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高壓變頻調速系統雖然是一種非常高效的調速裝置，但是在運行中，仍然有2%-4%左右的損耗，這些損耗都變成熱量，最終耗散在大氣中。如何把這些熱量順利的從變頻器中帶出來，是變頻器設計中一個非常重要的問題。<BR> 高壓變頻器的發熱部件主要是兩部分：一是整流變壓器，二是功率元件。功率元件的散熱方式是關鍵。現代變頻器一般采用空氣冷卻或者水冷。在功率較小時，采用空氣冷卻就能夠滿足要求。在功率較大時，則需要在散熱器中通水，利用水流帶走熱量，因為散熱器一般都有不同的電位，所以必須采用絕緣強度較好的水，一般采用純凈水，它比普通蒸餾水的離子含量還要低。在水路的循環系統中，一般還要加離子樹脂交換器，因為散熱器上的金屬離子會不斷的溶解到水中，這些離子需要被吸附清除。<BR> 應該說，從散熱的角度來說，水冷是非常理想的。但是，水循環系統工藝要求高，安裝復雜，維護工作量大，而且一旦漏水，會帶來安全隱患。所以，能夠用空氣冷卻解決問題的場合，就不要采用水冷。<BR> 空氣冷卻能夠解決的散熱功率，畢竟有一個極限，這個極限與技術類別有關。比如，ABB公司的ACS1000系列三電平變頻器，規定在2000KW以上就必須采用水冷，而美國的羅賓康公司和AB公司，對于3200KW/6KV的變頻器，仍然采用空氣冷卻。這又是為什么呢？<BR> 原來，空氣冷卻能夠從設備中帶出來的熱量，與有效散熱面積的大小有關系，散熱面積越大，能夠帶走的熱量就越多。元器件的數目越多，散熱的面積就越大，空氣冷卻的效果就越好。對于6KV的變頻器，比3KV的變頻器器件數目多，而且單只器件的電流小，所以可以有較大的散熱面積，相當于熱量均分了。<BR> 有人會說，我增大散熱器的面積，不就增大了散熱面積了嗎？我公司產品開發部的試驗證明了這是一個悖論。電力電子元件的熱量按照如下方式傳導：沿散熱器表面散開，再沿表面傳遞到散熱片上，被空氣帶走。沿散熱器表面散開的面積是非常有限的，離開元件較遠處，已經基本感受不到熱量，所以把散熱器表面做大到一定程度，對散熱效果的增加已經沒有意義。對于散熱器的齒片也是一樣，齒根處溫度較高，齒尖處只有很少的熱量到達，所以增高齒片到一定程度，對散熱也毫無用處。<BR> 所以，要解決大功率產品的空氣冷卻問題，唯一有效的辦法是，利用很多的元器件，均攤熱量，增大有效的散熱面積。<BR> 當然，采用功耗較小的新一代元器件，或者采用熱阻較小的新式散熱器，也可以使空氣冷卻的變頻器功率更大，例如，在目前的IGBT封裝形式下，原來我們發現，如果不采用器件并聯，我們只能做到1800KW/6KV，現在，由于新一代IGBT器件和新式散熱器的采用，我們可以做到2300KW/6KV。這是技術研究的另一方面，與上面的分析不矛盾。<BR> 那么，為什么我們在2500KW/6KV以上的變頻器中采用IGBT并聯？并不是因為我們買不到那么大電流的IGBT，而是因為，通過試驗我們發現，在現有的技術條件下，如果不采用元器件并聯增大有效散熱面積，無法將內部的熱量用空氣帶出來，無法保證元器件的溫升滿足要求。<BR> 我們現在研究開發5000KW/6KV的變頻器，為什么我們比較有把握？因為原來我們開發的3200KW/6KV變頻器，是用15個功率單元帶走熱量，到了5000KW時，我們把功率單元增加到24個，每個功率單元帶走的熱量仍舊差不多。<BR> 有人又會問：為什么ABB公司不采用元器件并聯呢？這是因為，在所有的器件中，只有IGBT和MOSFET是正溫度系數，適于并聯，IGCT是不適于并聯的，所以他們必須采用水冷了。<BR> 關于變頻器散熱的另外一個問題是，把熱量從變頻器內部帶出來以后，如何耗散在大氣中。對于水冷裝置，需要在室外安裝一個水-空冷裝置，把熱水變成涼水。對于空氣冷卻的裝置，如果散熱量較大，需要安裝風道，把熱空氣直接排出室外，否則，熱空氣會在室內聚集，造成室溫升高。以前有的用戶考慮用室內空調機降溫，事實證明在大功率變頻器應用中，需要較大的空調配置，是不經濟的。如果用戶工廠內有冷卻水，我們建議用戶采用水-空冷裝置，這種裝置類似于我們工廠的空調裝置，在水管上鑲嵌散熱片，在水管內通入冷水，冷水的流量要足夠大，保證散熱片較低的溫度，變頻器散出來的熱風進入散熱片，經過散熱片后變成了涼風。這種方式可以采用密閉的小屋放置變頻器，不用考慮灰塵的影響。<BR> 總之，變頻器的散熱問題有很多的學問，結構設計人員在試驗中，發現了很多非常有意思的現象。而變頻器的結構設計，往往不是把東西裝進去那么簡單，需要考慮很多的問題。<BR> 2005年4月6日
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