焦炉除尘风机高压变频器的应用

本文着重引见国产高压变频器在某公司的使用状况，变频器现场运转状况标明焦化行业采用国产高压变频器对焦炉除尘风机停止调速节能，改造是成功的，节能效果分明。节电率在70%以上，全年节省电费在80万左右。

1.前言

某公司1#2#3#炉原配有一套除尘零碎，设备运转参数爲：630KW/10KV离心引风机，风机型号爲DAY-1A-210。额外风量250000m3/h，额外风压5500Pa，额外转速960r/min；电动机型号YKK5004-6电机额外功率是630KW电机额外电流是46.1A额外转速是960r/min，功率因数0.86，零碎爲液力耦合器控制。

1.1 液力耦合器的任务原理

液力耦合器是一种以液体爲任务介质，应用液体传递能量的传动安装，经过改动液力耦合器任务腔内的充溢度，就可以改动液力耦合器所传递的转矩和输入轴的转速，使液力耦合器电机端和风机端转速不分歧，从而再电机不改动速度的条件下对风机停止调速，完成调理风量的目的。

1.2 液力耦合器调速的缺乏

由于液力耦合器在调理进程中要发生转擦功率损耗，容积损耗，机器损耗，这些损耗所发生的热量需求少量的冷却介质来冷却，而液力耦合器的传动效率等于转速，速度越低效率越低，液力耦合器的节能效果不理想，以上要素决议液力耦合器效率低损耗大，调速精度低，速度呼应慢，转速不波动，需装备相应的油零碎调理零碎，糜费动力。

2.高压变频器节电原理，技术要求及改造方案

2.1 节电原理

所谓节能不只是节省能耗，还包括不糜费动力，经过流膂力学的定律可知，风机、泵类、设备均属于平方转矩负载，其转速n及流量Q压力H以及轴功率P具有以下关系：

Q∝n，H∝n2，P∝n3，在实践消费中，往往应用调理风机的转速来调理零碎的风量，而随着转速的降低，风机在维持效率不变的情况下，轴功率则转速的立方关系下降，电机耗费的电能急剧减小，例如风量下降到80%，转速也下降到80%，轴功率则下降到额外功率的51%，风量下降到50%，轴功率则下降到额外功率的13%，其节电潜力十分大。

2.2 技术要求

除尘风机室除尘污染零碎的动力中枢，一旦除尘不能正常停止，不但影响消费，形成宏大的经济损失，还净化环境，另外调速零碎任务环境比拟恶劣，同时焦炉又不定古装煤和推焦，所以和除尘风机配套的调速零碎要求极高的牢靠性，基于以上任务特点，对变频调速零碎的次要要求如下：

（1）要求变频器要有高的牢靠性

（2）要求变频器要有旁路功用

（3）调速范围大，效率要高

（4）具有逻辑控制才能

2.3 改造方案

针对原有设备运转状况，依据电机额外参数选有北京乐普四方方圆科技股份公司自主研发和消费合适驱动高压异步电机的变频设备LPH-10-650，额外输入电流47A，适配电机功率650KW，装备一台手动旁路柜，当变频器呈现毛病或需求检修时，手动切换到旁路，保证零碎正常运转，旁路与下级高压断路器有连锁关系，旁路柜隔分开关未合到位，不允许下级高压断路器合闸，下级高压断路器合闸时，相对不允许操作隔分开关，避免拉弧景象，确保平安。

K0爲变频器供电的高压真空断路器，K1，K2爲高压变频器控制真空断路器，K3爲工频旁路断路器，K4爲水阻柜控制断路器，M爲保存原异步电机，K5爲水阻控制断路器。

2.4 除尘风机工艺要求

2.4 除尘风机工艺要求

A点爲推焦时给定信号；

A到B爲风机升速工夫，定爲5s可以调理；

C到D爲推焦工夫，定爲20s，可以调理；

F点回到低速运转，完成一个任务周期。

假设两个炉推焦堆叠，在高速1的根底上跳转到高速2。

高速1的转速爲780转/分，高速2的转速爲840转/分，低速时的转速爲290转/分。

2.5 施工留意事项

施工图设计时需求留意以下几个方面：在提出土建材料时，必需参考商品的详细材料，依据变频器的装置尺寸、荷载、电缆途径等提出适宜、合理的土建材料，隔离变压器，应尽量靠经变频器布置，同时在布置室内外电缆沟或桥架时，尽量让变频器的进出线电缆运用独自的途径，特别是要避开控制及信号电缆，这样可尽量增加变频器任务时发生的电磁搅扰。在停止电气室布置时，必需思索高压变频器的任务环境成绩。由于变频器是电子安装，内含电解电容、电路板、芯片等电子元件，假如环境温度太高或含尘量太大都会影响其寿命及波动性。所以尽能够设置独自的变频器室，同时停止散热及防尘处置。

