大功率水冷型变频器概述.docx

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35%。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。二、水冷与强迫风冷特点对比水冷冷却方式强迫风冷冷却方式换热系数3500W /（m2），散热效果好换热系数为35W/（m2），散热效果较差整机外形尺寸小，结构紧凑，节省空间体积庞大，占地面积大水冷设备声音非常小，设备运行环境好，主要动力部件如水泵等采用一用一备方式，可靠性高，稳定性好设备中有风机，随着变频器功率增大，风机数量越来越多，振动和噪声很大，且风机寿命有时间限制，稳定性差变频器不受空间限制，因为配水管道不存在传输距离的限制，且体积小变频器不宜远置，因为风管传输距离不宜太远，否则风机风压太大，不易选择能将系统温度降至室温以下，不受室温限制散热能力有限，不能将系统温度降至室温以下不受环境影响，可以在粉尘及有害气体的环境中正常运行环境无导电的粉尘及有害气体，粉尘附着到散热器上，增加热阻，影响热量交换与电气绝缘；适用于各种功率变频器，尤其是大功率和使用环境恶劣的变频器应用于大功率变频器散热效果差三、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） 12 3 450 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； 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不锈钢管道冷却水快速接头功率单元柜 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）：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