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变频器在高温下工作需要注意什么及大功率高压变频器的散热分析

电力讲坛 2019-07-28 10:41 次阅读

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展,高压大功率变频调速装置不断地成熟起来,原来一直难于解决的高压问题,近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。

变频器在高温下的注意事项:

1、认真监视并记录变频器人机界面上的各显示参数,发现异常应即时反映;

2、认真监视并记录变频室的环境温度,环境温度应在-5℃~40℃之间。移相变压器的温升不能超过130℃;

3、夏季温度较高时,应加强变频器安装场地的通风散热。确保周围空气中不含有过量的尘埃,酸、盐、腐蚀性及爆炸性气体;

4、夏季是多雨季节,应防止雨水进入变频器内部(例如雨水顺风道出风口进入);

5、变频器柜门上的过滤网通常每周应清扫一次;如工作环境灰尘较多,清扫间隔还应根据实际情况缩短;

6、变频器正常运行中,一张标准厚度的A4纸应能牢固的吸附在柜门进风口过滤网上;

7、变频室必须保持干净整洁,应根据现场实际情况随时清扫;

8、变频室的通风、照明必须良好,通风散热设备(空调、通风扇等)能够正常运转。

在大型电力电子设备中,随着温度的增加,失效率也增加,因此大功率高压变频器功率器件的热设计直接关系到设备的可靠性与稳定性。大功率高压变频器往往要求有极高的可靠性,影响电力电子设备失效的主要形式是热失效,据统计,50%以上的电子热失效主要是由于温度超过额定值引起的。从结构设计上来说散热技术是保证设备正常运行的关键环节。由于安邦信公司高压变频器设备功率大,一般为MW级,在正常工作时,会产生大量的热量。为保证设备的正常工作,把大量的热量散发出去,优化散热与通风方案,进行合理的设计与计算,实现设备的高效散热,对于提高设备的可靠性是十分必要的。

散热计算:

高压变频器在正常工作时,热量来源主要是隔离变压器、电抗器、功率单元、控制系统等,其中作为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为重要。对IGBT或IGCT功率器件来说,其pn结不得超过125℃,封装外壳为85℃。有研究表明,元器件温度波动超过±20℃,其失效率会增大8倍。

散热设计注意事项:

(1)选用耐热性和热稳定性好的元器件和材料,以提高其允许的工作温度;

(2)减小设备(器件)内部的发热量。为此,应多选用微功耗器件,如低耗损型IGBT,并在电路设计中尽量减少发热元器件的数量,同时要优化器件的开关频率以减少发热量;

(3)采用适当的散热方式与用适当的冷却方法,降低环境温度,加快散热速度。

排风量计算:

在最恶劣环境温度情况下,计算散热器最高温度达到需求时候的最小风速。根据风速按照冗余放大率来确定排风量。排风量的计算公式为:Qf=Q/(Cpρ△T)

式中:

Qf:强迫风冷系统所须提供的风量。

Q:被冷却设备的总热功耗。

Cp=1005J/(kg℃):空气比热,J/(kg℃)。

ρ=1.11(m3/kg):空气密度。

△T=10℃:进、出口处空气的温差。

根据风量和风压确定风机型号,使得风机工作在效率最高点处,即增加了风机寿命又提高了设备的通风效率。

风道设:

串联风道是由每个功率模块的散热器上下相对,形成上下对应的风道,其特点由上下多个功率单元形成串联的通路,结构简单,风道垂直使得风阻小;但由于空气从下到上存在依次加热的问题,造成上面的功率单元环境温差小,散热效果差。

并联风道中从每个功率单元的前面进风,对应的进风口并联排列,在后面的风仓中汇总后由风机抽出,同时整个功率柜一般采用冗余的方法,有多个风机并联运行,整体散热效果好,并提高了设备的可靠性。但柜体后面要形成风仓,增大了设备的体积,同时由于各个功率单元后端到风机的距离不同,使得每个功率单元的风流量不一致,是设计的难点。

