從目變頻器的構造分析,散熱一般可分為以下三種:自然散熱、對流散熱、液冷散熱和外部環境散熱。
(一)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散熱相比較還是有優勢的:水冷要用水冷器件,水冷散熱器以及的水循環系統等等,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。
自然散熱的另外一種方式就是“穿墻式”自然散熱,這種散熱方式多減少80%的熱量,其特點是變頻器的主體與散熱片通過電控箱隔離,大大提高了變頻器元器件的散熱效果。
這種散熱方式的好處就是可以做到定時清理散熱器,且能電控箱的防護等做得更高。象常見的棉紡企業由于棉絮過多,經常容易堵塞變頻器的通風道,導致變頻器的過熱故障,用穿墻式自然散熱就能很好得解決這一問題。
(二)對流散熱
對流散熱是普遍采用的一種散熱方式,如圖2所示。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。
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。
如常用的小功率變頻器散熱風機只有25mm×25mm×10mm;日本SANYO長壽命風機可達200000h,防護等可達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。
對流散熱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。
(1)變頻器內裝風扇散熱
內裝風扇散熱一般對于小容量的通用變頻器使用。通過正確的安裝變頻器,可以使變頻器的內裝風扇的散熱能力。
該內裝風扇可以將變頻器內部的熱量帶走。通過變頻器所在的箱體的鐵板,進行終散熱。
只通過變頻器內裝風扇的散熱辦法適用與裝有單獨的變頻器的控制箱,以及控制元件比較少的控制箱。
如果變頻器控制箱中,有若干臺變頻器,或者其他散熱量比較大的電氣元件,則散熱的效果不十分明顯。
(2)變頻器外裝風機散熱
通過在安裝變頻器的控制箱內,增設若干臺具有換氣對流功能的風機,則可以大大提高變頻器的散熱效果,降低變頻器工作環境的溫度。
使用風機的能力,可以通過變頻器的散熱量進行計算。
下面說一說一般的選擇方法:
我們根據經驗算出每排出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:
例如:變頻器功率為90千瓦,則:
風機的排風量(m3/h)=變頻器容量×5%×360m³/h/kW=1620m³/h
然后再通過風機的排風量選擇不同廠家風機的型號獲得滿足我們條件的風機。
一般說來,風機散熱是現階段變頻器散熱的主要手段,尤其適用在比較大的控制柜中,以及控制柜中擁有的電氣部件同時工作、同時發熱的情況下。適用于高度集成的集中控制柜、控制箱。
而且近幾年由于科技,散熱風機已經不像幾年那樣的龐然大物,小巧而又強勁的風機比比皆是。性價比上也比其他散熱方式好的多。
(三)液冷散熱
水冷是工業液冷方式中較常用的一種方式,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,用在小容量變頻器時體積大,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。
水冷變頻器在歐洲已有近十年的歷史,廣泛應用于輪船、機車等高功率且空間有限的場合。
相對于傳統的風冷變頻器,水冷變頻器更有效地解決了散熱問題,從而使高功率變頻器的體積大大縮小,性能更加穩定。
體積的減小意味著節省了設備安裝空間,從而有效地解決了很多特殊場合對變頻器體積的要求。如芬蘭VACON公司的400kW水冷變頻器,其體積僅為同等的風冷變頻器的五分。
資料表明,散熱器表面經電泳涂漆發黑或陽氧化發黑后,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500~800V。
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,安裝時應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。