逆變器廠家詳解:光伏逆變器的散熱研究與應(yīng)用

隨著光伏逆變器單機(jī)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(fēng)散熱的重要性也凸顯出來(lái)。今天逆變器廠家詳細(xì)的介紹一下：

1、在產(chǎn)品研發(fā)前期階段，針對(duì)同一單品往往有多種風(fēng)道設(shè)計(jì)方案，利用熱分析技術(shù)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(jī)設(shè)備正常運(yùn)行。

目前， 針對(duì)光伏逆變器的散熱分析多局限于 IGBT 模塊及其散熱器， 整機(jī)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?xún)?nèi)部各模塊單元散熱為重點(diǎn)， 進(jìn)行逆變器整機(jī)散熱分析。

2、散熱方式

以大功率逆變器為例子，通過(guò)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(duì)流將熱量帶到周?chē)臻g， 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(chǎng)合， 優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 無(wú)噪音、 價(jià)格低廉。

(2)、強(qiáng)迫空氣冷卻：發(fā)熱功耗大的器件， 選用強(qiáng)迫風(fēng)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(qiáng)迫風(fēng)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(jìn)行熱交換。液體冷卻是一種比較好的冷卻方式，其缺點(diǎn)是：系統(tǒng)比較復(fù)雜、 體積和重量較大、 設(shè)備費(fèi)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(wèn)題，這個(gè)時(shí)候就需要對(duì)它進(jìn)行人為的強(qiáng)化散熱措施。

對(duì)于功率單元和電抗器的散熱情況，屬于單個(gè)電子器件冷卻的情況，因此采用單個(gè)電子元器件的強(qiáng)迫空氣冷卻。對(duì)于整機(jī)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(fēng)機(jī)的選擇

風(fēng)機(jī)按其工作原理及結(jié)構(gòu)形式可分為兩類(lèi)：軸流式通風(fēng)機(jī)和離心式通風(fēng)機(jī)。

軸流式通風(fēng)機(jī)空氣進(jìn)出口的流動(dòng)方向與軸線(xiàn)平行，特點(diǎn)是風(fēng)量大， 風(fēng)壓小。它又可以分為螺旋槳式、 圓筒式和導(dǎo)葉式三種。離心式通風(fēng)機(jī)由螺殼、轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪及外部的驅(qū)動(dòng)電機(jī)等三個(gè)主要部件組成。

空氣從軸向進(jìn)入， 然后轉(zhuǎn)90度，在葉輪內(nèi)作徑向流動(dòng)， 并在葉輪外周壓縮， 再經(jīng)螺殼由出風(fēng)口排出。這類(lèi)通風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是風(fēng)壓高、 風(fēng)量小， 常用于阻力較大的發(fā)熱元件或機(jī)柜的通風(fēng)冷卻。

選擇通風(fēng)機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)所需的風(fēng)量、風(fēng)壓及環(huán)境條件 (包括空間大小) 選定風(fēng)機(jī)的類(lèi)型。要求風(fēng)量大、 風(fēng)壓低的設(shè)備可采用軸流式通風(fēng)機(jī)， 反之可選用離心式通風(fēng)機(jī)。

通常的做法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值粗選一款， 然后進(jìn)行熱仿真實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，再根據(jù)熱仿真的結(jié)果確定及調(diào)整所用風(fēng)機(jī)。

4、逆變單元散熱

逆變單元的熱源就是功率開(kāi)關(guān)器件IGBT， 因此針對(duì)單個(gè)元器件， 采用單個(gè)強(qiáng)迫風(fēng)冷的冷卻方式， 選用離心式通風(fēng)機(jī)， 風(fēng)機(jī)從底下鼓風(fēng)， 通過(guò)散熱器， 再通過(guò)導(dǎo)風(fēng)槽向機(jī)柜外送風(fēng)，外側(cè)的鈑金以及導(dǎo)風(fēng)槽結(jié)合起來(lái)， 恰好構(gòu)成IGBT單獨(dú)的風(fēng)道。

5、電抗器散熱

電抗器在進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)時(shí)， 選用的是風(fēng)機(jī)抽風(fēng)的方式，抽風(fēng)方式送風(fēng)比較均勻。考慮到是左右對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)， 將風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)在對(duì)稱(chēng)中間的位置， 這樣兩邊的單獨(dú)散熱可以整合在一個(gè)機(jī)柜中， 減少機(jī)柜數(shù)量， 降低成本。

風(fēng)機(jī)的通風(fēng)口直接對(duì)準(zhǔn)電抗器的上方，在電抗器的四周設(shè)計(jì)擋風(fēng)板， 為電抗器設(shè)計(jì)出一個(gè)專(zhuān)用的散熱風(fēng)道， 增強(qiáng)散熱效果。風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口與擋風(fēng)板密閉良好，防止熱量泄漏到機(jī)柜其他地方。

通風(fēng)管道采用直的錐形風(fēng)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(fēng)道中不產(chǎn)生回流， 可達(dá)到等量送風(fēng)的要求。

通風(fēng)管道的長(zhǎng)度不宜太長(zhǎng)， 適宜的管道長(zhǎng)度可以降低風(fēng)道的阻力損失， 同時(shí)制造和安裝也比較簡(jiǎn)單。采用光滑的鈑金材料制作風(fēng)道，減小摩擦損失。

6、整機(jī)通風(fēng)管道設(shè)計(jì)

整體采用自然冷卻的方式， 機(jī)柜的前門(mén)以及后門(mén)，增開(kāi)百葉窗， 結(jié)構(gòu)布局時(shí)設(shè)計(jì)模塊交錯(cuò)排列并保持相應(yīng)的距離， 使得空氣能流通疏散， 增加散熱效果。