根据串联风道和并联风道的特点,安邦信公司高压变频器选择并联风道设计,并形成了独有的结构专利技术。

仿真分析:

利用仿真软件可以在以上各种不同结构及层次上对系统散热、温度场及内部流体运动状态进行高效、准确、简便的定量分析。根据仿真结果,对散热结构进行评估、修改,然后再次仿真,直到得到满足要求的结果。通过这种方式,我们对热失效进行了很好控制,从而大大提高了设备的可靠性和稳定性。

结束:

变频器是一种使电动机变速运行进而达到节能效果的设备,习惯上把额定电压在3kV到10kV之间的电动机称为高压电机,因此一般把针对3kV至10kV高电压环境下运行的电动机而开发的变频器称为高压变频器。与低压变频器相比,高压变频器适用于大功率风电、水泵的变频调速,可以收到显着的节能效果。

原文标题:大功率高压变频器的散热分析

文章出处:【微信号:dianljiangtan,微信公众号:电力讲坛】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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B120H3Q0是一款功率集成模块(PIM),包含一个双升压级,由两个50A / 1200V IGBT,两个20A / 1200V SiC二极管和两个用于IGBT的25A / 1600V反并联二极管组成。另外还包括两个用于浪涌电流限制的25A / 1600V旁路整流器。包括一个板载热敏电阻。 特性 优势 IGBT规格:VCE(SAT)= 1.77 V,ESW = 2200 uJ 具有低VCE(SAT)的快速IGBT以实现高效率 25 A / 1600 V旁路和反并联二极管 低VF旁路二极管,在旁路模式下具有出色的效率 SiC整流器规格:VF = 1.44 V 用于高速开关的SiC二极管 焊针和压合销选项 灵活安装 应用 终端产品 MPPT提升阶段 Bat tery Charger Boost Stage 太阳能逆变器 储能系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 07:02 14次 阅读
NXH100B120H3Q0 功率集成模块 双升压 1200 V 50 A IGBT + 1200 V 20 A SiC二极管

NXH160T120L2Q2F2S1 功率集成模块(PIM) IGBT 1200 V 160 A和650 V 100 A

T120L2Q2F2SG是一款功率集成模块(PIM),包含一个分离式T型中性点钳位三电平逆变器,由两个带反向二极管的160A / 1200V半桥IGBT,两个中性点120A / 1200V整流器组成,两个具有反向二极管的100A / 650V中性点IGBT,两个半桥60A / 650V整流器和一个负温度系数热敏电阻(NTC)。 特性 优势 650 V IGBT规格:VCE(SAT)= 1.47 V,ESW = 2560 uJ 快速切换具有低VCE(SAT)的IGBT以实现更高效率 1200 V IGBT规格:VCE(SAT)= 2.15 V,ESW = 4300 uJ 快速切换具有低VCE(SAT)的IGBT以实现更高的效率 底板 热传播 可焊销 轻松安装 热敏电阻 温度检测 T型中性点钳位三电平逆变器模块 应用 终端产品 DC-AC阶段 太阳能逆变器 UPS 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 07:02 16次 阅读
NXH160T120L2Q2F2S1 功率集成模块(PIM) IGBT 1200 V 160 A和650 V 100 A

