逆變器廠家詳解:光伏逆變器的散熱研究與應用

隨著光伏逆變器單機功率的增大，IGBT逆變模塊、電抗器等主要器件的熱損耗也在不斷增大， 通風散熱的重要性也凸顯出來。今天逆變器廠家詳細的介紹一下：

1、在產品研發前期階段，針對同一單品往往有多種風道設計方案，利用熱分析技術在眾多方案中選擇最佳散熱方案能有效的提高產品的熱穩定性， 保證整機設備正常運行。

目前， 針對光伏逆變器的散熱分析多局限于 IGBT 模塊及其散熱器， 整機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，以內部各模塊單元散熱為重點， 進行逆變器整機散熱分析。

2、散熱方式

以大功率逆變器為例子，通過分析各模塊單元發熱方式及發熱量，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：空氣自然對流將熱量帶到周圍空間， 這種散熱方式可以用在發熱功率不大，重量溫度等要求不高的場合， 優點是：結構簡單、 無噪音、 價格低廉。

(2)、強迫空氣冷卻：發熱功耗大的器件， 選用強迫風冷式很必要， 尤其配合一些高效能散熱器可以得到理想散熱效果，強迫風冷換熱效率高， 一般是自然散熱方式的數倍。

(3)、液體冷卻：冷卻液體與發熱的電子元器件直接接觸進行熱交換。液體冷卻是一種比較好的冷卻方式，其缺點是：系統比較復雜、 體積和重量較大、 設備費用較高、 維修也較困難。

逆變器屬于發熱功耗大器件， 其主要的熱量產自于電抗器， 功率單元以及連接的銅排。單靠自然冷卻已經不能完全解決其散熱問題，這個時候就需要對它進行人為的強化散熱措施。

對于功率單元和電抗器的散熱情況，屬于單個電子器件冷卻的情況，因此采用單個電子元器件的強迫空氣冷卻。對于整機部分，剩余銅排產生的熱耗并不多， 因此， 采用自然冷卻的方式。

3、風機的選擇

風機按其工作原理及結構形式可分為兩類：軸流式通風機和離心式通風機。

軸流式通風機空氣進出口的流動方向與軸線平行，特點是風量大， 風壓小。它又可以分為螺旋槳式、 圓筒式和導葉式三種。離心式通風機由螺殼、轉動的葉輪及外部的驅動電機等三個主要部件組成。

空氣從軸向進入， 然后轉90度，在葉輪內作徑向流動， 并在葉輪外周壓縮， 再經螺殼由出風口排出。這類通風機的特點是風壓高、 風量小， 常用于阻力較大的發熱元件或機柜的通風冷卻。

選擇通風機時，應根據通風冷卻系統所需的風量、風壓及環境條件 (包括空間大小) 選定風機的類型。要求風量大、 風壓低的設備可采用軸流式通風機， 反之可選用離心式通風機。

通常的做法是根據經驗值粗選一款， 然后進行熱仿真實驗的驗證，再根據熱仿真的結果確定及調整所用風機。

4、逆變單元散熱

逆變單元的熱源就是功率開關器件IGBT， 因此針對單個元器件， 采用單個強迫風冷的冷卻方式， 選用離心式通風機， 風機從底下鼓風， 通過散熱器， 再通過導風槽向機柜外送風，外側的鈑金以及導風槽結合起來， 恰好構成IGBT單獨的風道。

5、電抗器散熱

電抗器在進行散熱設計時， 選用的是風機抽風的方式，抽風方式送風比較均勻。考慮到是左右對稱的結構， 將風機設計在對稱中間的位置， 這樣兩邊的單獨散熱可以整合在一個機柜中， 減少機柜數量， 降低成本。

風機的通風口直接對準電抗器的上方，在電抗器的四周設計擋風板， 為電抗器設計出一個專用的散熱風道， 增強散熱效果。風機進風口與擋風板密閉良好，防止熱量泄漏到機柜其他地方。

通風管道采用直的錐形風道， 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道中不產生回流， 可達到等量送風的要求。

通風管道的長度不宜太長， 適宜的管道長度可以降低風道的阻力損失， 同時制造和安裝也比較簡單。采用光滑的鈑金材料制作風道，減小摩擦損失。

6、整機通風管道設計

整體采用自然冷卻的方式， 機柜的前門以及后門，增開百葉窗， 結構布局時設計模塊交錯排列并保持相應的距離， 使得空氣能流通疏散， 增加散熱效果。