合康新能 大功率水冷型变频器

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%。

随着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。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。

二、水冷与强迫风冷特点对比

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）

图一  合康水冷型高压变频器

1.全封闭式空水冷换热干式变压器、2.功率单元柜、3.控制室、4.循环纯水冷机组

3.2冷却回路工作原理介绍

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（见图二）

图二   全封闭式空水冷干式变压器

4.1.2冷却方式

变压器类型：全封闭式空水冷干式变压器

干式变压器冷却方式分为自然空气冷却(AN)和强迫空气冷却(AF)。自然空冷时，变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫风冷时，变压器输出容量可提高50%。适用于断续过负荷运行，或应急事故过负荷运行；由于过负荷时负载损耗和阻抗电压增幅较大，处于非经济运行状态，故不应使其处于长时间连续过负荷运行。

4.1.3 特点：

 ● 防护等级IP42。

 ● 免维护。

 ● 全封闭空水换热不受环境温度与现场粉尘的影响。

4.2、功率单元  （见图三）

图三 功率单元柜

4.2.1 工作原理（见图四）

图四

4.2.2 散热方式：功率单元采用水冷为主，风冷为辅的散热方式

4.2.3 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；

 ● 功率单元冷却水接头采用双截流快速锤拨接头，换单元时无需排水。

 ● 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,工作水压可达6bar，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。

4.3、控制柜（见图五）

采用集中式控制,方便、快捷，包括：

● 变频器的控制；

● 变压器的温度控制；

● 水冷柜的控制与保护；

图五：控制室

4.3、循环纯水冷却机组

4.3.1  循环纯水冷柜（见图六）与水冷柜循环原理图（见图七）：

图六  循环纯水冷柜

图七  水冷柜循环原理

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。

 ● 完善的自动化控制。例如：冷却水的恒温控制，露点的控制、冷却水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

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。