FSBB15CH120DF 运动SPM

CH120DF是一款先进的Motion SPM ® 3模块,为交流感应,BLDC和PMSM电机提供功能齐全的高性能逆变器输出级。这些模块综合优化了内置IGBT的栅极驱动,最大限度降低电磁辐射和损耗,同时提供多种自带保护功能,包括欠压闭锁,过流关断,驱动芯片热监控和故障报告。内置高速HVIC仅需要单电源电压并将收到的逻辑电平栅极输入信号转换为高电压,高电流驱动信号,从而有效驱动模块的内部IGBT。独立负IGBT引脚适用于各相位,以支持最广泛的算法控制。 特性 UL认证号E209204(UL1557) 1200 V - 10 A三相IGBT逆变器,带积分栅驱动器和保护功能 低功耗,额定短路IGBT 使人 2 0 3 陶瓷基质实现极低热阻 专用Vs引脚能够简化PCB布局 低侧IGBT的独立发射极开路引脚用于三相电流检测 单相接地电源 LVIC内嵌温度感功能,用于监控温度 绝缘等级:2500 V rms /分 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 07:02 42次 阅读
FSBB15CH120DF 运动SPM

FSBB15CH120D 运动SPM

CH120D是一款先进的MotionSPM®3模块,用于交流感应,BLDC和PMSM电机提供功能齐全的高性能逆变器输出级。 这些模块综合优化了内置IGBT的栅极驱动,最大限度降低电磁辐射和损耗,同时提供多种自带保护功能,包括欠压闭锁,过流关断,驱动芯片热监控和故障报告。内置高速HVIC仅需要单电源电压并将收到的逻辑电平栅极输入信号转换为高电压,高电流驱动信号,从而有效驱动模块的内部IGBT。独立负IGBT引脚适用于各相位,以支持最广泛的算法控制。 特性 UL认证号E209204(UL1557) 1200 V - 10 A三相IGBT逆变器,带积分栅驱动器和保护功能 低功耗,额定短路IGBT 使人 2 0 3 陶瓷基质实现极低热阻 专用Vs引脚能够简化PCB布局 低侧IGBT的独立发射极开路引脚用于三相电流检测 单相接地电源 LVIC内嵌温度感功能,用于监控温度 绝缘等级:2500 V rms /分 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 07:02 30次 阅读
FSBB15CH120D 运动SPM

NXH80B120L2Q0 功率集成模块 双升压 1200 V 40 A IGBT + 1200 V 30 A Si二极管

120L2Q0SG是一款功率模块,包含一个双升压级,由两个40A / 1200V IGBT,两个30A / 1200V硅二极管和两个用于IGBT的25A / 1600V反并联二极管组成。另外还包括两个用于浪涌电流限制的25A / 1600V旁路整流器。包括一个板载热敏电阻。 特性 优势 IGBT规格:VCE(SAT)= 2.2 V,ESW = 2830 uJ 具有低VCE(SAT)的快速IGBT以实现高效率 25 A / 1600 V旁路和反并联二极管 低VF旁路二极管,在旁路模式下具有出色的效率 Si整流器规格:VF = 2.4 V,IRRM = 53 A 用于中速切换的Si二极管 可焊接针 轻松安装 双升压40 A / 1200 V IGBT + Si整流器模块 热敏电阻 应用 终端产品 太阳能逆变器升压阶段 太阳能逆变器 UPS 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 05:02 36次 阅读
NXH80B120L2Q0 功率集成模块 双升压 1200 V 40 A IGBT + 1200 V 30 A Si二极管

FPF2G120BF07AS 具有NTC的F2,3ch升压模块

一种快速,可靠的的安装方式。 特性 高效率 低传导损耗和开关损耗 高速场截止IGBT SiC SBD用作升压二极管 内置NTC可实现温度监控 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-31 04:02 34次 阅读
FPF2G120BF07AS 具有NTC的F2,3ch升压模块

NFL25065L4BT 用于2相交错式PFC的PFCSPM®2系列

65L4BT是一款PFCSPM®2模块,为消费,医疗和工业应用提供全功能,高性能的交错式PFC(功率因数校正)输入功率级。这些模块集成了内置IGBT的优化栅极驱动,可最大限度地降低EMI和损耗,同时还提供多种模块内保护功能,包括欠压锁定,过流关断,热监控和故障报告。这些模块还具有全波整流器和高性能输出SiC二极管,可节省更多空间和安装便利性。 特性 650 V - 50 A 2阶段具有整体栅极驱动器和保护的交错式PFC 使用Al2O3 DBC衬底的极低热阻 全波桥式整流器和高性能输出SiC升压二极管 用于温度监控的内置NTC热敏电阻 隔离评级:2500 Vrms / min 应用 终端产品 2相交错式PFC转换器 商用空调 工业电机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 04:02 44次 阅读
NFL25065L4BT 用于2相交错式PFC的PFCSPM®2系列