2.6 维护功用

变频安装有过电压，过电流，欠电压，缺相，变频器过载，变频器过热，电机过载等维护功用。

（1）过载维护。电机额外电流的120%，每10min允许1min，超越则维护。

（2）过流维护。电机额外电流的150%，超越则立刻维护。变频器输入电流超越电机额外电流的200%，在10μs内维护。

（3）过压维护。检测每个功率模块的直流母线电压，假如超越额外电压的115%，则变频器维护。

（4）欠压维护：检测每个功率模块的直流母线电压。

（5）过热维护：包括两重维护：在变频调速零碎，假如低于设定的数值，则变频器先降压再维护。另外，在次要的发热元件，即整流变压器和电力电子功率器件上放置温度检测，一旦超越极限温度就维护。

（6）缺相维护：缺相维护设置在每一个功率模块上。当变频器输出侧掉相或功率模块的保险熔芯熔化时，会收回报警信号并维护。

3.详细完成进程

采用高压变频调速零碎对除尘风机停止高压变频改造详细完成进程如下：变频器操作采用自动控制，风机电机提速信号取自五大车连锁的推焦信号，电机空载时290转/分，加载时780转/分，假如两座焦炉同时推焦速度跳转到840转/分，由原来的980转/分降到空载时290转/分，推焦时780转/分，完成全自动化。 　　4.设备运转状况

（1）运转波动，平安牢靠。

（2）节能效果显着，大大降低了吨焦电耗。

（3）电动机完成了真正的软启动、软停运，变频器提供应电机的无谐波搅扰的正弦波电流，降低了电机的毛病次数。

（4）变频器本身维护功用完善，同原来继电维护比拟，维护功用更多，更灵敏，大大增强了对电机的维护。

（5）变频器同现场信号无缝接口，满足消费的需求，现场信号接入灵敏，变频器依照节点的形态自动高速、低速往复运转。

（6）顺应电网电压动摇才能强，有时电网电压高达10.7KV，变频器仍能正常运转。

（7）同液力巧合器比拟，在减速时期大大增加了噪声，减弱了噪声净化。

4.节能剖析

4.1 正常消费时1#2#3#炉每天出炉186炉，推焦工夫爲：40S

加载功耗时：40*186=7440S

所占工夫比爲：7440/（24*3600）*100%=8.6%

空载工夫比爲：1-8.6%=91.4%

4.2 改造前（依据改造前记载的数据，空载电流爲：16A，推焦时爲：23A，功率因数爲：0.86，计算免费爲：0.5371元/千瓦时）

P1=1.732*10*0.86*（23*8.6%+16*91.4%）=247.3KW，

全年电费爲：

247.3*24*365*0.5371=1163545元

4.3 改造后（依据改造后记载的数据，空载电流爲：3A，推焦时爲：9A，功率因数爲：0.96，计算免费爲：0.5371元/千瓦时）：P变=1.732*10*0.96*（9*8.6%+3*91.4%）=58.5KW

节能安装自身损耗爲：4KW

合计爲：58.5KW+4KW=62.5KW

全年电费爲：

62.5*24*365*0.5371=294062元

4.4 节电率

（P1-P变）/P1=（247.3-62.5）/247.3 *100%=74%

年浪费电费爲：

1163545-294062=869483

5.结论

综上所述，某公司的节能的潜力还比拟大，特别是在某些环保节能设备的使用，改动了过来粉尘虽然减排了，但耗能和运转费用糜费了太多，形成企业的减排担负过重的景象，爲当前企业的下一步节能任务，提供了思绪。（论文网）

高压变频器在风机泵类使用技术方案讨论

风机泵类高压辅机采用变频调速技术完成节能运转是我国节能的一项重点推行技术。目前，国际外厂家消费的高压变频器已在各工矿企业引风机、送风机、一次风机、排风机、给水泵、凝泵等风机泵类设备上投入运转，获得了较好的节能效果，最间接的是厂用电量分明降低。但是，运转中轴承、动叶发生裂纹，变频工频切换失败，变压器或模块过热跳闸等异常状况时有发作，给企业平安消费、经济效益带来不利影响。爲此，把相关成绩提出来停止讨论，希望对高压变频器节能技术的经济、平安、成熟、规范化使用起到积极的作用。

二、经济性、平安性剖析

思索高压变频器节能使用时，最先关怀的就是经济性、平安性，没有节能效果或节能效果不分明，以及没有平安运转保证，根本感动不了决策层的心。

高压变频器节能使用的经济性剖析，应依据企业实践状况停止迷信的、量化的、综合的剖析，避免呈现复杂的统计就得出节能效果很棒，很快回收投资甚至发生很大经济效益的结论。其实，变频器自身并不是一个节能设备，相反，它是一个耗能设备（设计值5%左右）。变频器是一个方便而精准的调速设备，在风机与泵类辅机的调理上，它的节能量较大，但静调风机的静叶全开，节能效果就未必最好。有人反驳说，即便满负荷时工频运转的电机供电电流也比同工况同容量电机变频运转的供电电流大许多。这次要是由于选择的电机额外容量大于实践需求的电机功率。

