[發(fā)明專利]礦用中高壓變頻器循環(huán)冷卻裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310394248.6
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN103427601A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 苗焰青;楊紹鵬;張建東;賈華忠;郭凱;李曉明;張志峰
• 申請（專利權(quán)）人: 山西科達自控股份有限公司
• 主分類號: H02M1/00
• 分類號: H02M1/00;H05K7/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種礦用中高壓變頻器的冷卻裝置及方法，尤其涉及級聯(lián)式大功率變頻器的冷卻，提供一種礦用中高壓變頻器循環(huán)冷卻方法。

背景技術(shù)

近年來，電力電子和自動控制技術(shù)的發(fā)展也推動了煤礦生產(chǎn)設(shè)備的更新?lián)Q代，為了適應(yīng)煤礦節(jié)能和安全生產(chǎn)要求，煤礦用隔爆型變頻器的使用也越來越多，并要求具有極高的可靠性。煤礦礦井下的機械設(shè)備的大功率電機一般采用變頻調(diào)速，這樣可以明顯的提高機械設(shè)備對工況的適用性，從而提高生產(chǎn)率，節(jié)約大量電能。用于煤礦礦井下的變頻器設(shè)備，由于環(huán)境因素，對散熱技術(shù)有很多制約。一方面為了安全，煤礦礦井下變頻器需要將電子元器件及電路設(shè)備全部密封在隔爆腔體內(nèi)，另一方面變頻器中的電力電子器件工作時有功率損耗，會產(chǎn)生大量的熱量，因此需要將熱量散發(fā)出去。因此，對于隔爆變頻器中的散熱技術(shù)需要進行改進。

影響變頻器的可靠性指標(biāo)有多項，其冷卻就是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。?

現(xiàn)在變頻器的冷卻方式，通常有以下幾種：

（1）空氣自然冷卻?????主要用于功率比較小，元器件的散熱面積大的變頻器上。冷卻主要通過空氣的自然對流以及輻射作用將熱量帶走。由于其機構(gòu)簡單、無噪音、免維護、可靠性高等特點，使用范圍很廣，尤其適用于沖擊負載和斷續(xù)工作制負載，缺點在于無法用于大功率長期工作的變頻器上。

（2）強制風(fēng)冷?????強制風(fēng)冷是在變頻器的散熱器上通以壓縮空氣，電子功率元件IGBT和整流元件產(chǎn)生的熱量被流動的氣流迅速帶走達到冷卻的效果。特點是冷卻效率高，變頻器可做到幾百kW，體積相對小，散熱器選擇比較容易，由于中、高壓變頻器的電壓高，IGBT不能直接安裝在外殼的底板上，熱量不能直接散到外部的散熱器上，所以這種冷卻方式只適用于低壓變頻器，不適合中高壓變頻器。?（3）水冷散熱?????水冷散熱器的散熱效率極高，可以大大提高功率元件的容量，但是，普通水的電氣絕緣性能極差，水中存在的雜質(zhì)離子會在高電壓下導(dǎo)致電腐蝕和漏電現(xiàn)象，并且由于井下水質(zhì)較硬，在水道中易形成水垢而妨礙散熱的效果，并有可能堵塞水道，一般用于低電壓等級變頻器。在高電壓變頻器中使用，必須考慮和解決運行過程中的可靠性和腐蝕性兩大問題。水冷散熱器在800kW以上大功率防爆變頻器也有應(yīng)用，多數(shù)用于緊壓包裝式功率元件，因此冷卻液必須具備純凈、去離子等嚴(yán)格要求，必須處在一個高度封閉的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)中，還需要配置一個外循環(huán)冷卻裝置，為其配套換熱；同時換液、補液、拆裝管路都要求在隔離狀態(tài)下進行，還必須進行去離子處理。稍有不慎就會引發(fā)漏電、短路故障，如果是中、高壓設(shè)備，還可能引發(fā)嚴(yán)重事故。?（4）油冷散熱?????油冷散熱器的散熱效率雖然沒有水冷方式高，但由于具有很高的電絕緣性和電磁屏蔽效果，曾在普通大功率變頻器中廣泛使用，但其成本和對環(huán)境的要求使得這些年漸漸的淡出，并且根據(jù)煤礦安全的規(guī)定，煤礦井下不允許使用充油電氣設(shè)備，油冷散熱方式無法用于煤礦井下。

發(fā)明內(nèi)容

????為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種礦用中高壓變頻器循環(huán)冷卻裝置，由變頻器、隔爆外殼、風(fēng)扇和散熱器組成，隔爆外殼內(nèi)部使用絕緣材料將安裝有變頻器的隔爆腔分隔成三個相互獨立的通道，隔爆外殼上固定有安裝了散熱器的隔爆基板，散熱器穿透基板并在基板兩側(cè)均勻分布。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，三個相互獨立的通道分別為冷風(fēng)通道、熱風(fēng)通道和熱交換通道。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在熱交換通道和熱風(fēng)通道的分界處安裝離心式風(fēng)扇，用以抽出功率模塊的熱風(fēng)，同時送入散熱器的入口；在冷風(fēng)通道的上部安裝軸流風(fēng)扇，用以減小散熱器的風(fēng)阻，抽出經(jīng)過熱交換后的冷風(fēng)。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，散熱器是用傳熱效率極高的熱管焊接在具有隔爆功能的基板上，熱管要穿透基板，基板將熱管分成兩部分，在隔爆腔內(nèi)的部分起吸熱的作用，隔爆腔外的部分起散熱的作用。

本發(fā)明還提出了一種礦用中高壓變頻器循環(huán)冷卻方法，包括：(1)建立循環(huán)風(fēng)流通通道：依托隔爆外殼，用絕緣板或絕緣型材將變頻器隔爆腔分成三個相互獨立的通道；(2)建立風(fēng)的強制循環(huán)：在熱交換通道和熱風(fēng)通道的分界處安裝離心式風(fēng)扇，用以抽出功率模塊的熱風(fēng)，同時送入散熱器的入口，在冷風(fēng)通道的上部安裝軸流風(fēng)扇，用以減小散熱器的風(fēng)阻，抽出經(jīng)過熱交換后的冷風(fēng)；(3)將散熱器用傳熱效率極高的熱管焊接在具有隔爆功能的基板上，熱管要穿透基板，基板將熱管分成兩部分，在隔爆腔內(nèi)的部分起吸熱的作用，隔爆腔外的部分起散熱的作用。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，將風(fēng)扇均勻布置，使得風(fēng)量滿足散熱功率的要求。