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高压变频调速系统虽然是一种非常高效的调速装置，但是在运行中，仍然有2%-4%左右的损耗，这些损耗都变成热量，较终耗散在大气中。如何把这些热量顺利的从变频器中带出来，是变频器设计中一个非常重要的问题。

高压变频器的发热部件主要是两部分：一是整流变压器，二是功率元件。功率元件的散热方式是关键。现代变频器一般采用空气冷却或者水冷。在功率较小时，采用空气冷却就能够满足要求。在功率较大时，则需要在散热器中通水，利用水流带走热量，因为散热器一般都有不同的电位，所以必须采用绝缘强度较好的水，一般采用纯净水，它比普通蒸馏水的离子含量还要低。在水路的循环系统中，一般还要加离子树脂交换器，因为散热器上的金属离子会不断的溶解到水中，这些离子需要被吸附清除。

应该说，从散热的角度来说，水冷是非常理想的。但是，水循环系统工艺要求高，安装复杂，维护工作量大，而且一旦漏水，会带来安全隐患。所以，能够用空气冷却解决问题的场合，就不要采用水冷。

空气冷却能够解决的散热功率，毕竟有一个极限，这个极限与技术类别有关。比如，ABB公司的ACS1000系列三电平变频器，规定在2000KW以上就必须采用水冷，而美国的罗宾康公司和AB公司，对于3200KW/6KV的变频器，仍然采用空气冷却。这又是为什么呢？

原来，空气冷却能够从设备中带出来的热量，与有效散热面积的大小有关系，散热面积越大，能够带走的热量就越多。元器件的数目越多，散热的面积就越大，空气冷却的效果就越好。对于6KV的变频器，比3KV的变频器器件数目多，而且单只器件的电流小，所以可以有较大的散热面积，相当于热量均分了。

有人会说，我增大散热器的面积，不就增大了散热面积了吗？我公司产品开发部的试验证明了这是一个悖论。电力电子元件的热量按照如下方式传导：沿散热器表面散开，再沿表面传递到散热片上，被空气带走。沿散热器表面散开的面积是非常有限的，离开元件较远处，已经基本感受不到热量，所以把散热器表面做大到一定程度，对散热效果的增加已经没有意义。对于散热器的齿片也是一样，齿根处温度较高，齿尖处只有很少的热量到达，所以增高齿片到一定程度，对散热也毫无用处。

所以，要解决大功率产品的空气冷却问题，有效的办法是，利用很多的元器件，均摊热量，增大有效的散热面积。

当然，采用功耗较小的新一代元器件，或者采用热阻较小的新式散热器，也可以使空气冷却的变频器功率更大，例如，在目前的IGBT封装形式下，原来我们发现，如果不采用器件并联，我们只能做到1800KW/6KV，现在，由于新一代IGBT器件和新式散热器的采用，我们可以做到2300KW/6KV。这是技术研究的另一方面，与上面的分析不矛盾。

那么，为什么我们在2500KW/6KV以上的变频器中采用IGBT并联？并不是因为我们买不到那么大电流的IGBT，而是因为，通过试验我们发现，在现有的技术条件下，如果不采用元器件并联增大有效散热面积，无法将内部的热量用空气带出来，无法保证元器件的温升满足要求。

我们现在研究开发5000KW/6KV的变频器，为什么我们比较有把握？因为原来我们开发的3200KW/6KV变频器，是用15个功率单元带走热量，到了5000KW时，我们把功率单元增加到24个，每个功率单元带走的热量仍旧差不多。

有人又会问：为什么ABB公司不采用元器件并联呢？这是因为，在所有的器件中，只有IGBT和MOSFET是正温度系数，适于并联，IGCT是不适于并联的，所以他们必须采用水冷了。

关于变频器散热的另外一个问题是，把热量从变频器内部带出来以后，如何耗散在大气中。对于水冷装置，需要在室外安装一个水-空冷装置，把热水变成凉水。对于空气冷却的装置，如果散热量较大，需要安装风道，把热空气直接排出室外，否则，热空气会在室内聚集，造成室温升高。以前有的用户考虑用室内空调机降温，事实证明在大功率变频器应用中，需要较大的空调配置，是不经济的。如果用户工厂内有冷却水，我们建议用户采用水-空冷装置，这种装置类似于我们工厂的空调装置，在水管上镶嵌散热片，在水管内通入冷水，冷水的流量要足够大，保证散热片较低的温度，变频器散出来的热风进入散热片，经过散热片后变成了凉风。这种方式可以采用密闭的小屋放置变频器，不用考虑灰尘的影响。

总之，变频器的散热问题有很多的学问，结构设计人员在试验中，发现了很多非常有意思的现象。而变频器的结构设计，往往不是把东西装进去那么简单，需要考虑很多的问题。

目前，变频器在化工、电力、冶金以及民用等各个领域的应用已经日益广泛，变频器的使用不仅仅局限于电气技术人员的应用范畴。作为一名服务生产现场的仪表自控人员，了解变频器，掌握变频器的基本原理以及常见故障的处理，在实际生产中尤为重要。同时，它又是提升自身自控系统能力的一种工具。

    一、变频器的简单介绍

    变频器是把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电机变速运行的设备。

    1. 变频器的基本结构

    2. 其中各个电路的作用

    a. 控制电路

    控制电路完成对主电路的控制。它将信号传给整流器、中间电路和逆变器，同时接受来自这些部分的信号。变频器都是由控制电路利用信号来开关逆变器的半导体器件，这是所有变频器的共同点。

    b. 整流器

    整流器与单相或三相交流电源相连接，产生脉动的支流电压。整流电路将交流电变换成直流电（交—直变换）。

    c. 中间电路

    直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波。将整流电压变换成支流电流；使脉动的支流电压变得稳定平滑，供逆变器使用；将整流后固定的支流电压变换成可变的交流电压。

    d. 逆变器

    逆变器产生电动机电压的频率，逆变电路将直流电再逆变成交流电（直—交变换）。

    二、变频器在生产中的应用（以富士G7变频器为例）

    1. 变频器的控制原理（见图2）

    变频调速装置电路由空气开关QF2，交流接触器KM1和变频器U1组成，由安装在电气控制柜面板上的转换开关按钮S1，启动开关按钮S2；或安装在现场防爆操作柱上启动按钮和停止按钮；以及DCS控制系统的启动、停止按钮来控制U1的运行。 

    启动U1时必须先闭合QF1和QF2，以及控制回路上的QF12（见图3）：

    （1）电动机上PTC1处于得电状态，用于电动**温保护；

    （2）电气控制柜面板上的启动开关按钮S2置于启动位置，空气开关QF2得电时，其联动常开触点闭合，使得交流接触器KM1得电；则KM1常开触点闭合，变频器处于受电状态；

    （3）此时按下DCS系统画面上的启动按钮或现场防爆操作柱上的启动按钮，则K1得电，同样，K1的常开触点闭合；这样，变频器处于运行状态，同时K1的常开触点闭合将DCS启动按钮或现场的启动按钮进行自保。

    2. 变频器频率调节回路（见图2、图4）