高压变频器的使用，尤其是变频改造项目，在项目筹划时要停止严厉的平安性评价，对同类型风机或泵类辅机在其他火电厂的使用状况停止收资，理解变频器运转能否发作轴承、动叶裂纹、变频工频切换失败、变频器模块损坏等设备异常，掌握变频器设计、装置、调试及投运思索的平安成绩，需求停止哪些实验，以及日常维护应该怎样做等等。最好，请有资质和才能的科研单位停止相应项目测试及出具评审报告。

高压变频器不是节能使用独一选择，要经过综合的经济、平安目标剖析，来确认高压变频器节能使用是某个详细项目的优先选择。

三、设备选型与国商品牌的开展

理解国产、国际高压变频器品牌、商品、技术现状，满足平安、技术要求的前提下，选择性价比高的国商品牌，爲支持鼓舞国商品牌开展壮大、走向国际市场奉献力气。我国高压大功率变频器消费厂家，次要有合康变频、西方日立、成都佳灵、中山明阳、广州智光、上海科达、山西风光、九洲电气等。在国度节能政策的鼓舞和扶持下，随着科研的进一步深化，实际上和功用上国产高压变频器逐步可以与出口变频器相媲美，但变频器中运用的功率半导体、驱动电路、电解电容等关键器件完全依赖出口，而且在将来相当长工夫内情况不容易改动。在自动化商品构造上绝对比拟单一，次要是“商品推行”的推广战略，商品开展与销售有一定优势。

国外主流供给厂商次要有西门子、利德华福（施耐德）、罗宾康、罗克韦尔(AB)及ABB等。以西门子爲代表的国外品牌占据大容量和爲大型工程配套的高端市场。他们均构成了系列化的商品，简直一切的商品均具有矢量控制功用，工艺程度也比拟完善。品牌厂商多爲综合自动化公司，拥有多种自动化商品的品牌关联效应，这种关联还表现在其他资源的共享上，这样的“品牌推行”对商品开展、销售都有很棒的推进作用。

虽然，国外品牌在元器件质量、超大功率商品上劣势比拟大，也应该看到国商品牌经过技术自主化研讨与使用，差距逐步减少。而且，国商品牌价钱劣势宏大，性价比高。另外，国商品牌在设备异常剖析、毛病处置、备品备件推销、技术培训等方面的方便快捷也是应该思索的要素。决策层的思想不能停留在选择国际大品牌高端商品就不会负什麼责任的行爲上。

四、变频器与电动机衔接方式选择

变频器与电动机衔接方式次要有以下几种。

(1)-拖一固定衔接，见图1：

(2)-拖一旁路衔接，见图2：

(3)-拖二旁路衔接，见图3：

其中，带旁路的接线方式又分手动切换和自动切换方式。如图二就是手动切换旁路的接线方式，-QS1、-QS2、-QS3均爲隔离闸刀。将隔离闸刀换成高压断路器就可以完成自动切换旁路运转。

接线方式的选择取决于高压电动机在零碎中的运转方式。如火电厂一台机组装置两台凝结水泵，正常一台运转，一台备用，就可以选择一拖二手动切换旁路的接线方式，一台变频运转，另一台工频备用，变频器毛病时，凝结水零碎切换到备用泵工频运转。而引风机就不同，机组正常运转两台引风机同时运转，普通选择一拖一自动切换旁路的接线方式，这样正常两台引风机均变频运转，任一台引风机变频器毛病时，本台引风机自动切至旁路工频运转，保证引风机运转。

五、继电维护配置方案讨论

目前，国际外高压变频器厂家对变频器、变压器自身提供的维护配置根本分歧，依照《DLT994-2006火电厂风机水泵用高压变频器》零碎集成和技术要求，次要有输出瞬态过电压维护、输出工频过电压维护、欠电压维护、输出过电流维护、输入瞬态过电压维护、输入过电压维护、输入过电流维护、输入短路维护、输入电压三相不均衡维护、输入电流三相不均衡维护、变压器超温维护、冷却零碎毛病维护，以及控制零碎毛病维护等。

从用户的角度动身，希望电力科研设计单位、相关院校及设备厂家能注重高压变频器+电动机零碎继电维护配置成绩，在以下两个方案中给出明白的结论：一是开关柜综合维护只作爲高压电缆的主维护及变频器和电动机的后备维护，变压器和电动机由变频器自带维护完成主维护功用，但必需满足灵敏度要求。二是研发“频率跟踪智能式变频运转自顺应”维护安装，维护安装能自动跟踪变频器两侧电源幅值、频率、相角变化并自动均衡补偿，经模仿运算把不同电源复原爲实际相反电源，从而采用差动维护；维护范围涵盖从开关柜到电动机、包括变频器、隔离变压器及变频器两侧电缆等电动机的全回路；工频变频运转无需切换完全自顺应。

