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逆變器廠家詳解:光伏逆變器的散熱研究與應用

2019-9-11

隨著光伏逆變器單機功率的增大,IGBT逆變模塊、電抗器等主要器件的熱損耗也在不斷增大, 通風散熱的重要性也凸顯出來。今天逆變器廠家詳細的介紹一下:

1、在產(chǎn)品研發(fā)前期階段,針對同一單品往往有多種風道設計方案,利用熱分析技術在眾多方案中選擇最佳散熱方案能有效的提高產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性, 保證整機設備正常運行。

目前, 針對光伏逆變器的散熱分析多局限于 IGBT 模塊及其散熱器, 整機散熱分析多存在于小功率逆變器中。本文以大功率逆變器為例子,以內(nèi)部各模塊單元散熱為重點, 進行逆變器整機散熱分析。

2、散熱方式

以大功率逆變器為例子,通過分析各模塊單元發(fā)熱方式及發(fā)熱量,尋找最適合其的冷卻方式。目前大功率逆變器冷卻方式有:

(1)、自然冷卻:空氣自然對流將熱量帶到周圍空間, 這種散熱方式可以用在發(fā)熱功率不大,重量溫度等要求不高的場合, 優(yōu)點是:結(jié)構簡單、 無噪音、 價格低廉。

(2)、強迫空氣冷卻:發(fā)熱功耗大的器件, 選用強迫風冷式很必要, 尤其配合一些高效能散熱器可以得到理想散熱效果,強迫風冷換熱效率高, 一般是自然散熱方式的數(shù)倍。

(3)、液體冷卻:冷卻液體與發(fā)熱的電子元器件直接接觸進行熱交換。液體冷卻是一種比較好的冷卻方式,其缺點是:系統(tǒng)比較復雜、 體積和重量較大、 設備費用較高、 維修也較困難。

逆變器屬于發(fā)熱功耗大器件, 其主要的熱量產(chǎn)自于電抗器, 功率單元以及連接的銅排。單靠自然冷卻已經(jīng)不能完全解決其散熱問題,這個時候就需要對它進行人為的強化散熱措施。

對于功率單元和電抗器的散熱情況,屬于單個電子器件冷卻的情況,因此采用單個電子元器件的強迫空氣冷卻。對于整機部分,剩余銅排產(chǎn)生的熱耗并不多, 因此, 采用自然冷卻的方式。

3、風機的選擇

風機按其工作原理及結(jié)構形式可分為兩類:軸流式通風機和離心式通風機。

軸流式通風機空氣進出口的流動方向與軸線平行,特點是風量大, 風壓小。它又可以分為螺旋槳式、 圓筒式和導葉式三種。離心式通風機由螺殼、轉(zhuǎn)動的葉輪及外部的驅(qū)動電機等三個主要部件組成。

空氣從軸向進入, 然后轉(zhuǎn)90度,在葉輪內(nèi)作徑向流動, 并在葉輪外周壓縮, 再經(jīng)螺殼由出風口排出。這類通風機的特點是風壓高、 風量小, 常用于阻力較大的發(fā)熱元件或機柜的通風冷卻。

選擇通風機時,應根據(jù)通風冷卻系統(tǒng)所需的風量、風壓及環(huán)境條件 (包括空間大小) 選定風機的類型。要求風量大、 風壓低的設備可采用軸流式通風機, 反之可選用離心式通風機。

通常的做法是根據(jù)經(jīng)驗值粗選一款, 然后進行熱仿真實驗的驗證,再根據(jù)熱仿真的結(jié)果確定及調(diào)整所用風機。

4、逆變單元散熱

逆變單元的熱源就是功率開關器件IGBT, 因此針對單個元器件, 采用單個強迫風冷的冷卻方式, 選用離心式通風機, 風機從底下鼓風, 通過散熱器, 再通過導風槽向機柜外送風,外側(cè)的鈑金以及導風槽結(jié)合起來, 恰好構成IGBT單獨的風道。

5、電抗器散熱

電抗器在進行散熱設計時, 選用的是風機抽風的方式,抽風方式送風比較均勻??紤]到是左右對稱的結(jié)構, 將風機設計在對稱中間的位置, 這樣兩邊的單獨散熱可以整合在一個機柜中, 減少機柜數(shù)量, 降低成本。

風機的通風口直接對準電抗器的上方,在電抗器的四周設計擋風板, 為電抗器設計出一個專用的散熱風道, 增強散熱效果。風機進風口與擋風板密閉良好,防止熱量泄漏到機柜其他地方。

通風管道采用直的錐形風道, 不僅容易加工,而且局部阻力也小, 錐形的直管能保證氣流在風道中不產(chǎn)生回流, 可達到等量送風的要求。

通風管道的長度不宜太長, 適宜的管道長度可以降低風道的阻力損失, 同時制造和安裝也比較簡單。采用光滑的鈑金材料制作風道,減小摩擦損失。

6、整機通風管道設計

整體采用自然冷卻的方式, 機柜的前門以及后門,增開百葉窗, 結(jié)構布局時設計模塊交錯排列并保持相應的距離, 使得空氣能流通疏散, 增加散熱效果。