CN107733242A - 一种液冷兆瓦级四象限低压变频装置 - Google Patents

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安洋
王洪庆
罗青华
常智海
郑淑玲
李闯
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Abstract

本发明涉及一种液冷兆瓦级四象限低压变频装置，其技术特点是：包括兆瓦级四象限低压变频装置主电路和液冷散热循环系统，兆瓦级四象限低压变频装置主电路包括整流逆变电路、滤波电路和有源整流进线滤波器，有源整流进线滤波器、整流逆变电路及滤波电路连接在一起；液冷散热循环系统与整流逆变电路安装在一起。本发明在兆瓦级四象限低压变频装置主电路上安装IGBT桥臂功率单元液冷散热循环系统，在不改变主电路拓扑形式的前提下，对IGBT桥臂功率单元进行了散热优化设计，通过封闭循环回路中的冷凝剂与外界进行热交换，无需风机驱动，只需提供工业循环水即可，具有无噪音、高效率、造价低、故障率低、便于维护等特点。

Description

一种液冷兆瓦级四象限低压变频装置
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，尤其是一种液冷兆瓦级四象限低压变频装置。
背景技术
变频器通过改变交流电动机电源的电压和频率达到调节电机速度的目的。变频器主电路一般由整流、滤波、逆变三部分构成，整流和滤波环节将工频电源转换成直流电源，逆变部分通过控制电力半导体器件IGBT的通断改变输出电压的占空比并输出电压、频率可控的交流电源供给电动机。
四象限变频器的整流逆变电路都存在IGBT器件的高频开关工作状态，一般低压变频器IGBT的开关频率在2kHz-5kHz之间，从而在设备正常工作中会产生由器件高频开关造成的开关损耗，这种开关损耗和器件的通态损耗叠加后，使得变频器装置自身会产生大量热量，例如，一台1.6MW的四象限变频装置开关频率为1.7kHz，通过试验可以测得损耗功率约为4.7kW。目前，变频器装置产生的热量一般通过安装在IGBT器件底部的散热器散发出去。
变频装置输出功率的大小，在很大程度上受功率器件自身温度影响，功率器件散热效率越高，温度越低，单位体积装置出力越大；反之，散热效率低，热量散发不出去，不仅造成装置功率密度变低，降容使用，也是对成本的浪费，因此，采用何种高效率的散热方式以充分提升变频器输出功率是目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、散热效率高且安全可靠的液冷兆瓦级四象限低压变频装置。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种液冷兆瓦级四象限低压变频装置，包括兆瓦级四象限低压变频装置主电路和液冷散热循环系统，所述兆瓦级四象限低压变频装置主电路包括整流逆变电路、滤波电路和有源整流进线滤波器，有源整流进线滤波器、整流逆变电路及滤波电路连接在一起；所述液冷散热循环系统与整流逆变电路安装在一起。
所述整流逆变电路由六个IGBT桥臂功率单元构成，所述滤波电路由并联的两组电容组模块构成，所述有源整流进线滤波器与整流器三个IGBT桥臂功率单元相连接，所述整流器三个IGBT桥臂功率单元通过并联的两组电容组模块与逆变器三个IGBT桥臂功率单元相连接。
所述液冷散热循环系统包括两个结构相同的液冷散热子系统，一个液冷散热子系统与整流器三个IGBT桥臂功率单元安装在一起，另一个液冷散热子系统与逆变器三个IGBT桥臂功率单元安装在一起。
所述液冷散热子系统包括冷凝器、压力变送器、压力表和电磁阀，所述冷凝器通过压力变送器接口与压力变送器相连接，该压力变送器还连接一压力表；所述冷凝器通过电磁阀接口与电磁阀相连接；所述冷凝器通过出气管和回液管与三个IGBT桥臂功率单元安装在一起，三个IGBT桥臂功率单元的液冷回路并联在出气管和回液管上构成主循环回路，所述冷凝器通过进水管和回水管与工业循环水相连接完成热交换。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明在兆瓦级四象限低压变频装置主电路上安装IGBT桥臂功率单元液冷散热循环系统，在不改变主电路拓扑形式的前提下，对IGBT桥臂功率单元进行了散热优化设计，通过封闭循环回路中的冷凝剂与外界进行热交换，无需风机驱动，只需提供工业循环水即可，具有无噪音、造价低、故障率低、便于维护等特点。