六、共振、扭振损坏设备如何防止

变频调速使用后，电动机和负载的运转频率不再固定爲工频50HZ，可以是从0~50HZ的恣意一点，电动机输出电流是变频器输入的包括高次谐波重量的综合电流。电动机及负载轴系、叶片共振，轴系扭振损坏设备的景象时有发作，如图4、图5。

如何防止呢？剖析缘由，明白措施

(1)轴系或支撑零碎径向共振

由电机和负载工频向心力鼓励，且运转在轴系或支撑零碎共振频率时所致。

此类振动机理复杂（与汽轮发电机组运转于其临界转速相当）、景象分明、处置容易。

措施：变频器投运前做共振频率测试实验，设置频率腾跃区域避开共振频率。

(2)轴系改变共振

由PWM制式变频器输入电流惹起的基动摇扭矩鼓励。此类振动机理较复杂、现场因无监测而景象不分明，原先对定速运转影响不分明的要素开端对变速工况下的振动形态表现得十分敏感。

措施：运转人员应特别留意电机及负载的振动成绩，如有异常应及时汇报并停止参数剖析，同时检修人员也必需愈加留意大小修对设备的反省处置。

(3)动叶共振

由PWM制式变频器输入电流惹起的6X谐动摇扭矩鼓励。此类振动机理较复杂、现场无任何景象（风机调频运转中凡运转可监视参数都正常，等到毛病形成叶片断裂引发电机和负载振动大时才会被发现）。其鼓励源爲变频器输入的电流高次谐波（6n次），其最次要成分频率爲风机变频运转转速对应频率（转频）与电机磁极对数的乘积再乘以6，其频率范围爲100。300Hz。其作用机理爲：谐波电流惹起风机轴系发作1∞~300Hz的小幅扭振，这种扭振因幅值较小对轴系没有分明影响，但会与动叶的固有频率合拍而惹起其共振，并在较短工夫内（变频运转1~3个月）使叶片发生裂纹最终毁坏。

措施：在变频运转一个月时停止停机动叶片裂纹反省，如发现裂纹则必需停止相应改造。活期停止谐波、振动、扭振等参数测试，最好装备在线监测零碎停止实时监测。（米尔技术）

高压变频器在循环氨水泵节能改造中使用

变频调速是近年来衰亡的一门成熟的新技术，它经过改动电源频率来完成速度的调理，因其具有调速颠簸、瞬态波动性高、节能等特性，越来越被人们所注重。随着变频调速技术的不时成熟，变频调速安装在水泵设备上的使用也越来越普遍。

1、循环氨水泵工况特点及存在成绩

1.1、循环氨水泵工况特点

污染分厂一期两台循环氨水泵，一用一备，泵组是将循环氨水打入集气管爲荒煤气停止初步冷却，控制荒煤气温度爲75～80度之后送入初冷器，依据荒煤气量的大小应及时调理循环氨水量。

1.2、工频运转存在成绩：

两台循环氨水泵电机均爲工频运转，启动电流高，既影响设备寿命又对电网发生很大冲击。而且工频运转耗电量高，不能随消费负荷自动调理，不契合古代企业“节能降耗”的管理理念。

循环氨水泵工频运转，流量及压力只能经过旁通阀及出口阀调理，但调理负荷无限。在今2012年年终，结焦工夫较长，荒煤气量少，循环氨水流量无法进一步降低，招致荒煤气温度极低，曾降至40度（工艺要求控制温度爲75～80度），使得荒煤气管道内焦油氨水混合液活动性极差，存在梗塞荒煤气管道的隐患。由此可见，荒煤气温度是至关重要的目标，假如控制不当，整个污染零碎都将处于瘫痪形态。

原设循环氨水泵爲工频运转，只能由操作工调理泵出口阀门及循环管阀门开度来控制循环氨水压力和流量。假如循环氨水量发作变化，岗位人员又不能及时调理，将会招致循环水泵压力过高或过低。假如压力过高，会形成泵机封、电机烧损；假如压力过低，会招致荒煤气温度无法控制、集合温度超标，形成初冷、电捕以及煤气污染零碎的严重梗塞。

2、改造方案

循环氨水泵组是保证焦化厂煤气零碎正常运转的重要设备，必需保证延续、波动、牢靠运转。经过详细的技术和经济论证，决议采用高压变频调速安装，经过变频调速调理电机转速满足工艺要求

高压变频调速零碎采用功率单元串联技术间接输入10KV电压，属高一高电压源型变频器，高压变频器调速成套零碎全体构造由旁路柜、变压器柜、单元柜及控制柜组成，零碎采用一用一备两台泵双路电源，一拖二手动旁路的方案，根本原理图如图下

双电源手动切换柜一次原理图

此零碎由高压开关1QF、2QF、双电源手动切换柜（由高压隔分开关QS1—QS6组成）、高压变频器、两台高压电机组成，其中双电源手动切换柜和高压变频器由招标方提供。

