一、逆變器為什么要散熱
1、逆變器中的元器件都有額定的工作溫度,如果逆變器散熱性能比較差,當逆變器持續(xù)工作時,元器件的熱量一直在腔體內(nèi)部匯集,其溫度會越來越高。溫度過高會降低元器件性能和壽命,機器容易出現(xiàn)故障。
2、逆變器工作時發(fā)熱,產(chǎn)生功率損耗是無法避免的,例如5kW的一臺的逆變器,其系統(tǒng)熱損耗約為75-125W,影響發(fā)電量。需要通過優(yōu)化的散熱設計,可以降低散熱損耗。
二、逆變器散熱的幾種方式
目前,逆變器的散熱技術(shù)包括自然冷卻、強制風冷、液冷等。主要應用形式為自然冷卻和強制風冷。
1、自然散熱:自然散熱是指不使用任何外部輔助能量,讓局部發(fā)熱器件向周圍環(huán)境散熱,從而實現(xiàn)溫度控制,自然散熱適用于對溫度控制要求不高的低功耗器件。
2、強制風冷:強制散熱的冷卻方法主要是借助于風扇,從而將器件散發(fā)出的熱量帶走的一種方法。目前,散熱器的材料主要是用鋁或銅。
三、怎樣給逆變器選擇合適的散熱方式
一般情況下,電子器件允許的工作溫升在40-60℃之間。在溫升60℃的情況下,自然冷卻最大能夠承擔0.05W/cm2的熱流密度。而當熱流密度大于0.05W/cm2時,強制風冷散熱方式,在經(jīng)濟和性能層面上,是一種很好的選擇。如果熱流密度繼續(xù)增大時,則需要液冷等其他散熱方法。
所以:幾MW的風能變流器,一般都選擇液冷的散熱方式;在100KW-1MW的集中型光伏逆變器,一般都采用強制風冷;當功率小于20KW的組串式逆變器,采用自然冷卻性價比最佳。當大于25KW時,強制風冷是較經(jīng)濟的方式。
我們用固德威50KW的逆變器和其他家50KW的逆變器進行了對比,其中固德威50KW的逆變器采用強制風冷,其他廠家采用自然散熱,得出的對比如下:
從上表的測試數(shù)據(jù)可以得出采用強制風冷的散熱方式要比自然散熱的散熱方式低10度。固德威在研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品時,根據(jù)散熱的需求、損耗、性價比等方面最終確定具體的散熱方式(自然散熱或強制風冷)。
四、逆變器散熱設計
散熱面積越大效果越好
比如5kW逆變器發(fā)熱功率大約是125W,依照60℃時自然冷卻需承擔的最大熱流密度0.05W/cm2,來計算散熱面積為0.25m2。為了逆變器體積不變,固德威采用褶皺設計和多散熱齒,增大空氣和散熱器的接觸面積,從而更好更快的散熱。
整體風道設計
風道設計的基本原則如下:
· 出口風道保證熱氣流能順利排出。
· 盡量擴大穿過散熱器熱齒間的空氣流速和流量;
· 減少風道風阻
電感外置設計
如上圖所示,可以將電感進行外置,電感獨立進行散熱,降低機腔體的溫度。
五、最新的散熱技術(shù)
隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,逆變器在散熱方面獲得了很大的發(fā)展:
分腔管理:逆變器中最易受溫度影響的器件是運放,傳感器、電解電容等,電感、電纜、功率開關(guān)管等比較耐高溫,可以通過分腔的方法隔開發(fā)熱的元器件,將發(fā)熱器件功率,比如電感放在逆變器的外面,降低機箱內(nèi)溫度。同時可以采用整體式外殼結(jié)構(gòu),散熱器與外殼直接緊密相結(jié),讓鋁合金外殼通過兩條路徑來進行散熱,從而達到降低元器件溫度和逆變器內(nèi)部溫度的效果,保證了元器件和逆變器更長的使用壽命。
散熱的仿真技術(shù):利用仿真軟件可較真實地模擬系統(tǒng)的熱狀況,在設計過程中就能預測到各元器件的工作溫度值,這樣就可糾正不合理的逆變器結(jié)構(gòu)布局,從而縮短設計的研發(fā)周期,降低成本,提高產(chǎn)品的一次成功率。
新的散熱材料的應用:譬如鋼制散熱器、鋁合金散熱器、銅制散熱器、銅鋁復合散熱器、鋼鋁復合散熱器、不銹鋼散熱器等。
新型熱管散熱技術(shù):熱管是一種具有極高導熱性能的新型傳熱元件,它通過在全封閉真空管內(nèi)的液體的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量,它利用毛吸作用等流體原理,起到良好的制冷效果。具有極高的導熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠距離傳熱、溫度可控制等特點。
六、總結(jié)
從上文可以看出,散熱不僅關(guān)系到逆變器的性能和壽命,同時還關(guān)系到用戶的發(fā)電量。在評估逆變器的性能時,其是不可忽視的重要一環(huán),固德威的逆變器在散熱方面采用優(yōu)良的散熱設計,保證逆變器的低損耗和長使用壽命。其中17KW以下采用自然散熱的方式,17KW以上包含17KW采用強制風冷的散熱方式,采用NMB或者三洋的風扇,防護等級IP68,希望對您有用,以上有不全面的地方,歡迎客戶在評論區(qū)留言,分享您的觀點。