2、本发明采用高效的液冷散热方式，实现单机1.6兆瓦的功率输出功能，比一般风冷装置可提高输出功率30％，并可缩小体积40％。
附图说明
图1是本发明的四象限低压变频装置主电路拓扑图；
图2是IGBT桥臂功率单元液冷散热循环系统。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
一种液冷兆瓦级四象限低压变频装置，如图1所示，包括兆瓦级四象限低压变频装置主电路和液冷散热循环系统，所述兆瓦级四象限低压变频装置主电路包括整流、逆变电路、滤波电路和有源整流进线滤波器，所述整流逆变电路由六个IGBT桥臂功率单元(A1-A6)构成，每个IGBT桥臂功率单元由IGBT模块及与其基板固定的液冷散热器构成。滤波电路由两组电容组模块(A7、A8)组成，A9为有源整流进线滤波器。所述有源整流进线滤波器与三个IGBT桥臂功率单元(A1-A3)相连接，所述三个IGBT桥臂功率单元(A1-A3)与另外三个IGBT桥臂功率单元(A4-A6)之间并联有两组电容组模块(A7、A8)，从而实现兆瓦级四象限低压变频功能。
三个IGBT桥臂功率单元(A1-A3)和另外三个(A4-A6)分别安装一个液冷散热系统，两个液冷散热子系统结构完全相同，两个液冷散热子系统共同构成IGBT桥臂功率单元液冷散热循环系统。图2给出了三个IGBT桥臂功率单元(A1-A3)与一个液冷散热子系统的连接图，该液冷散热子系统包括冷凝器、压力变送器、压力表和电磁阀，所述冷凝器通过压力变送器接口与压力变送器相连接，该压力变送器还连接一压力表；所述冷凝器通过电磁阀接口与电磁阀相连接；所述冷凝器通过出气管和回液管与三个IGBT桥臂功率单元相连接，每个IGBT桥臂功率单元的液冷回路并联在出气管和回液管上构成主循环回路，所述冷凝器通过进水管和回水管与工业循环水相连接完成热交换。
本发明的工作过程为：当变频装置运行，IGBT处于开关工作状态时，功率单元发热温度上升至一定温度(如50℃)时，此时封闭液冷回路中的冷凝剂由液态转化成气态带走功率单元的热量，通过出气管气体充斥到冷凝器中与工业循环水完成热交换，温度下降，转化为液态，通过回液管流入功率单元液冷回路，再次进行下一次循环。冷凝器在工作中通过压力变送器和压力仪表控制电磁阀从而调节液冷回路压力。液冷回路可实现自循环，无需外界驱动，液冷回路中的压力在装置运行中自动调节、稳定。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种液冷兆瓦级四象限低压变频装置，其特征在于：包括兆瓦级四象限低压变频装置主电路和液冷散热循环系统，所述兆瓦级四象限低压变频装置主电路包括整流逆变电路、滤波电路和有源整流进线滤波器，有源整流进线滤波器、整流逆变电路及滤波电路连接在一起；所述液冷散热循环系统与整流逆变电路安装在一起。
2.根据权利要求1所述的一种液冷兆瓦级四象限低压变频装置，其特征在于：所述整流逆变电路由六个IGBT桥臂功率单元构成，所述滤波电路由并联的两组电容组模块构成，所述有源整流进线滤波器与整流器三个IGBT桥臂功率单元相连接，所述整流器三个IGBT桥臂功率单元通过并联的两组电容组模块与逆变器三个IGBT桥臂功率单元相连接。
3.根据权利要求2所述的一种液冷兆瓦级四象限低压变频装置，其特征在于：所述液冷散热循环系统包括两个结构相同的液冷散热子系统，一个液冷散热子系统与整流器三个IGBT桥臂功率单元安装在一起，另一个液冷散热子系统与逆变器三个IGBT桥臂功率单元安装在一起。
4.根据权利要求3所述的一种液冷兆瓦级四象限低压变频装置，其特征在于：所述液冷散热子系统包括冷凝器、压力变送器、压力表和电磁阀，所述冷凝器通过压力变送器接口与压力变送器相连接，该压力变送器还连接一压力表；所述冷凝器通过电磁阀接口与电磁阀相连接；所述冷凝器通过出气管和回液管与三个IGBT桥臂功率单元安装在一起，三个IGBT桥臂功率单元的液冷回路并联在出气管和回液管上构成主循环回路，所述冷凝器通过进水管和回水管与工业循环水相连接完成热交换。
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