阐明：①其中QS2、QS3是双刀双投隔分开关，QS5、QS6也是双刀双投隔分开关；完成自然机器互锁②QS1和QS4不能同时闭合，完成电气闭锁；QS2和QS5不能同时闭合，完成电气闭锁；③变频器毛病时，联跳相应的高压开关，柜子的柜门都有高压闭锁，高压电上电后，柜门就会被电磁锁自动锁死，除非用公用的钥匙，不能翻开柜门。

3、运转牢靠性剖析

经过屡次调试，完成变频器控制电机转速随循环氨水泵出口压力的变化而改动，即增加了电量耗费，又降低了电机的乐音，改造效果十分分明：①节电效果显着，电机定子电流从15A降至6A，每天浪费电量爲3500度左右。②电机的转速下降，电机和泵运转情况分明改善，延伸了设备的运用寿命，降低了设备的维修费用。③采用变频调速技术后，由于泵出口阀全开，消弭了阀门因节流而发生的噪声，改善了任务环境 ；④电机的减速和加速可依据工艺要求自动调理，控制精度高，即保证可消费目标波动，又降低了工人的任务量。 ⑤循环氨水压力波动，防止了压力动摇，管道漏点分明增加，降低了检修任务。

4、发生的经济效益

依据以上数据得知每天浪费电量爲3500度左右，月浪费电量爲106500度（以30天计算），年浪费电量爲127.75万度，依照每度电0.48元计算，年浪费电费613200元。

5、结语

随着市场竞争日益剧烈以及国度对节能减排任务的要求越来越严厉，浪费动力、降低消费本钱、进步竞争力对企业来说尤爲重要，该变频器投入近四个月来，循环氨水泵的出口阀门全开，运转波动，增加了阀门截流招致动力损失，节能效果分明，完成了电机的软启动，延伸了电机、泵及其隶属设备的运用寿命。理论证明高压变频器在循环氨水泵上的使用是十分成功的。（论文网）

高压变频器散热与通风的设计

导读： 高压变频器在正常任务时，热量来源次要是隔离变压器、电抗器、功率单元、控制零碎等，其中作爲主电路电子开关的功率器件的散热、功率单元的散热设计、及功率柜的散热与通风设计最爲重要。

1 引言

在电力、化工、煤矿、冶金等工业消费范畴要求高压变频器有极高的牢靠性。影响高压变频器的牢靠性目标有多项，其中在设计进程中其散热与通风是一个至关重要的环节。目前高压变频器有高-低-高式、元件间接串联式、中点箝位多电平式、单元级联式等多种方式，普通来讲，上述各种方式的高压变频器，其效率普通可达95~97%;但由于设备功率大，普通爲mw级，在正常任务时，仍要发生少量的热量。爲保证设备的正常任务，把少量的热量分发出去，优化散热与通风方案，停止合理的设计与计算，完成设备的高效散热，关于进步设备的牢靠性是非常必要的。

高压变频器在正常任务时，热量来源次要是隔离变压器、电抗器、功率单元、控制零碎等，其中作爲主电路电子开关的功率器件的散热、功率单元的散热设计、及功率柜的散热与通风设计最爲重要。

2 功率器件的散热设计

通常对igbt或igct模块来说，其pn结不得超越125℃，封装外壳爲85℃。有研讨标明，元器件温度动摇超越±20℃，其生效率会增大8倍。功率器件散热设计关乎整个设备的运转平安。

2.1 在停止功率器件散热设计时应留意的事项

（1） 选用耐热性和热波动性好的元器件和资料，以进步其允许的任务温度;

（2）减小设备（器件）外部的发热量。爲此，应多选用微功耗器件，如低耗损型igbt，并在电路设计中尽量增加发热元器件的数量，同时要优化器件的开关频率以增加发热量;

（3） 采用适当的散热方式与用适当的冷却办法，降低环境温度，放慢散热速度。

以目前最罕见的单元级联式高压变频器爲例，对其中一个功率单元爲例停止热设计。功率器件采用igbt，其电路如图1所示。

2.2 损耗功率的预算

在设备稳态运转时，功率单元内整流二极管、igbt、续流二极管总的功率损耗即爲散热器的耗散功率。因而热设计的第一步就是对上述器件的总功耗停止预算。

图1 功率单元电路图

（1） igbt的功率损耗普通包括通态损耗、断态损耗、守旧损耗、关断损耗和驱动损耗，在预算时次要思索通态损耗、守旧损耗与关断损耗;

（2） 对续流二极管来讲，次要预算它的通态损耗与关断损耗;

