Исследование характеристик рассеивания тепла ветроэнергетического преобразователя IGBT

       Преобразователи энергии ветра подвержены экстремально высоким и низким температурам, а пространство для установки крайне ограничено. Вопрос о том, как рассеивать тепло высокочастотных сильноточных модулей IGBT в ограниченном пространстве, стал ключом к проектированию рассеивания тепла в ветроэнергетических преобразователях. В настоящее время методы отвода тепла, применяемые к модулям IGBT ветроэнергетических преобразователей, в основном включают принудительное воздушное и водяное охлаждение. Чтобы модуль IGBT работал нормально, он должен быть спроектирован с учетом рассеивания тепла, чтобы гарантировать, что рабочая температура модуля IGBT находится в пределах допустимой максимальной температуры перехода.
Учитывая требования к рассеиванию тепла для модулей IGBT с использованием принудительного воздушного охлаждения, представлен практический метод расчета потерь. Результаты расчета потерь IGBT в различных условиях работы заменяются в программное обеспечение flotherm, а для обоих используются модели теплового моделирования обычных радиаторов и радиаторов с тепловыми трубками. Было проведено моделирование и сравнительный анализ различных радиаторов. После этого эффективность рассеивания тепла двух радиаторов преобразователя рассчитывается по эквивалентной схеме теплового сопротивления двух параллельных модулей. Подставляя указанное выше значение в формулу (6), получаем K/W. На основе рассчитанного теплового сопротивления радиатора выберите соответствующий радиатор.
Форма радиаторов обычно включает в себя обычный радиатор, радиатор с водяным охлаждением и радиатор с тепловой трубкой. Воздуховод трехфазных модулей IGBT со стороны преобразователя или со стороны сети A, B, C осуществляет централизованное рассеивание тепла. Для конструкций радиаторов с принудительной подачей воздуха существует несколько способов уменьшить собственное тепловое сопротивление радиатора. Многие ученые в Китае изучали влияние таких параметров, как высота, толщина и плотность ребер радиатора, на тепловое сопротивление радиаторов, и не будем повторять их здесь. Другой метод, который обычно используется в технике для значительного улучшения теплоотводящей способности радиатора, — это встраивание тепловых трубок в подложку радиатора, но проблема в том, что увеличивается стоимость. Здесь как на стороне машины, так и на стороне сети преобразователя используется метод SVPWM. В эксперименте внутренний встроенный NTC используется для сбора данных о повышении температуры модуля, а температуру перехода можно рассчитать по следующей формуле: Из экспериментальных данных радиатора видно, что при малом токе , общее энергопотребление невелико, а разница в эффективности рассеивания тепла между двумя радиаторами невелика. При токе 450 А повышение температуры модуля IGBT варьируется примерно на 10 футов.

Имитационный анализ проводился при условии, что скорость ветра на воздухозаборнике модуля составляет 7 м/с, а сила тока модуля от 100А до 500А. В таблице 1 приведены сравнительные данные температуры перехода экспериментального чипа радиатора тепловой трубки и температуры перехода моделируемого чипа. Видно, что экспериментальные данные хорошо согласуются с результатами моделирования, а программное обеспечение для моделирования может точно моделировать температуру перехода чипа.
б — сравнение результатов моделирования температуры перехода микросхемы в условиях переменной скорости ветра, при одном и том же токе модуля и одинаковых потерях модуля. Видно, что с увеличением скорости ветра температура чип-перехода снижается. В условиях сильного тока, чем выше скорость ветра, тем больше падение температуры чипа.
Анализ данных моделирования Ток/А Экспериментальная температура перехода чипа/t Температура перехода кристалла моделирования по ошибке/(a) Повышение температуры модуля Экспериментальный эксперимент и форма волны моделирования 5 Выводы Здесь представлен практический метод расчета потерь модуля IGBT для метода преобразователей энергии ветра, и импортируйте результаты расчета потерь в программное обеспечение Flothem. Посредством сравнения результатов моделирования и данных экспериментальных испытаний была сравнена и проанализирована разница в характеристиках рассеивания тепла двух радиаторов, а также проверена правильность теоретического расчета и имитационной модели. В то же время приведена кривая моделирования характеристик рассеивания тепла радиатором при условии переменного объема воздуха, что является важным ориентиром для выбора IGBT-радиатора преобразователя энергии ветра.