高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)雖然是一種非常高效的調(diào)速裝置，但是在運(yùn)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(lái)，是變頻器設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的問題。

?一、高壓變頻器為什么要散熱，熱量從哪里來(lái)

高壓變頻器的發(fā)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(guān)鍵?，F(xiàn)代變頻器一般采用空氣冷卻或者水冷。在功率較小時(shí)，采用空氣冷卻就能夠滿足要求。在功率較大時(shí)，則需要在散熱器中通水，利用水流帶走熱量，因?yàn)樯崞饕话愣加胁煌碾娢?，所以必須采用絕緣強(qiáng)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(huán)系統(tǒng)中，一般還要加離子樹脂交換器，因?yàn)樯崞魃系慕饘匐x子會(huì)不斷的溶解到水中，這些離子需要被吸附清除。

應(yīng)該說，從散熱的角度來(lái)說，水冷是非常理想的。但是，水循環(huán)系統(tǒng)工藝要求高，安裝復(fù)雜，維護(hù)工作量大，而且一旦漏水，會(huì)帶來(lái)安全隱患。所以，能夠用空氣冷卻解決問題的場(chǎng)合，就不要采用水冷?？諝饫鋮s能夠解決的散熱功率，畢竟有一個(gè)極限，這個(gè)極限與技術(shù)類別有關(guān)。比如，ABB公司的ACS1000系列三電平變頻器，規(guī)定在2000KW以上就必須采用水冷，而美國(guó)的羅賓康公司和AB公司，對(duì)于3200KW/6KV的變頻器，仍然采用空氣冷卻。

二、高壓變頻器常用的三種散熱方式

由于高壓變頻器本體在運(yùn)行過程中有一定的熱量散失，為保高壓證變頻器具有良好的運(yùn)行環(huán)境，需要為變頻器室配備一套獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)。綜合冷卻系統(tǒng)的投資和運(yùn)營(yíng)成本、設(shè)備維護(hù)量、無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間，現(xiàn)提出以下三種冷卻系統(tǒng)解決方案：

1、空調(diào)密閉冷卻方式

為了提高高壓大功率變頻器的應(yīng)用穩(wěn)定性，解決好高壓變頻器環(huán)境散熱問題。目前常用的辦法是：密閉式空調(diào)冷卻。該方法主要是為高壓變頻器提供一個(gè)固定的具有隔熱保溫效果的房間，根據(jù)高壓變頻器的發(fā)熱量和房間面積大小計(jì)算出空調(diào)的制冷量，從而配備一定數(shù)量的空調(diào)。采用空調(diào)冷卻時(shí)，房間的建筑面積過大會(huì)增加空調(diào)冷卻負(fù)荷。同時(shí)，由于變頻器排出的熱風(fēng)不能被空調(diào)全部吸入冷卻，因此，造成系統(tǒng)運(yùn)行效率低，造成節(jié)約能源的二次浪費(fèi)。變頻器室內(nèi)的冷熱風(fēng)循環(huán)情況如下圖所示。

變頻器從柜體的正面和后面吸入空氣，經(jīng)柜頂風(fēng)機(jī)將變頻器內(nèi)部的熱量帶走排到室內(nèi)。從而在變頻器室上部形成一個(gè)溫度偏高、壓力偏高的氣旋渦流區(qū)，在變頻器的正面部分形成一個(gè)偏負(fù)壓區(qū)。在運(yùn)行中，變頻器功率柜正面上部區(qū)域?qū)嶋H上是吸入剛排出的熱風(fēng)進(jìn)行冷卻，形成氣流短路風(fēng)不能達(dá)到有效的冷卻效果?？照{(diào)通常采用下進(jìn)上出風(fēng)結(jié)構(gòu)，從而與變頻器在一定程度上形成了“搶風(fēng)”現(xiàn)象，這就是“混合循環(huán)區(qū)”。在這個(gè)區(qū)域變頻器吸入的空氣不完全是空調(diào)降溫后的冷空氣，空調(diào)的降溫處理也沒有把變頻器排出的熱空氣全部降溫，從而導(dǎo)致了整個(gè)冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行效率不高。變頻器自身是節(jié)能節(jié)電設(shè)備，而通常采用的空調(diào)式冷卻則造成能源的二次浪費(fèi)。這種情況在大功率、超大功率的變頻應(yīng)用系統(tǒng)中更加明顯。

