襄陽源創電氣有限公司王工告訴我們：變頻器散熱問題的處理

 

    1 引言   變頻器作為一種變流器在運行過程中要產生一定的功耗。由于使用器件不同，控制方式不同，不同品牌，不同規格的變頻器所產生的功耗也不盡相同。資料表明變頻器的功耗一般為其容量的4~5%。其中逆變部分約占50%，整流及直流回路約40%，控制及保護電路為5~15%。10℃法則表明當器件溫度降低10℃，器件的可靠性增長一倍。可見如何處理變頻器的散熱，降低溫升，提高器件的可靠性，從而延長設備的使用壽命，更好的服務于社會是多么重要。  2 散熱方式的分類   變頻器的散熱分為以下幾種:自然散熱，強迫風冷，水冷。

 

    2.1自然散熱   對于小容量的變頻器一般選用自然散熱方式，其使用環境應通風良好，無易附著粉塵及飄浮物。此類變頻器的拖動對象多為家用空調、數控機床之類，功率很小，使用環境比較優良。    另外一種使用自然散熱方式的變頻器容量并不一定小，那就是防爆變頻器。對于此類變頻器小容量可以選用一般類型的散熱器即可，要求散熱面積在允許的范圍內盡可能的大一些，散熱肋片間距小一些，盡可能的增加熱輻射面積。對于大容量的防爆變頻器，如使用自然散熱方式建議使用熱管散熱器。熱管散熱器是近年來新興的一種散熱器，它是熱管技術與散熱器技術結合的一種產品，它的散熱效率極高，可以將防爆變頻器的容量做的比較大，可達幾百kVA。這種散熱器相對普通散熱器，所不同之處就是體積相對大，成本高。這種散熱方式與水冷方式(后面將論述)相比較還是有優勢的:水冷要用水冷器件，水冷散熱器以及必不可少的水循環系統等等，其成本比使用熱管散熱器散熱高。業界反映熱管散熱器性能好，值得推廣。

 

    2.2 強迫風冷   強迫風冷是普遍采用的一種散熱方式。隨著半導體器件的發展，半導體器件散熱器也得到了飛速的發展，趨向標準化，系列化，通用化;而新產品則向低熱阻，多功能，體積小，重量輕，適用于自動化生產與安裝等方向發展。世界幾大散熱器生產商，產品多達上千個系列，并全部經過測試，提供了使用功率與散熱器熱阻曲線，為用戶準確選用提供了方便。同時散熱風機的發展也相當快，呈現出體積小，長受命，低噪聲，低功耗，大風量，高防護的特點。如DELTA CPU風扇體積只有25mm×25mm×10mm;日本SANYO長壽命風機可達200000h，防護等級可達IPX5; 更有德國ebm大風量軸流風機，排風量高達5700m3/h。這些因素為設計者提供了非常廣闊的選擇空間。強迫風冷正是由于使用的器件(風機、散熱器)選擇比較容易，成本不是太高, 變頻器的容量可以做到從幾十到幾百kVA，甚至更高(采取單元并聯方式)才被廣為采用。

 

    2.3 水冷   水冷是工業冷卻較常用的一種方式。針對變頻器這種設備選用該方式散熱的很少，因為它的成本高，體積大，再由于通用變頻器的容量在幾kVA到近百kVA，容量不是很大，很難將性價比做到讓用戶接受的程度，只有在特殊場合(如需要防爆)以及容量特別大的變頻器才采用這種方式。    2.4 小結   無論采用哪種散熱方式，都應根據變頻器的容量，確定它的功耗，選擇適當的風機，以及適當的散熱器，達到優良的性價比，同時也應將變頻器所使用的環境因素充分考慮到。針對環 tob_id_5319境比較惡劣(高溫，高濕，煤礦，油田，海上平臺)的情況，必須采取相應的措施，確保變頻器正常可靠的運行。從變頻器本身，應盡可能的避免不利因素的影響，例如針對灰塵、風沙的影響可以進行密封處理，只有散熱器風道與外界空氣接觸，避免了對變頻器內部的影響;針對鹽霧，潮濕等可以對變頻器各部件進行絕緣噴涂處理;野外作業用變頻器要加防護，做到防雨，防曬，防霧，防塵;對于高溫高濕環境可以增加空調等設備進行降溫除濕，給變頻器一個良好的環境，確保變頻器可靠運行。

 

