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(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)流將熱量帶到周圍空間， 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：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)， 通過散熱器， 再通過導(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， 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)稱的結(jié)構(gòu)， 將風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)在對(duì)稱中間的位置， 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)柜的前門以及后門，增開百葉窗， 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， 百葉窗位置如圖所示。

圖 機(jī)柜前后門風(fēng)道流向示意圖

備注：本文節(jié)選自陳云峰《光伏逆變器的散熱研究與應(yīng)用》

相關(guān)文章：從實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，看組串逆變器的關(guān)鍵性能的差異

原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（坎德拉學(xué)院）：光伏逆變器的散熱研究與應(yīng)用