（3） 整流二极管在低频状况下的损耗功率

次要爲通态损耗，确定其通态功耗的简便办法是从制造厂给出的通态损耗功率与通态均匀电流关系曲线间接查出。

上述功率单元总的功耗爲：p=（pss+psw）×4+pd×6 （5）

2.3 稳态下的结温计算

结温的计算是树立在如图2所示的简化热阻等效电路的根底上的。上述功率单元的简化热阻等效电路如图2所示。

图2 igbt的热阻等效电路图

图2中：rθ（j-c）是器件结到管壳基准点稳态热阻，由制造厂家提供，普通在数据表中给出下限值或给出瞬态热阻曲线取t→∞的稳态值;

rθ（c-a）是管壳未经过散热器间接到空气的热阻，通常不思索;

rθ（c-s）是管壳到散热器的触热阻，通常由制造厂家在数据表中给出;

rθ（c-a）是散热器基准点到环境基准点的热阻，其值由散热器方式、尺寸和冷却方式决议;

ta是环境温度。

（1） 静态热阻

（6）

（2） 瞬态热阻

由于电力电子器件任务在周期性的开关形态，就需思索其瞬态热阻所形成的结温动摇能否超越最大结温。瞬态热阻反映散热途径中热载体的热阻和热容量的综合效果。瞬态热阻抗可由下式求得：

通常处于周期性脉冲功耗负载下的均匀和最大结温可以参考厂家所给出的瞬态热阻曲线来计算。如图3示出了eupc型号爲bsm400ga120dlc的igbt模块瞬态热阻曲线zthjc=f（t）。

图3 igbt模块瞬态热阻曲线

（3） 稳态下的结温计算

经过上述办法剖析失掉整个功率单元一切的功率损耗，然后依照下式计算电力电子器件的结温或计算散热器的热阻。

同时在计算热阻时，应思索到损耗功率的动摇与负载的动摇;即在思索结温的均匀值的同时，应思索到其动摇的幅度。通常状况下，需保证在给定条件下所呈现的最高结温不大于其最大定额150℃，计算稳态结温时思索留出5℃的裕度。

3 功率单元的散热冷却设计

功率单元中的元器件次要包括整流二极管、igbt

（或igct）模块、电容、疾速熔断器、母线开关器件驱动电路以及其它一些维护电路。除二极管整流模块与igbt模块（igct）外，其他元器件由于在功率单元中经过支架等方式装置，在保证足够的空间间隔与必要细微空气的对流的条件，已满足其散热要求。因而功率单元的冷却设计次要思索二极管整流模块与igbt模块（igct）的散热要求。

功率器件的耗散功率所发生的温升需由散热器来降低，经过散热器添加功率器件的导热和辐射面积、扩张热流以及缓冲导热过渡进程，间接传导或借助于导热介质将热量传递到冷却介质中，如空气、水或水的混合液等。目前在高压变频器中常用到的冷却方式爲强迫空气冷却、循环水冷却、热管散热器冷却。

3.1 强迫空气冷却

强迫空气冷却用的散热器通常是一块带有很多叶片的良导热体，散热器热阻（r（s-a））预算公式：

式（9）中：k爲散热器热导率;

d和a辨别是散热器的厚度和面积，辨别以cm和cm2表示;

c是一个与散热器外表和装置角度有关的修正因子。

此式在空气温度不超越45℃时成立。

值得留意的是，散热器的制造工艺会影响到其导热系数，如铸造铝合金、挤压成型或钎焊散热器应区分思索。同时在选配散热器时应思索：散热器根部厚度应满足热的传导;翼片的数目与波纹在保证最大散热面积的前提下不至于发生太大的流体阻力;翼片的高度与厚度之间的比例要合理。如要保证散热有较大的裕量，增大散热器的长度是一个较好的选择。

3.2 循环水冷却

高压变频器采用循环水冷却方式可以大大进步散热效率，使得单位功率的体积小，可极大的减小零件的尺寸。与强迫空气冷却相比，散热器外表与流体的温差比拟小，一方面可以进步功率，另一方面可以降低芯片的温度，进步其寿命。但采用循环水冷却方式需求有水循环与处置设备，添加了设备的复杂水平。采用该方式时，应留意爲避免纯水会惹起生锈与结冻，普通采用水与醇混合。混合比例会影响到冷却液的热阻，当混合比例爲50%时，其热阻普通增大50%。正常状况下应保证水的流速不小于8升/分。

在低温干冷的环境中，由于空气中的绝对湿度比拟高，当冷却外表的温度低于露点时，水冷散热器会惹起凝露景象，由此能够形成器件的绝缘毁坏。因而水冷式高压变频器对环境要求要高一些。通常水的凝结点爲0℃，依据规范要求，额外温差爲5℃，因而任务温度不应低于5℃;同时绝对湿度≤90%（25℃），绝对湿度变化率应≤5%/h。

3.3 热管散热器

热管散热器是采用水或其它传热流体爲冷却介质，密封在具有毛细构造的铜管内的沸腾散热器。功率器件发生的热量经过散热器传导给流体，流体汽化后分散至整个铜管，以散热片散热冷却成水后回流到吸热面。热管散热用具有传热才能强、均温才能优秀、热密度可变、无外加设备、任务牢靠、构造复杂，分量轻、不必维护等优点，普通适用于大功率、分立元件的场所;在一些特殊的消费工况如粉尘比拟多的中央（煤矿、焦化厂、局部化工厂）可以采用热管散热器，由于可以做到整个功率变换局部的密闭性。

