[实用新型]矿用中高压变频器循环冷却装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种矿用中高压变频器的冷却装置及方法，尤其涉及级联式大功率变频器的冷却，提供一种矿用中高压变频器循环冷却方法。

背景技术

近年来，电力电子和自动控制技术的发展也推动了煤矿生产设备的更新换代，为了适应煤矿节能和安全生产要求，煤矿用隔爆型变频器的使用也越来越多，并要求具有极高的可靠性。煤矿矿井下的机械设备的大功率电机一般采用变频调速，这样可以明显的提高机械设备对工况的适用性，从而提高生产率，节约大量电能。用于煤矿矿井下的变频器设备，由于环境因素，对散热技术有很多制约。一方面为了安全，煤矿矿井下变频器需要将电子元器件及电路设备全部密封在隔爆腔体内，另一方面变频器中的电力电子器件工作时有功率损耗，会产生大量的热量，因此需要将热量散发出去。因此，对于隔爆变频器中的散热技术需要进行改进。

影响变频器的可靠性指标有多项，其冷却就是一个至关重要的环节。 

现在变频器的冷却方式，通常有以下几种：

（1）空气自然冷却     主要用于功率比较小，元器件的散热面积大的变频器上。冷却主要通过空气的自然对流以及辐射作用将热量带走。由于其机构简单、无噪音、免维护、可靠性高等特点，使用范围很广，尤其适用于冲击负载和断续工作制负载，缺点在于无法用于大功率长期工作的变频器上。

（2）强制风冷     强制风冷是在变频器的散热器上通以压缩空气，电子功率元件IGBT和整流元件产生的热量被流动的气流迅速带走达到冷却的效果。特点是冷却效率高，变频器可做到几百kW，体积相对小，散热器选择比较容易，由于中、高压变频器的电压高，IGBT不能直接安装在外壳的底板上，热量不能直接散到外部的散热器上，所以这种冷却方式只适用于低压变频器，不适合中高压变频器。 （3）水冷散热     水冷散热器的散热效率极高，可以大大提高功率元件的容量，但是，普通水的电气绝缘性能极差，水中存在的杂质离子会在高电压下导致电腐蚀和漏电现象，并且由于井下水质较硬，在水道中易形成水垢而妨碍散热的效果，并有可能堵塞水道，一般用于低电压等级变频器。在高电压变频器中使用，必须考虑和解决运行过程中的可靠性和腐蚀性两大问题。水冷散热器在800kW以上大功率防爆变频器也有应用，多数用于紧压包装式功率元件，因此冷却液必须具备纯净、去离子等严格要求，必须处在一个高度封闭的内循环系统中，还需要配置一个外循环冷却装置，为其配套换热；同时换液、补液、拆装管路都要求在隔离状态下进行，还必须进行去离子处理。稍有不慎就会引发漏电、短路故障，如果是中、高压设备，还可能引发严重事故。 （4）油冷散热     油冷散热器的散热效率虽然没有水冷方式高，但由于具有很高的电绝缘性和电磁屏蔽效果，曾在普通大功率变频器中广泛使用，但其成本和对环境的要求使得这些年渐渐的淡出，并且根据煤矿安全的规定，煤矿井下不允许使用充油电气设备，油冷散热方式无法用于煤矿井下。

实用新型内容

    为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种矿用中高压变频器循环冷却装置，由变频器、隔爆外壳、风扇和散热器组成，隔爆外壳内部使用绝缘材料将安装有变频器的隔爆腔分隔成三个相互独立的通道，隔爆外壳上固定有安装了散热器的隔爆基板，散热器穿透基板并在基板两侧均匀分布。

根据本实用新型的一个方面，三个相互独立的通道分别为冷风通道、热风通道和热交换通道。

根据本实用新型的一个方面，在热交换通道和热风通道的分界处安装离心式风扇，用以抽出功率模块的热风，同时送入散热器的入口；在冷风通道的上部安装轴流风扇，用以减小散热器的风阻，抽出经过热交换后的冷风。

根据本实用新型的一个方面，散热器是用传热效率极高的热管焊接在具有隔爆功能的基板上，热管要穿透基板，基板将热管分成两部分，在隔爆腔内的部分起吸热的作用，隔爆腔外的部分起散热的作用。

本实用新型还提出了一种矿用中高压变频器循环冷却方法，包括：(1)建立循环风流通通道：依托隔爆外壳，用绝缘板或绝缘型材将变频器隔爆腔分成三个相互独立的通道；(2)建立风的强制循环：在热交换通道和热风通道的分界处安装离心式风扇，用以抽出功率模块的热风，同时送入散热器的入口，在冷风通道的上部安装轴流风扇，用以减小散热器的风阻，抽出经过热交换后的冷风；(3)将散热器用传热效率极高的热管焊接在具有隔爆功能的基板上，热管要穿透基板，基板将热管分成两部分，在隔爆腔内的部分起吸热的作用，隔爆腔外的部分起散热的作用。

根据本实用新型的一个方面，将风扇均匀布置，使得风量满足散热功率的要求。