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如今有很大部分變頻器是應(yīng)用在工商業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的，這些變頻器主要是用來完成工業(yè)電機(jī)的控制與動(dòng)能供給，但變頻器的安裝設(shè)計(jì)是必須根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境來進(jìn)行散熱保護(hù)的。變頻器的靈活的控制性能以及啟動(dòng)與停機(jī)的穩(wěn)定性都是其優(yōu)勢(shì)，而且還能夠?yàn)樵诳勺冐?fù)載下運(yùn)行的離心風(fēng)機(jī)和泵所帶來的顯著節(jié)能。
大部分的大功率重載變頻器及其相關(guān)附屬電子配件，都是被集成安裝到電氣機(jī)柜中的，如下圖所示。變頻器不僅能夠提高應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行效率，變頻器自身的運(yùn)行效率也是非常高，電力損失率只有2~4%左右。但由于大功率驅(qū)動(dòng)器的電能轉(zhuǎn)換較多，所以即使電能損耗較低，也會(huì)導(dǎo)致數(shù)千瓦到數(shù)十千瓦的多余熱量產(chǎn)生，這些都必須在安裝變頻器時(shí)考慮在內(nèi)，并設(shè)法將多余熱量耗散掉。
在開放式風(fēng)冷機(jī)柜中，要想排出這些熱量很簡單。然而，在惡劣環(huán)境中，無法使用預(yù)過濾風(fēng)扇冷卻或通過直接的空氣流來冷卻，外殼的熱量管理就成為設(shè)計(jì)流程的重要組成部分。研究策略，對(duì)于在惡劣環(huán)境中高效、被動(dòng)且經(jīng)濟(jì)地冷卻中、大功率密封外殼的變頻器至關(guān)重要。
流通或密封
開放式氣流柜可讓環(huán)境空氣流通機(jī)柜，直接有效地冷卻大功率模塊。這種高效的冷卻，可能會(huì)導(dǎo)致外部污染物進(jìn)入外殼，通常使用風(fēng)扇過濾系統(tǒng)，來過濾流入機(jī)柜的空氣，從而最大限度地減少這些污染物。過濾器有助于減少灰塵和碎片，但它們需要定期維護(hù)來清潔或更換過濾器。
密封外殼不允許外部空氣進(jìn)入機(jī)柜，而是用機(jī)柜內(nèi)的空氣來冷卻電子產(chǎn)品，并通過熱交換器將熱量導(dǎo)出到環(huán)境空氣中。密封外殼可防止污垢、灰塵、濕度、鹽霧和其它空氣中的腐蝕性物質(zhì)進(jìn)入機(jī)柜，并影響電子元件的使用壽命。
這兩種系統(tǒng)都適用于低功耗機(jī)柜。然而，對(duì)于許多大功率變頻器機(jī)柜來說，功耗水平高于空氣冷卻所能達(dá)到的水平。低功率部件一般直接通過氣流進(jìn)行冷卻，而較高功率的部件則通過設(shè)施冷卻水、蒸汽壓縮系統(tǒng)或泵送液體系統(tǒng)直接或間接冷卻。
在這些系統(tǒng)中，大功率元件(絕緣柵極雙極晶體管、集成柵極換向晶閘管、硅控制整流器)，通常連接到流體冷卻冷板上。然后，流體使用蒸汽壓縮系統(tǒng)或通過液氣熱交換器，將熱量排放到環(huán)境空氣中。無論哪種情況，所需的環(huán)境空氣熱交換器都可以布置在設(shè)施內(nèi)外。這些系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是將流體引入機(jī)柜和冷卻液管線進(jìn)出機(jī)柜所帶來的挑戰(zhàn)。
環(huán)路熱虹吸管
