來源：羅姆半導體社區

變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。

在大型電力電子設備中，隨著溫度的增加，失效率也增加，因此大功率高壓變頻器 功率器件的熱設計直接關系到設備的可靠性與穩定性。大功率高壓變頻器往往要求有極高的可靠性，影響電力電子設備失效的主要形式是熱失效，據統計，50%以上的電子熱失效主要是由于溫度超過額定值引起的。從結構設計上來說散熱技術是保證設備正常運行的關鍵環節。為保證設備的正常工作，把大量的熱量散發出去，優化散熱與通風方案，進行合理的設計與計算，實現設備的高效散熱，對于提高設備的可靠性是十分必要的。

一、散熱計算

高壓變頻器在正常工作時，熱量來源主要是隔離變壓器、電抗器、功率單元、控制系統等，其中作為主電路電子開關的功率器件的散熱、功率單元的散熱設計及功率柜的散熱與通風設計最為重要。對igbt或igct功率器件來說，其pn結不得超過125℃，封裝外殼為85℃。有研究表明，元器件溫度波動超過±20℃，其失效率會增大8倍。

通常，變頻器安裝在控制柜中。我們要了解一臺變頻器的發熱量大概是多少，可以用以下公式估算：發熱量的近似值=變頻器容量（KW）×55在這里，如果變頻器容量是以恒轉矩負載為準的（過流能力150%*60s）如果變頻器帶有直流電抗器或交流電抗器，并且也在柜子里面，這時發熱量會更大一些，所以電抗器安裝在變頻器側面或測上方比較好。這時可以用估算：變頻器容量（KW）×60因為各變頻器廠家的硬件都差不多，所以上式可以針對各品牌的產品。注意：如果有制動電阻的話，因為制動電阻的散熱量很大，因此最好安裝位置和變頻器隔離開，如裝在柜子上面或旁邊等。

二、排風量計算

在最惡劣環境溫度情況下，計算散熱器最高溫度達到需求時候的最小風速。根據風速按照冗余放大率來確定排風量。排風量的計算公式為：Qf=Q/（Cpρ△T）

式中：

Qf:強迫風冷系統所須提供的風量。

Q:被冷卻設備的總熱功耗，

Cp=1005J/（kg℃）：空氣比熱，J/（kg℃）。

ρ=1.11（m3/kg）：空氣密度，

△T=10℃：進、出口處空氣的溫差，℃。

根據風量和風壓確定風機型號，使得風機工作在效率最高點處，即增加了風機壽命又提高了設備的通風效率。

三、風道設計

串聯風道是由每個功率模塊的散熱器上下相對，形成上下對應的風道，其特點由上下多個功率單元形成串聯的通路，結構簡單，風道垂直使得風阻小；但由于空氣從下到上存在依次加熱的問題，造成上面的功率單元環境溫差小，散熱效果差。

并聯風道中從每個功率單元的前面進風，對應的進風口并聯排列，在后面的風倉中匯總后由風機抽出，同時整個功率柜一般采用冗余的方法，有多個風機并聯運行，整體散熱效果好，并提高了設備的可靠性。但柜體后面要形成風倉，增大了設備的體積，同時由于各個功率單元后端到風機的距離不同，使得每個功率單元的風流量不一致，是設計的難點。

四、變頻器在高溫下的注意事項：

1、 認真監視并記錄變頻器人機界面上的各顯示參數，發現異常應即時反映

2、 認真監視并記錄變頻室的環境溫度，環境溫度應在-5℃~40℃之間。移相變壓器的溫升不能超過130℃

、 夏季溫度較高時，應加強變頻器安裝場地的通風散熱。確保周圍空氣中不含有過量的塵埃，酸、鹽、腐蝕性及爆炸性氣體

4、 夏季是多雨季節，應防止雨水進入變頻器內部（例如雨水順風道出風口進入）

5、 變頻器柜門上的過濾網通常每周應清掃一次；如工作環境灰塵較多，清掃間隔還應根據實際情況縮短

6、 變頻器正常運行中，一張標準厚度的A4紙應能牢固的吸附在柜門進風口過濾網上

7、 變頻室必須保持干凈整潔，應根據現場實際情況隨時清掃。

8、 變頻室的通風、照明必須良好，通風散熱設備（空調、通風扇等）能夠正常運轉。

五、散熱設計注意事項

1、 選用耐熱性和熱穩定性好的元器件和材料，以提高其允許的工作溫度；

2、 減小設備（器件）內部的發熱量。為此，應多選用微功耗器件，如低耗損型igbt,并在電路設計中盡量減少發熱元器件的數量，同時要優化器件的開關頻率以減少發熱量；

3、 采用適當的散熱方式與用適當的冷卻方法，降低環境溫度，加快散熱速度。

4、 風道出口處要有防護網，防塵孔直徑應不大于10mm，可采用“上邊緣長出下邊緣10cm”方式(此方式適用于用戶墻外有足夠的頂沿);或做風道彎頭以防雨/雪水倒灌，或飛禽/飛絮進入（此方式適用于外裸墻、無頂沿或頂沿較高且短的情況）﹔

5、 變頻器風機在與風道連接時風機上的防塵網不允許摘除;

6、 風道穿過墻體處，風道邊緣與墻體間不能有間隙;

審核編輯 黃昊宇