国际的电力电子变换器行业多年前已采用热管散热器。如df4型电传动内燃机车的电力整流柜改用热管交换原有的纯铝散热器;上海威特力焊接设备制造无限公司在400a以上的逆变焊机中每台都用热管散热器爲igbt和二极管散热。但目前还未见到采用热管散热的高压变频器。思索到上述几种散热方式，热管散热应是首选的思索。

3.4 其它留意事项

高压变频器无论采用何种冷却方式，器件在散热器上装置时应留意其装置地位。器件在散热器上的布局应留意以下几点：

（1） 散热器的中心地位热阻最小;

（2） 在同一个散热器上装置多个功率器件时，在思索各个器件发作的损耗状况的根底上，决议装置的地位，对发生大损耗的器件应给予最大的面积;

（3） 装置模块的散热器外表，应留意螺钉地位间的立体度控制在100以内，外表粗糙度控制在10以下，外表如有凹陷会间接招致接触热阻的添加;

（4）爲使接触热阻变小，在散热器与功率元件的装置面之间应平均涂敷散热绝缘混合剂，并施加适宜的紧固力矩，使器件外壳对散热器的接触热阻不超越数据手册要求的值。

4 零件的散热与通风设计

高压变频器常风的冷却方式次要爲散热器强迫风冷、循环水冷却和热管冷却等。因强迫风冷方式复杂，不存在水冷时的凝露成绩，以及热管散热器设计的复杂性，在确定适宜的通风构造的状况下，普通采用此种方式。采用强迫风冷方式需求在构造设计时思索散热风道。散热风道的设计应在充沛思索单元散热的要求下，应尽量优化。罕见的多电平串联方式的高压变频器，从构造上分爲功率柜体、变压器柜、控制柜。功率柜风道设计通常有两种方式：串联风道和并联风道。

4.1 串联风道

串联风道是由每个功率的散热器上下绝对，构成上下对应的风道，其特点由上下多个功率单元构成串联的通路，构造复杂，风道垂直使得风阻小;但由于空气从下到上存在顺次加热的成绩，形成下面的功率单元环境温差小，散热效果差。其构造如图4所示。

图4 功率柜风道构造图

4.2 并联风道

并联风道中从每个功率单元的后面进风，对应的进风口并联陈列，在前面的风仓中汇总后由风机抽出，同时整个功率柜普通采用冗余的办法，有多个风机并联运转，全体散热效果好，并进步了设备的牢靠性。但柜体前面要构成风仓，增大了设备的体积，同时由于各个功率单元后端到风机的间隔不同，使得每个功率单元的风流量不分歧，在设计时应加以思索。

4.3 散热风机的选择

整个功率局部采用强迫风冷的方式，需保证有足够的具有环境温度的空气源源不时地流经散热器的外表，使散热零碎到达某种温度值的热均衡。在波动的均衡形态下，依据公式：p=h×a×△t，在已确定零碎耗散功率p、散热器无效外表积a与散热器外表温度与环境温度差值△t的前提下，吸热介质的对流换热系数h可以求出。美国、日本规则风机乐音不得大于65db，所以他们规则的风速爲2～4m/s。因而在思索风机选择时，应保证电力半导体器件风冷散热器3～6m/s的风速，普通即可保证h能到达要求。

5 完毕语

目前高压变频器多采用强迫风冷方式，但由于水冷方式和热管散热有体积小、效率高、没有净化等优点，应更新设计理念，鼎力推行。总之，开发和选择新型高效散热技术对高压变频器停止冷却，是进步设备牢靠性和减少设备体积的一个重要措施。（科技潮人 OFWEEK）

高压变频调速技术在火力发电厂节能中的使用

1、引言

近年来，随着国度节能减排政策的鼎力推行，火电厂的设备节能改造也开端逐渐停止，而风机、水泵作爲火电厂数量最多的辅佐设备，具有十分显着的节能空间。同时，火电厂装机容量不时加大，招致机组的调峰力度随之增大，机组的负荷在运转周期内也有较大范围的改动，完成风机、水泵流量的实时调理势在必行。目前，我国火电厂大多采用节流阀对风机、水泵的流量停止调理，虽然可完成流量的变化，但并没有基本改动电动机的输入功率，没有到达节能的效果。但电力电子技术和计算机控制技术的疾速开展，火电厂风机等辅佐设备的节能改造普遍开端采用变频调速安装，获得了令人称心的效果。

2、高压变频调速零碎的次要优缺陷

2.1次要优点剖析

1）调速效率高。高压变频调速零碎可使风机、水泵等设备的电动机在运转频率发作改动后仍坚持额外转差率根本不变，也就是使电动机维持在改动后频率的同步转速左近运转，这样的益处是电动机的转差损失不变。同时，当速度发作变化时，只要变频安装中发生能量损耗，但电动机的本身损耗及效率会降低，其缘由次要是由于高次谐波的影响。

