大功率水冷型变频器概述

大功率水冷型变频器概述 合康变频大功率水冷型变频器介绍 产品部:聂鹏 一、技术背景 高压变频器在运行过程中要产生一定的功耗，一般为其容量的3~5%。其中移相变压器约占45%，整流及逆变约占40%，控制系统、主回路电缆与铜排等约占15%。 高压变频器的散热方式主要以自然冷却、强迫风冷、水冷三种方式为主。国内高压变频器的散热方式以强迫风冷为主流。随着国内变频器技术近几年持续的发展，变频器容量的不断提高，强迫风冷散热受散热器面积、环境温度、变频器使用环境、风机体积与噪音等多方面原因影响，已不能完全满足大功率变频器的散热要求。 影响高压变频器可靠性的多种因素中，散热是至关重要的，大功率半导体器件与移相变压器工作时所产生的热量，将导致器件温度的升高，如果没有适当的散热措施及时将热量带走，就可能导致器件温度超过器件所允许的最高结温，从而导致器件性能的恶化甚至损坏。所以在设计中，选择适当的散热方式，并进行合理的设计，能有效延长器件使用寿命，是提高变频器可靠性不可缺少的重要环节之一。 由于水冷散热方式具有优异的散热性能和较高可靠性，且对环境适应能力强，所以水冷散热在大功率高压变频器上应用非常必要。 三、合康变频水冷型变频器组成与散热原理 3.1 变频器组成部分 水冷型变频器由启动柜、移相变压器、功率单元柜、控制柜与循环纯水冷却机组组成。与强迫风冷型变频器比较，循环纯水冷却机组为新增加部件，其它部件两者无区别。(见图一) 1. 启动柜、2. 移相变压器、3. 功率单元柜、4控制柜、5. 循环纯水冷却机组 3.2冷却回路工作原理介绍 3.2.1冷却回路示意图(见图二) 图二 3.2.2冷却回路工作描述 冷却水在主循环泵的驱动下，沿管道以恒定的流速通过功率单元散热器，连续不断地带出热量;冷却水升温后沿主管回路进入换热器设备进行热量交换;换热后的冷却水回流至主循环泵的进口，形成一个封闭的循环冷却系统。 水冷系统控制模块根据预设的冷却水温度值自动调节换热比例，从而精确地控制水的温度。根据冷却容量、现场环境条件的不同，系统可以采用水—水、水—风等各种二次热交换形式将热量释放到环境中。 四、合康变频水冷型变频器方案介绍 4.1变压器 4.1.1 组成部分(见图三) 变压器油箱 变压器回油管道 图三 油水换热器冷却水出口 油水换热器 油水换热器冷却水入口 图三 4.1.2工作原理 变压器类型:强迫油循环水冷却式油浸变压器 变压器油箱、油水换热器、油泵通过管道串联成封闭的回路。变压器工作时产生热量，因变压器本体浸泡在冷却油中，热量传递给冷却油。在油泵的作用下，强迫冷却油流动，热油从油箱上端流出，通过封闭管道流经油水换热器时与冷却水进行热交换，热油中的热量被冷却水带走，冷却后的油沿管道重新回到油箱，以此循环实现变压器的散热。 4.1.3 特点: ? 冷却类型:油水换热; ? 损耗小，效率,99%; ? 过载能力强，1.5倍容量下可持续运行120分钟; ? 采用专利技术，保证出线抽头可靠密封。 4.2、功率单元 (见图四) 4.2.1 散热方式:功率单元采用水冷为主，风冷为辅的散热方式 4.2.2 方案与特点 ? 单元冷却水管采用并联接入方式，保证流量均匀分布; ? 独立的单元电解电容散热风道，电容运行温度低、寿命长; ? 采用叠层母排设计，寄生电感小、单元结构紧凑; ? 功率单元散热器采用真空钎焊式水冷散热器，水冷散热器进水口、回水口为 双截流快速接头，方便功率单元的更换; ? 功率单元柜主管道为不锈钢管道，单元与主管道间采用橡胶软管，保证单元 绝缘。 单元连接橡胶软管 冷却水不锈钢管道 功率单元柜 功率单元 图四 水冷散热器 冷却水快速接头 4.3、循环纯水冷却机组 4.3.1 循环原理图(见图五): 图五 4.3.2 工作原理 冷却水在主循环泵的驱动下，沿管道以恒定的流速通过功率单元散热器，不断带出热量，冷却水升温后沿主管回路进入换热器设备进行热量交换，降温后的冷却水回流至主循环泵的进口，形成一个封闭的循环冷却系统。系统控制模块根据预设的冷却水温度值自动调节换热比例，从而精确地控制水的温度。 根据冷却容量、现场环境条件的不同，系统可以采用水—水、水—风等各种二次热交换形式将热量释放到环境中。 因高压变频器是在高压的环境下运行，冷却水必须具备极高的电阻率，因此在主循环冷却回路上并联了去离子水处理旁路，一定比例的冷却水流 经离子交换器，不断去除设备及管路中析出 的离子。为保持管路的压力恒定和冷却水的冲满，及缓冲冷却水因温度变换而产生的体积变化，系统中设置了缓冲罐及补水装置。 4.3.3特点: ? 管道回路中的所有器件均采用不锈钢材质，防腐性好; ? 独立的去离子水处理旁路装置; ? 独立的PLC监控系统可实现远程控制。 ? 全面的预警保护功能。例如:漏水监控与报警、凝露监控与控制、水的恒温 控制与水温高报警、水的电导率监控与报警等等。 五、现场运行条件 ? 安装于独立的封闭空间，根据变频器容量大小配备散热空调。空调功率选择 公式: P空调=(P变频器(kVA)*1%)/2.5，单位匹。 ? 现场提供5-32?冷却水源，其流量与变频器容量有关。如无冷却水源，供货 时可提供二次水冷却设备。 六、产品推广及应用 2014年HIVERT系列水冷变频器以其调速范围广、可靠性高、运行稳定、过载能力强、耐高温、高湿、防腐等特点受到客户的青睐。不但成功应用于兰铝自备电厂给水泵变频改造项目;并且打破了国外垄断，率先进入军核领域;另外， HIVERT系列水冷变频器配套远程 监控系统，投运于青铜峡铝业净化风机变频改造项目，节电率高达34%，不但实现了远程监控也为客户提高了经济效益。 HIVERT系列水冷变频器以其强大的特点优势，具有独特的冷却系统，广泛应用于军工、航天、污水处理、冶金、化工、钢铁、水泥、印刷、食品、橡胶、医药、建筑等行业。