    3 散熱器散熱效果及選用原則的討論  資料表明，散熱器表面經電泳涂漆發黑或陽極氧化發黑后，其散熱量在自然冷卻情況下可提高10~15%，在強迫風冷情況下可提高20~30%，電泳涂漆后表面耐壓可達500V~800V。所以在選擇散熱器及制定加工工藝時，對散熱器進行上述工藝處理會大大提高本身的散熱能力，還可以增強絕緣性，降低了因安裝不當造成的爬電距離過小，電氣間隙不夠等帶來的不利影響。    散熱效果優劣與安裝工藝有密切關系，安裝時盡量增大功率模塊與散熱器的接觸面積降低熱阻，提高傳熱效果。在功率器件與散熱器之間涂一層薄薄的導熱硅脂可以降低熱阻25~30%。如需要在功率器件與散熱器之間加絕緣或加墊塊來方便安裝，建議使用低熱阻材料:薄云母，聚酯薄膜或紫銅塊，鋁塊。合理安排器件在散熱器上的位置，單件安裝時應使器件位于散熱器基面中心位置，多件安裝時應均勻分布。緊固器件時需保證扭力一致。安裝完畢后不宜對器件及散熱器再進行機械加工，否則會產生應力，增加熱阻。單面肋片式散熱器，適于在設備外部作自然風冷，即利于功率器件的通風又可降低機內溫度。自然風冷時，應使散熱器的斷面平行于水平面的方向;強迫風冷時，應使氣流的流向平行于散熱器的肋片方向。  根據半導體器件的功耗選擇散熱器，可參考式(1):  Q = (Tj - Ta)÷(Rjc + Rcs + Rsa) (1)  式(1)中: Q—耗散功率 W  Tj—結點(P-N)溫度℃  Ta—環境空氣溫度℃   Rjc—由結點至管殼熱阻℃/W  Rcs—由管殼至散熱器熱阻℃/W   Rsa—由散熱器表面至環境空氣熱阻℃/W    在多數情況下，除由散熱器表面至空氣大熱阻Rsa以外，所有上述參數均為已知或者可以得到，因此該參數即為選擇散熱器的基礎。式(1)為一基本公式，可適用于自冷或強冷。在用于強迫風冷式散熱器選擇的資料中多介紹Rsa; 但對于自冷式ΔTsa(散熱器與空氣溫差)則更為常見。由式(1)可得到如下簡化結果:  ΔTsa = (Tj－Ta)－Q(Rjc＋Rcs) (2)   該式已不出現Rsa與Q乘積，而是允許得到大值ΔTsa，因而得到能與常見自冷式圖形資料進行直接比較的參數。   利用式(1)通過下面的例子來說明如何為一只半導體器件選擇散熱器。某一只半導體器件其管芯結溫在運行時不得超過125℃(TJ)，在環境溫度為50℃(TA)時的功耗為10W(Q)，制造商提供的該器件的Rjc為1.5℃/W，Rcs可按 0.09℃/W計算，通過式(1)得到Rsa的表達式: 字串6  Rsa=(Tj－Ta)÷Q－(Rjc＋Rcs) (3)

 

    將已知數代入式(3) Rsa=(125-50)÷10-(1.5＋0.09)  Rsa=5.9℃/W    這就是可用的Rsa大值，如散熱器可提供Rsa較小值即可接受，因為終的管芯結溫將小于125℃規定值。利用Rsa值可以選擇各種散熱器并了解相應的特性。

 

    4 選擇風機的一點經驗   根據變頻器功耗可選擇適當的風機為其散熱。根據經驗每排出1kW功耗產生的熱量, 需要風機的排風量為360m3/h，而變頻器的功耗為其容量的4~5%，這里我們按5%計算，可以得到變頻器適配風機與其容量的關系:    風機的排風量(m3/h)=變頻器容量×5%×360m3/h/kW   我們可根據上面的經驗公式為JD-BP32-90J的變頻器選擇風機，該變頻器容量為90kW  風機的排風量(m3/h)=90kW×5%×360m3/h/kW  風機的排風量=1620m3/h   根據此排風量選擇風機，通過資料我們選用德國ebm風機,型號為w2e250-cl06-01,其排風量為1730m3/h，這個值大于我們的計算值, 可以選用，實踐證明也是可行的。

 

    5 結束語   事實表明處理好變頻器的散熱不僅要求設計者從變頻器本身做到，還要求使用者正確使用 嚴格按照使用說明進行安裝, 有足夠的通風空間，適合的使用環境，并且盡可能做到定期維護, 尤其是水泥，煤炭等多粉塵行業，定期給使用環境除塵, 對變頻器風道除塵，這樣才能使變頻器的散熱系統發揮正常功能，使變頻器的溫升在允許值之內，變頻器才能可靠運行, 而為企業帶來更大的經濟及社會效益。

 

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