2）调速范围宽。高压变频调速零碎的调速范围可达10：1或20：1，可完成频率在50～5Hz或50～2.5Hz范围内的调理，同时在此调速范围内仍能坚持零碎具有较高的效率，因而低转速形态下运转的负载使用效果更爲显着。

3）在变频调速零碎发作毛病或许有其他经济运转方案需求时，变频安装可中止运转，此时设备的电能将由电网间接供应，这就确保了再零碎毛病时，风机、水泵等设备的运转不受影响，或许在更爲经济的运转条件下，如设备在额外频率范围形态下任务，此时采用节流等方式调理更爲经济，这样既保证了整个电力零碎的平安牢靠，又使得零碎的节能效果更爲显着。

4）变频调速安装除了可以调理流量外，还可以同时作爲电动机的软启动安装运用。

2.2次要缺陷剖析

1）虽然实际上变频调速零碎可适用绝大局部设备的节能改造，但目前在高压大容量传动设备中还不能普遍推行，其次要缘由有两个方面：一方面是火电厂装机容量越来越大，与之相顺应的辅佐机组供电电压可到达3～10kV，但功率开关器件往往不能接受如此高的电压；另一方面是高压大功率变频调速零碎无论是设计、消费还是装置运转，都需求较高的技术，其经济本钱也较高，而过高的投入将形成设备改造后无法获得实践的经济和节能效益。

2）变频器分爲电流型和电压型两品种型，二者的共同点是发生的电流或电压的波形均爲高次谐波，因而设备及其供电电源的运转将遭到很多负面影响。较典型的表现是，电动机在运转进程中由于高次谐波的影响将发生更多的附加损耗，温升随之添加，进而招致其效率和功率因数均降低、噪声增大等成绩。此外，电动机转矩在高次谐波的影响下降发作脉动景象，脉动的频率可用6kf（k=1，2，3…）表示，当次频率与零碎的固有频率相近时，将引发变频安装与设备的共振景象。但采用一定的措施是可以使变频器输入的高次谐波有所降低的，如采用PWM变频器或采用多重化技术的电流型和电压型变频器将大大改善安装的输入波形。

3、各种变频调速方式的节能效果比拟

风机、水泵的流量调理方式可分爲非变速调理和变速调理两大类，各种调速方式的差异次要表如今对转差功率的处置上，即转差功率耗费型（如液力耦合器调速、液力调速离合器调速、电磁转差离合器调速、鼠笼式异步电动机定子调压调速以及绕线式电动机转子串电阻调速）、转差功率回馈型（绕线式异步电动机的串级调速）以及转差功率不变型（变级调速、变频调速、直流电动机调速），第一种属于低效调速方式，后两种属于高效调速方式。高效调速方式的节能效果相差不大，因而本文着重讨论低效调速方式的节能效果的差别。

如上所述，目前我国采用的低效调速方式共有五种，其差异是采用的变频器类型不同，但它们存在一个共同点，也就是各低效调速方式的调速效率等于转速比（ηv=n2/n1=i），但其节能效果仍存在很大差异。

首先，拆卸了液力耦合器调速和绕线式电动机转子串电阻调速的风机和水泵等设备的电动机在运转时的转速依然可以到达未改造时的额外转速，因而其节能效果也是最好的。这两种调速方式下的电动机运转转速爲额外转速的2/3时将发生最大的转差损失，其值爲0.148，也就是在实践运转中，改造设备到达最高转速时所需的轴功率值。

其次，风机和水泵等设备在拆卸了液力耦合器调速和电磁转差离合器调速时，其电动机在运转时的转速并不能到达额外转速，因而这两种调速方式的节能效果与上述两种相比拟低。在这种调速方式下，水泵和风机与变频安装相衔接的自动局部与主动局部之间要存在一定的转速差才干正常运转。风机和水泵的最高转速比爲，其中爲设备运转时的最高转速，液力耦合器的最高转速比in范围爲0.97～0.98，以往的电磁转差离合器最高转速比in范围爲0.83～0.87，而目前新商品的 范围爲in0.94～0.96。与上述两种方式相反，采用这两种方式改造的设备运转时的最大转差损失也发生在2/3额外转速下，此时转差损失最大，可用计算，设备在非额外转速下的转差损失可用表示，由上式可知，在转速比i一定的条件下，in越小则越大。此外，由于采用这两种变频调速方式的设备达不到额外转速，因而要采取措施加大设备的出力，例如加微风机、水泵等设备的额外容量等。

关于调压调速安装，调速线路的晶闸管要发生换流损失，晶闸管换流发生的高次谐波也会影响到电动机的功能。此外调速调压安装通常配置高转子电阻的鼠笼式电动机，它的效率比普通的鼠笼式电动机要低。因而，它是上述低效调速方式中节能效果最差的。

4、结语

高压变频调速技术在火力发电厂节能改造中失掉了普遍的使用，获得了良好的效果，火电厂应积极鉴定新办法的无效性，在正确鉴定的根底上合理开发，把高压变频技术变爲改良的表帅，爲我国节能减排增效政策的施行奉献力气。