(lián)風(fēng)道。

1、串聯(lián)風(fēng)道

串聯(lián)風(fēng)道是柜內(nèi)元件安裝上下相對，形成上下對應(yīng)的風(fēng)道，其特點(diǎn)由上下多個模塊形成串聯(lián)的通路，結(jié)構(gòu)簡單，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題，造成上面的功率單元環(huán)境溫差小，散熱效果差。

2、并聯(lián)風(fēng)道

并聯(lián)風(fēng)道是柜內(nèi)元件并列安裝，每個進(jìn)風(fēng)口并聯(lián)排列，在后面的風(fēng)倉中匯總后由風(fēng)機(jī)抽出，同時整個功率柜一般采用冗余的方法，有多個風(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，增大了設(shè)備的體積，同時由于各個功率單元后端到風(fēng)機(jī)的距離不同，使得每個功率單元的風(fēng)流量不一致。

但是在實(shí)際變頻器柜散熱方案設(shè)計過程中大多都是是兩種風(fēng)道方式結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際場景進(jìn)行應(yīng)用才是控制變頻器柜溫升最行之有效的方法。