低压变频器的结构设计

低压变频器的结构设计The Structural Design of a Low Voltage Inverter
山东新风光电子科技发展有限公司 孔亮
Kong  Liang
摘  要：本文以160kW/380V变频器为例，阐述了变频器结构设计的主要过程：包括热设计；通风量的计算；散热器的设计，风道的设计及整机防腐蚀设计。
关键词：变频器；功率损耗；热阻；风道
Abstract: This paper takes 160kW/380V inverters as an example to gives  main process of inverters structure design: including thermal design; ventilation rate calculation; radiator design, duct design and machine design of Corrosion prevention.
Key words: Inverter  Power consumption  Thermal resistance   Wind tunnel
1引言
    本文以160kW/380V通用变频器为例，分别从功耗计算，通风量计算，散热器的设计，风道的设计，防腐蚀设计等几方面阐述了在特殊环境条件下的结构设计的一般过程。
2 160kW/380V变频器功率损耗（以下简称：功耗）计算
2.1  160kW/380V变频器的主回路功耗计算
2.1.1 160kW/380V变频器的IGBT功耗计算
变频器选用型号为FF400R12KE3 的IGBT模块共6件，IGBT功耗为：
 

② 续流二极管的开关功耗包括在IGBT的ESW(on) 之中。
(5)每一IGBT(两个桥臂)总功耗为：
   2×PA=2×( PC+ PD )=2×( PSS+ PSW+PD )=2×(189.4+23.1)=425(W)
(6) 6个IGBT总功耗为：
425×6=2550(W)
符号注释：
VCE(sat): T=125℃，峰值电流ICP下IGBT的饱和压降；VCE(sat)=2V。
ESW(on)：T=125℃；峰值电流ICP下，每个脉冲对应的IGBT开通能量，ESW(on)=25mJ。
ESW（off）：T=125℃；峰值电流ICP下，每个脉冲对应的IGBT关断能量，ESW（off）=62mJ。
fSW：变频器每臂的PWM开关频率（通常fSW=fC），取值为2kHz。
ICP：正弦输出的电流峰值，ICP =400A。
VEC：IEP情况下，续流二极管的正向压降，VEC =0.7V。
D：PWM信号占空比，取值为0.5。
θ：输出电压与电流间的相位角，（功率因数= ）。
  平均结温的估算：
IGBT的最大结温是150℃，在任何情况下都不能超过该值。
   Tj=Tc+PT×Rth(j-c)        Rth(j-c)可以在数据手册中查到。
    =75+425×0.062
   ≈101℃<150℃
Rth(j-c)=标定的结壳热阻
Tj=半导体结温
PT=器件的总平均功耗（PSW+PSS）
Tc=模块的基板温度。设定Tc=75℃时，变频器温升保护。
2.1.2整流模块功耗计算
变频器选用型号为ZXQ400A-1200V的3只，可控硅模块选用KZQ600-1200V的1只，整流模块和可控硅模块总功耗按IGBT模块的三分之一计算。