高壓變頻器單元熱仿真計算

時間:2010-08-26 21:44:41來源:原創(chuàng) 作者:admin 點擊:次

無

1 引言
大型電力電子設(shè)備，如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(shè)備失效的主要形式是熱失效，據(jù)統(tǒng)計，50%的電子熱失效主要是溫度超過額定值引起的。隨著溫度的，失效率也，大功率高壓變頻器功率器件的熱設(shè)計直接關(guān)系到設(shè)備的可靠性與穩(wěn)定性。
從結(jié)構(gòu)設(shè)計上散熱技術(shù)是保證設(shè)備正常運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。三環(huán)公司高壓變頻器設(shè)備功率大，為MW級，在正常工作時，會產(chǎn)生大量的熱量。為保證設(shè)備的正常工作，把大量的熱量散發(fā)出去，優(yōu)化散熱與通風(fēng)方案，進行合理的設(shè)計與計算，實現(xiàn)設(shè)備的高效散熱，對于提高設(shè)備的可靠性是十分必要的。

2 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(tǒng)等，其中主電路電子開關(guān)的功率器件的散熱、功率單元的散熱設(shè)計及功率柜的散熱與通風(fēng)設(shè)計最為重要。對IGBT或igct功率器件，其pn結(jié)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。
2.1 散熱設(shè)計注意事項
(1) 選用耐熱性和熱穩(wěn)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(shè)備(器件)內(nèi)部的發(fā)熱量。為此，應(yīng)多選用微功耗器件，如低耗損型igbt，并在電路設(shè)計中盡量減少發(fā)熱元器件的數(shù)量，要優(yōu)化器件的開關(guān)頻率以減少發(fā)熱量;
(3) 采用適當(dāng)?shù)纳岱绞脚c用適當(dāng)?shù)睦鋮s方法，降低環(huán)境溫度，加快散熱速度。
2.2 排風(fēng)量計算
在最惡劣環(huán)境溫度下，計算散熱器最高溫度達到時候的最小風(fēng)速。根據(jù)風(fēng)速冗余放大率來確定排風(fēng)量。排風(fēng)量的計算公式為：Qf=Q/(Cp•ρ•△T)

式中：
Qf：強迫風(fēng)冷系統(tǒng)所須提供的風(fēng)量。
Q：被冷卻設(shè)備的總熱功耗,W。
Cp=1005J/(kg•℃)：空氣比熱，J/(kg•℃)。
ρ=1.11(m3/kg)：空氣密度，m2/kg。
△T=10℃：進、出口處空氣的溫差，℃。
根據(jù)風(fēng)量和風(fēng)壓確定風(fēng)機型號，使得風(fēng)機工作在效率最高點處，即了風(fēng)機壽命又提高了設(shè)備的通風(fēng)效率。
2.3 風(fēng)道設(shè)計
串聯(lián)風(fēng)道是由每個功率模塊的散熱器上下，形成上下對應(yīng)的風(fēng)道，其特點由上下多個功率單元形成串聯(lián)的通路，結(jié)構(gòu)簡單，風(fēng)道垂直使得風(fēng)阻小;但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(huán)境溫差小，散熱效果差。

并聯(lián)風(fēng)道中從每個功率單元的前面進風(fēng)，對應(yīng)的進風(fēng)口并聯(lián)排列，在的風(fēng)倉中匯總后由風(fēng)機抽出，整個功率柜采用冗余的方法，有多個風(fēng)機并聯(lián)運行，整體散熱效果好，并提高了設(shè)備的可靠性。但柜體要形成風(fēng)倉，增大了設(shè)備的體積，各個功率單元后端到風(fēng)機的距離不同，使得每個功率單元的風(fēng)流量不一致，是設(shè)計的難點。

根據(jù)串聯(lián)風(fēng)道和并聯(lián)風(fēng)道的特點，三環(huán)公司高壓變頻器選擇并聯(lián)風(fēng)道設(shè)計，并形成了獨有的結(jié)構(gòu)專利技術(shù)。

3 仿真分析
仿真軟件可以在各種不同結(jié)構(gòu)及層次上對系統(tǒng)散熱、溫度場及內(nèi)部流體運動進行高效、準確、簡便的定量分析。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持

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變頻器

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