杨斌　韩飞

摘 要：变频器的损耗计算和散热，是比较重要的两项内容，分析好损耗与散热，才能保证变频器的有效性，避免增加变频器的能耗。本文主要结合变频器运行，探讨损耗计算与散热。

关键词：变频器；损耗计算；散热

随着我国经济事业的发展，能耗以及能源价格等，也得到了明显的提升，直接增加了企业的消耗成本。基于节能降耗的思想，变频器方面，提高了对损耗计算以及散热分析的重视度，一方面研制节能降耗型的变频器，另一方面提高维护变频器的性能，延长其在行业中的使用寿命，避免变频器运行中出现安全问题。

一、变频器的系统分析

（一）环境设定

变频器的机箱外部，如环境温度是35℃，而空气之间的换热系數，就要设计成5W/m2·K，絮流的气流状态，速度是0.5m/s，按照变频器的系统设计，求出环境设定的数值，其中求解过程中，箱体的体系是定义的10倍，迭代求解的次数是400。

（二）建立模型

变频器的损耗计算与散热分析中，构建系统化的模型，包括变频器建模、散热器建模以及风扇建模，目的是利用建模实现变频器的准确研究[ 1 ]。例如：变频器的系统建模，会根据实际变频器的参数，输入到模型中，如变频器的底面，选用铝或铜的材料，厚度是3mm，等，在建模后，变频器的一面，必须紧紧贴着散热器，散热器的建模中，选用的是肋片结构，每个肋片的间距是7mm，根部的厚度，保持在15mm，可使用的规格为675.6mm×652mm×73mm。

（三）划分网格

变频器系统中，通过网格规划，研究散热器与热源的关系，可以使用粗糙网格的方式，规划好变频器系统中对应的网格，加强整体网格划分后的分布与控制情况，规避网格划分中潜在的误差，进而优化变频器的系统研究。

二、变频器的损耗计算

变频器损耗计算时，需要建立相关的损耗模型，根据变频器的各个开关，构建复杂的数学模型，期间涉及到大规模的计算量[ 2 ]。一般情况下，变频器的损耗计算，选择在比较典型的温度状态，如：25℃，125℃，在重要的参数下，涉及损耗的模型。

变频器的损耗，主要体现在通态损耗以及开关损耗方面，利用公式可以表述为：

PT=Pcon，T +Psw，T

上述公式中，PT=变频器损耗、Pcon，T =通态损耗、Psw，T =开关损耗。变频器损耗的初始计算中，饱和压降与通态电阻，均会产生损耗，而且变频器的功率器件，其在通电导电的期间，也会引起通态损耗[ 3 ]。变压器损耗计算中，通态电阻的实际大小，其会随着温度的变化，表现出线性的变化方式，在此基础上，表述初始饱和压降、通态电阻以及通态损耗的技术公式，如下：

v0，T=v0，T25℃+Kv0，T（Tvj，T-25），

rT=rT25℃+Kr，T（Tvj，T-25），

Pcon，T=v0，TI+rTI2。

上述一组公式中，v0，T25℃表示变频器在25℃的温度状态下，结温初始饱和压降与通态电阻、rT25℃表示变频器初始饱和压降与通态电阻的温度中，所应用的修正系数、Kv0，T与Kr，T是变频器的结温、I是变频器运行中的瞬时电流值。

变频器运行中，开通、关段的期间，都会伴随着开关损耗，需在特殊的测试状态内，计算出功率期间在开通、关断时的能耗损失，在变频器的工作数据手册中，给出了变频器在结温125℃时的损耗变化曲线，如果变频器的结温有变化，就需要实行对应性的修正操作。

三、变频器的散热分析

变频器的散热分析，分为3个部分，分别是热分析曲线、温度分布和气流分布，具体分析如下。

（一）热分析曲线

变频器的散热分析中，得出的残差曲线呈现收敛的状态，表明变频器系统处于散热稳定的状态，系统中产生的热量，都可以正常的散失到变频器的周围环境中。重点分析变频器采样点的实时温度，热分析曲线的上部，表示的是变频器与散热器的接触点，此类数值与实际工作温度相符，就能表明变频器处于正常的散热状态。

（二）温度分布

变频器的内部热流，散热的过程中会集中到变频器的表面，也就是散热器与变频器发热模块直接连接的表面位置。经过散热分析后，变频器接触面的温度，在110℃上下浮动，反馈出了变频器的散热状态，根据温度的浮动范围，判断变频器内部热流是否稳定。

（三）气流分布

散热分析研究中，变频器的气流分布，最大的气流速度区域，是指风扇周围的空间，速度基本保持在5m/s，而其他区域中，气流的速度是相对比较低的。气流分布于散热设计存在直接的关系，用于确保变频器散热正常，维护内部电子器件的稳定性[ 4 ]。气流与温度分布，决定了散热冷板的设计，任何情况下，变频器都不能超过额定的结温数值，不能损坏变频器的电子元件。

综上所述，变频器的散热分析中，涉及到多个参数，而散热器的设计，要归结为一组参数，促使变频器以及电子元件，外壳的保护温度，不能超出极限值。变频器的散热，需要划分成阶段性的降温，由此保证变频器散热的有效性，避免在变频器的周围囤积大量的热能，完善变频器的工作环境。

四、结语

变频器的损耗和散热分析，可以借助市场中比较常用的软件，采用模拟的途径，明确变频器的相关性能，确保变频器处于高安全、高性能的运行状态，避免变频器的实际与设计发生误差，提高变频器的运行水平，合理分析好变频器的损耗与散热，防止变频器在运行中出现问题。

参考文献：

[1] 刘玉芬，程洪亮.变频器的热耗计算及散热分析[J].电气制造，2008，03：60-62.

[2] 王昌南，何凤有，田明.大功率三电平防爆变频器散热分析及计算[J].工矿自动化，2013，01：88-91.

[3] 景巍，谭国俊，叶宗彬.大功率三电平变频器损耗计算及散热分析[J].电工技术学报，2011，02：134-140.

[4] 李文顶，莫锦秋，曹家勇.中压矿用变频器主电路损耗分析及散热设计[J].机电工程技术，2009，07：85-87+181.

作者简介：

杨斌（1982-），男，山东烟台人，本科，机械助理工程师（初级），研究方向：工业产品结构设计与散热分析。