環(huán)路熱虹吸管（LTS）是重力驅(qū)動(dòng)的兩相冷卻裝置。它們的工作方式與熱管相似，工作流體只要在一個(gè)封閉的循環(huán)中蒸發(fā)并冷凝，就可在給定的距離內(nèi)傳遞熱量。相對(duì)熱管，環(huán)路熱虹吸管的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠使用導(dǎo)電工作液，高效、遠(yuǎn)距離傳輸大功率。與主動(dòng)式液體冷卻液、蒸汽壓縮或泵送兩相冷卻系統(tǒng)相比，環(huán)路熱虹吸管沒有運(yùn)動(dòng)部件，可靠性更高。環(huán)路熱虹吸管非常適合將大功率余熱從機(jī)柜中的電力電子設(shè)備傳輸?shù)綑C(jī)柜外部環(huán)境中。
在機(jī)柜層面，環(huán)路熱虹吸管冷卻系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是顯著的。在工廠車間內(nèi)就可以將機(jī)柜、電子設(shè)備和冷卻系統(tǒng)安裝到密封、獨(dú)立的外殼中。每個(gè)機(jī)柜都是獨(dú)立的，可以獨(dú)立交付，在最終客戶那里也易于安裝。最簡單的實(shí)現(xiàn)形式就是位于機(jī)柜頂部的風(fēng)冷環(huán)路熱虹吸管冷凝器。這樣，機(jī)柜保持獨(dú)立，在最終安裝時(shí)只需要電氣連接。
環(huán)路熱虹吸管冷凝器還可以連接到設(shè)施或冷卻水系統(tǒng)?？梢詫⒂酂釓臋C(jī)柜和多個(gè)機(jī)柜中進(jìn)一步消散，從而可以在同一個(gè)環(huán)路上工作。使用環(huán)路熱虹吸管和冷水冷凝器時(shí)，管道和水的連接都在機(jī)柜外部，這樣就可將冷卻液和電子設(shè)備分開。
密封外殼熱交換器
環(huán)路熱虹吸管是直接從高發(fā)熱部件中排除大熱量的絕佳方法。但二次部件的余熱負(fù)荷仍需冷卻。這些輔助組件，包括分散在機(jī)柜中的許多低功耗設(shè)備，這樣通過直接接觸來冷卻就難易實(shí)現(xiàn)。對(duì)這些低功耗、熱流較低的元件，直接空氣冷卻是最實(shí)用的方法。低功耗組件可以通過空氣-空氣熱交換器輕松冷卻，同時(shí)保持外殼密封的完整性。
在環(huán)路熱虹吸管和密封式換熱器組合中，高功率絕緣柵極雙極晶體管（IGBT）或集成柵極換向晶閘管（IGCT）安裝在環(huán)路熱虹吸管冷板上，它的10千瓦負(fù)荷加上熱負(fù)荷，通過環(huán)路熱虹吸管耗散到外部機(jī)柜空氣中。所有的二次電子部件，都是通過密封的氣-氣熱交換器冷卻的，熱交換器可以導(dǎo)出1千瓦左右的廢熱。
配置了空氣-空氣熱交換器的環(huán)路熱虹吸管（LTS）。
環(huán)路熱虹吸管和密封的空氣-空氣熱交換器保持原來的NEMA機(jī)柜等級(jí)。二者的組合使大功率機(jī)柜能夠維持密封性能，不受外部氣流的影響，并且不會(huì)有冷卻液在機(jī)柜內(nèi)的流動(dòng)。
環(huán)路熱虹吸管和密封殼式冷卻器的出現(xiàn)，為電力電子冷卻應(yīng)用提供了條件。環(huán)路熱虹吸管是利用一種非常適合中、高壓應(yīng)用的導(dǎo)電工作液，以被動(dòng)方式給大功率電子元件降溫。封閉式外殼冷卻器，可將電力電子柜中低功率、分布元件產(chǎn)生的熱量排出，同時(shí)防止外界空氣中的污染物與這些元件相互作用。采用兩種冷卻方案的組合，可以對(duì)工作環(huán)境惡劣、要求高的密封殼體進(jìn)行可靠的冷卻。
上述資料由杭州三科變頻器工程部整理編輯。