NFCS1060L3TT 智能功率模块(IPM) PFC组合 600V 10A

60L3TT是一个完全集成的PFC和逆变器功率级,包括一个高压驱动器,六个电机驱动IGBT,一个PFC SJMOSFET,一个用于整流器的PFC SiC-SBD和一个热敏电阻,适用于驱动永磁同步( PMSM)电机,无刷直流(BLDC)电机和交流异步电机。 IGBT采用三相桥式配置,为小腿提供独立的发射极连接,以便在选择控制算法时获得最大的灵活性。 特性 优势 在一个封装中采用PFC和逆变器级的简单散热设计。 保存PCB面积并简化装配流程 交叉传导保护 避免手臂短路输入信号不足 集成自举二极管和电阻器 保存PCB面积 应用 终端产品 电机驱动模块 电机控制系统 工业/通用控制系统HVAC 工业风扇电机 泵 洗衣机 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 04:02 16次 阅读
NFCS1060L3TT 智能功率模块(IPM) PFC组合 600V 10A

NFAP1060L3TT 智能功率模块(IPM) 600 V 10 A 带有先进的SIP封装

60L3TT是一个完全集成的逆变器功率级,由高压驱动器,六个IGBT和一个热敏电阻组成,适用于驱动永磁同步(PMSM)电机,无刷直流(BLDC)电机和交流异步电机。 IGBT采用三相桥式配置,为低支路提供独立的发射极连接,在控制算法选择方面具有最大的灵活性。功率级具有全面的保护功能,包括跨导保护,外部关断和欠压锁定功能。连接到过流保护电路的内部比较器和参考电压允许设计人员设置过流保护电平。 特性 紧凑型44mm x 20.9mm单列直插式封装 内置欠压保护 交叉传导保护 集成自举二极管和电阻器 应用 终端产品 工业驱动器 泵 粉丝 Automationas 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 03:02 10次 阅读
NFAP1060L3TT 智能功率模块(IPM) 600 V 10 A 带有先进的SIP封装

NCP5304 MOSFET / IGBT驱动器 高压 高压侧和低压侧 双输入

4是一款高压功率栅极驱动器,提供两路输出,用于直接驱动2个N沟道功率MOSFET或以半桥配置排列的IGBT。它使用自举技术确保正确驱动高端电源开关。驱动器使用2个具有交叉传导保护的独立输入。 特性 高压范围:高达600V dV / dt抗扰度±50 V / ns 栅极驱动电源范围为10 V至20 V 高低驱动输出 输出源/灌电流电流能力250 mA / 500 mA 兼容3.3 V和5 V输入逻辑 最多输入引脚上的Vcc摆动 两个通道之间的匹配传播延迟 带输入的阶段输出 具有100ns内部固定死区时间的交叉传导保护 在两个通道的Vcc LockOut(UVLO)下 Pin to Pin与行业标准兼容 应用 半桥电源转换器 全桥转换器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 01:02 66次 阅读
NCP5304 MOSFET / IGBT驱动器 高压 高压侧和低压侧 双输入

