在大型电力电子装备中,随着温度的增添,失效率也增添,因此大功率高压变频器功率器件的热设计直接关系到装备的可靠性与稳固性。大功率高压变频器往往要求有极高的可靠性,影响电力电子装备失效的主要形式是热失效,据统计,50%以上的电子热失效主要是由于温度凌驾额定值引起的。从结构设计上来说散热手艺是包管装备正常运行的要害环节。高压变频器装备功率大,一样平常为MW级,在正常事情时,会爆发大宗的热量。为包管装备的正常事情,把大宗的热量散发出去,优化散热与透风计划,举行合理的设计与盘算,实现装备的高效散热,关于提高装备的可靠性是十分须要的。
散热盘算:
高压变频器在正常事情时,热量泉源主要是隔离变压器、电抗器、功率单位、控制系统等,其中作为主电路电子开关的功率器件的散热、功率单位的散热设计及功率柜的散热与透风设计最为主要。对IGBT或IGCT功率器件来说,其pn结不得凌驾125℃,封装外壳为85℃。有研究批注,元器件温度波动凌驾±20℃,其失效率会增大8倍。
散热设计注重事项:
(1)选用耐热性和热稳固性好的元器件和质料,以提高其允许的事情温度;
(2)减小装备(器件)内部的发热量。为此,应多选用微功耗器件,如低消耗型IGBT,并在电路设计中只管镌汰发热元器件的数目,同时要优化器件的开关频率以镌汰发热量;
(3)接纳适当的散热方法和用适当的冷却要领,降低情形温度,加速散热速率。
排风量盘算:
在最卑劣情形温度情形下,盘算散热器最高温度抵达需求时间的最小风速。凭证风速凭证冗余放大率来确定排风量。排风量的盘算公式为:Qf=Q/(Cpρ△T)
式中:
Qf:强迫风冷系统所须提供的风量。
Q:被冷却装备的总热功耗。
Cp=1005J/(kg℃):空气比热,J/(kg℃)。
ρ=1.11(m3/kg):空气密度。
△T=10℃:进、出口处空气的温差。
凭证风量和风压确定风机型号,使得风机事情在效率最高点处,即增添了风机寿命又提高了装备的透风效率。
风道设计:
串联风道是由每个功率?榈纳⑷绕魃舷孪喽,形成上下对应的风道,其特点由上下多个功率单位形成串联的通路,结构简朴,风道笔直使得风阻;但由于空气从下到上保存依次加热的问题,造成上面的功率单位情形温差小,散热效果差。
并联风道中从每个功率单位的前面进风,对应的进风口并联排列,在后面的风仓中汇总后由风机抽出,同时整个功率柜一样平常接纳冗余的要领,有多个风机并联运行,整体散热效果好,并提高了装备的可靠性。但柜体后面要形成风仓,增大了装备的体积,同时由于各个功率单位后端到风机的距离差别,使得每个功率单位的风流量纷歧致,是设计的难点。
凭证串联风道和并联风道的特点,高压变频器选择并联风道设计,并形成了独吞的结构专利手艺。
仿真剖析:
使用仿真软件可以在以上州差别结构及条理上对系统散热、温度场及内部流体运动状态举行高效、准确、轻盈的定量剖析。凭证仿真效果,对散热结构举行评估、修改,然后再次仿真,直到获得知足要求的效果。通过这种方法,我们对热失效举行了很好控制,从而大大提高了装备的可靠性和稳固性。
变频器是一种使电念头变速运行进而抵达节能效果的装备,习惯上把额定电压在3kV到10kV之间的电念头称为高压电机,因此一样平常把针对3kV至10kV高电压情形下运行的电念头而开发的变频器称为高压变频器。与低压变频器相比,高压变频器适用于大功率风电、水泵的变频调速,可以收到显着的节能效果。