二、風(fēng)道冷卻

1、功率柜風(fēng)道設(shè)計(jì)見下圖：

從功率柜散熱系統(tǒng)圖可知：功率單元內(nèi)部散熱系統(tǒng)通過安裝在單元內(nèi)的風(fēng)機(jī)強(qiáng)制冷卻單元里的散熱器，使每一個(gè)功率單元滿足散熱需求，同時(shí)，由于功率單元內(nèi)風(fēng)機(jī)吹走熱風(fēng)，使其進(jìn)風(fēng)處的柜體內(nèi)形成強(qiáng)力負(fù)壓，柜外冷風(fēng)大量進(jìn)入高壓變頻氣內(nèi)，通過功率單元風(fēng)道對(duì)單元散熱器進(jìn)行冷卻。同時(shí)，由于柜頂風(fēng)機(jī)大量抽風(fēng)，使其密閉風(fēng)室內(nèi)形成強(qiáng)力負(fù)壓，加速功率單元內(nèi)熱風(fēng)進(jìn)入密閉風(fēng)室，通過柜頂風(fēng)機(jī)抽出高壓變頻器柜外。通過建立嚴(yán)密暢通的風(fēng)道，以及在功率單元內(nèi)設(shè)計(jì)強(qiáng)制風(fēng)冷，大大提高那高壓變頻器散熱系統(tǒng)的散熱能力和效率，同時(shí)，也可以減少散熱器體積和功率柜體積，實(shí)現(xiàn)高壓變頻器的小型化，為用戶安裝高壓變頻器節(jié)省空間。

三、空－水冷卻系統(tǒng)

高壓變頻器對(duì)運(yùn)行環(huán)境溫度通常要求在-5～40℃，環(huán)境粉塵含量低于950ppm。過高的溫度會(huì)造成變頻器溫度過熱保護(hù)而跳閘，粉塵含量過高導(dǎo)致變頻器通風(fēng)濾網(wǎng)更換清洗維護(hù)量過高，增加維護(hù)費(fèi)用。因此，采用何種冷卻方式和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。

為了解決高壓變頻器的運(yùn)行環(huán)境冷卻和控制問題，提高系統(tǒng)安全可靠性、降低運(yùn)營(yíng)成本?？梢越鉀Q單位散熱密度高、功率大，有效提高系統(tǒng)安全可靠性、降低運(yùn)營(yíng)成本的問題。

空－水冷卻系統(tǒng)是一種利用高效、環(huán)保、節(jié)能的冷卻系統(tǒng),其應(yīng)用技術(shù)在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。在電力、鋼鐵等行業(yè)的高壓大功率變頻應(yīng)用中得到廣泛的推廣應(yīng)用。該系統(tǒng)由于其采用完全機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，較空調(diào)等電力、電子設(shè)備而言具有明顯的安全、可靠性。

其主要原理是：將變頻器的熱風(fēng)通過風(fēng)道直接通過空冷裝置進(jìn)行熱交換，由冷卻水直接將變頻器散失的熱量帶走；經(jīng)過降溫的冷風(fēng)排回至室內(nèi)?？绽溲b置內(nèi)通過冷水溫度低于33℃，即可以保證熱風(fēng)經(jīng)過散熱片后，將變頻器室內(nèi)的環(huán)境溫度控制在40℃以下滿足變頻器對(duì)環(huán)境運(yùn)行的要求。從而，保證了變頻器室內(nèi)良好的運(yùn)行環(huán)境。冷卻水與循環(huán)風(fēng)完全分離，水管線在變頻室外與高壓設(shè)備明確分離，確保高壓設(shè)備室不會(huì)受到防水、絕緣破壞等安全威脅和事故。

同時(shí)，由于房間密閉，變頻器利用室內(nèi)的循環(huán)風(fēng)進(jìn)行設(shè)備冷卻，具有粉塵度低，維護(hù)量小的特點(diǎn)；減少了環(huán)境對(duì)變頻器功率柜、控制柜運(yùn)行穩(wěn)定性的不利影響?？?水冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如下：