NCP5111 功率MOSFET / IGBT驱动器 单输入 半桥

1是一款高压功率栅极驱动器,提供两个输出,用于直接驱动2个N沟道功率MOSFET或以半桥配置排列的IGBT。它使用自举技术确保正确驱动高侧电源开关。 特性 高压范围:高达600V dV / dt抗扰度±50 V / ns 栅极驱动电源范围从10 V到20 V 高低驱动输出 输出源/灌电流电流能力250 mA / 500 mA 兼容3.3 V和5 V输入逻辑 输入引脚上的Vcc摆幅 两个频道之间的匹配传播延迟 内部固定Dea的一个输入d时间(650 ns) 在两个频道的Vcc LockOut(UVLO)下 引脚与引脚兼容行业标准 应用 半桥电源转换器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 01:02 44次 阅读
NCP5111 功率MOSFET / IGBT驱动器 单输入 半桥

MC33153 单IGBT驱动器

3专门设计用作高功率应用的IGBT驱动器,包括交流感应电机控制,无刷直流电机控制和不间断电源。虽然设计用于驱动分立和模块IGBT,但该器件为驱动功率MOSFET和双极晶体管提供了经济高效的解决方案。器件保护功能包括选择去饱和或过流检测和欠压检测。这些器件采用双列直插和表面贴装封装,包括以下特性: 特性 高电流输出级:1.0 A源/ 2.0 A接收器 常规和感测IGBT的保护电路 可编程故障消隐时间 防止过电流和短路 针对IGBT优化的欠压锁定 负栅极驱动能力 成本有效地驱动功率MOSFET和双极晶体管 无铅封装可用 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 01:02 127次 阅读
MC33153 单IGBT驱动器

NCP5106 MOSFET / IGBT驱动器 高压 高压侧和低压侧

6是一款高压栅极驱动器IC,提供两路输出,用于直接驱动2个N沟道功率MOSFET或IGBT,采用半桥配置版本B或任何其他高端+低端配置版本A. 它使用自举技术确保正确驱动高端电源开关。驱动程序使用2个独立输入。 NCP5109 = 200V NCP5106 = 600V 特性 高压范围:最高600 V dV / dt抗扰度±50 V / nsec 栅极驱动电源范围为10 V至20 V 高低驱动输出 输出源/灌电流电流能力250 mA / 500 mA 兼容3.3 V和5 V输入逻辑 输入引脚上的Vcc摆动 匹配传播两个渠道之间的延迟 输入阶段的输出 适应所有拓扑的独立逻辑输入(版本A) 交叉传导保护机智h 100 ns内部固定死区时间(版本B) 在两个通道的Vcc LockOut(UVLO)下 Pin-to-Pin与行业标准兼容 应用 半桥电源转换器 任何互补驱动转换器(非对称半桥,有源钳位)(仅限A型)。 全桥转换器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 00:02 86次 阅读
NCP5106 MOSFET / IGBT驱动器 高压 高压侧和低压侧

FL73282 半桥栅极驱动器

2是一款单片半桥栅极驱动器IC,可驱动工作电压高达+ 900V的MOSFET和IGBT.Fairchild的高压工艺和共模噪声消除技术可使高侧驱动器在高dV / dt噪声环境下稳定运行。先进的电平转换电路,可使高侧栅极驱动器的工作电压在V BS = 15 V时达到V S = - 9.8 V(典型值)。当V CC 或V BS 低于指定阈值电压时,两个通道UVLO电路可防止发生故障。输出驱动器的源电流/灌电流典型值分别为350 mA / 650 mA,适用于各种半桥和全桥逆变器。 特性 浮动通道可实现高达+900 V的自举运行 两个通道的源/灌电流驱动能力典型值为350 mA / 650 mA 共模dv / dt噪声消除电路 容许扩展负V S 摆幅至-9.8 V,以实现V CC = V BS = 15 V时的信号传输 10 V至20 V的V CC 和V BS 供电范围 双通道的欠压锁定功能 匹配传播延迟低于50 ns 内置170 ns死区时间 输出与输入信号同相 应用 照明 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 00:02 116次 阅读
FL73282 半桥栅极驱动器

NCV5703 IGBT栅极驱动器 大电流 独立式

3系列是一组高电流,高性能独立式IGBT驱动器,具有非反相输入逻辑,适用于中高功率应用,包括PTC加热器,EV充电器和其他汽车等汽车应用电源。通过消除许多外部组件,这些器件提供了经济高效的解决方案。器件保护功能包括Active Miller Clamp(用于NCV5703A),精确的UVLO,DESAT保护和漏极开路故障输出。这些驱动器还具有精确的5.0 V输出(适用于所有版本)和独立的高低(VOH和VOL)驱动器输出(仅适用于NCV5703C),便于系统设计。这些驱动器设计用于容纳宽电压范围的单极性偏置电源(以及NCV5703B的双极性偏置电源)。所有版本均采用8引脚SOIC封装,符合AEC-Q100标准。 特性 优势 IGBT米勒平台电压下的高电流输出(+ 4.0 / -6.0 A) 降低开关损耗并缩短切换时间 低VOH和VOL 完全增强IGBT 可编程延迟的DESAT保护 增强的可编程保护 活动密勒钳(仅限NCV5703A) 防止假门开启 应用 终端产品 DC-交流变频器 电池充电器 汽车PTC加热器 驱动程序 电机控制 电动汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 22:02 56次 阅读
NCV5703 IGBT栅极驱动器 大电流 独立式

NCV5702 IGBT栅极驱动器 大电流 独立式

2是一款高电流,高性能独立式IGBT驱动器,具有非反相输入逻辑,适用于高功率应用,包括PTC加热器,EV充电器,动力总成逆变器和其他汽车电源等汽车应用。该器件通过消除许多外部元件提供了经济高效的解决方案。器件保护功能包括有源米勒钳位,精确的UVLO,EN输入,DESAT保护和漏极开路故障输出。该驱动器还具有精确的5.0 V输出和独立的高低(VOH和VOL)驱动器输出,便于系统设计。该驱动器设计用于适应宽电压范围的偏置电源,包括单极性和双极性电压。它采用16引脚SOIC封装。符合AEC-Q100标准。 特性 优势 降低开关损耗和缩短开关时间 低VOH和VOL 完全增强IGBT 活动密勒钳 防止伪门开启 可编程延迟的DESAT保护 增强的可编程保护 应用 终端产品 DC-AC逆变器 电池充电器 汽车PTC加热器 板载充电器 xEV充电器 汽车动力总成逆变器 牵引逆变器 电动汽车 EV充电器 牵引 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 22:02 60次 阅读
NCV5702 IGBT栅极驱动器 大电流 独立式

NCP3233 降压转换器工作电压范围为3V至21V 最高可达20A

3是一款20A降压转换器(内置MOSFET),工作电压范围为3V至21V,无需外部偏置。该固定式变频器具有高效率,可调节输出以提供低至0.6V的电压。可调电流限制允许器件用于多个电流水平。该器件采用耐热增强型6mm x 6mm QFN封装,高效电压模式同步降压转换器,工作电压为3 V至21 V,输出电压低至0.6 V,最高25 A DC负载或30 A瞬时负载。 特性 优势 宽输入电压范围为3V至21V 允许同一器件用于3.3V,5V和12V母线 300kHz,500kHz和1MHz开关频率 用户可选择的选项,允许在效率和解决方案尺寸之间进行优化权衡 无损耗低侧FET电流检测 提高效率 0.6V内部参考电压 低压输出以适应低压核心 外部可编程软启动 降低浪涌电流并防止启动时出现无根据的过电流 预偏置启动 防止反向电流流动 所有故障的打嗝模式操作 如果故障情况消除,则允许重新启动 可调输出电压 灵活性 可调节电流限制 优化过流条件。允许较低饱和电流的较小电感器用于较低电流应用 输出过压保护和欠压电压保护 应用 终端产品 高电流POL应用 AS...
发表于 07-30 04:02 116次 阅读
NCP3233 降压转换器工作电压范围为3V至21V 最高可达20A