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高压变频器单元热仿真计算 研发部 陈飞 1 引言 大型电力电子设备，如大功率高压变频器往往要求有极高的可靠性散热。由于设备功率大，一般为级，在正常工作时，产生大量的热量。为保证设备的正常工作，把大量的热量散发出去，优化散热与通风方案，进行合理的设计与计算，实现设备的高效散热，对于提高设备的可靠性是十分必要的。高压变频器在正常工作时，热量来源主要是隔离变压器、电抗器、功率单元、控制系统等，其中作为主电路电子开关的功率器件的散热、功率单元的散热设计及功率柜的散热与通风设计最为重要。对igbt或igct来说，其pn结不得超过125，封装外壳为85。有研究表明，元器件温度波动超过±20，其失效率会增大8倍。2.1 散热设计注意事项(1) 选用耐热性和热稳定性好的元器件和材料，以提高其允许的工作温度;(2) 减小设备(器件)内部的发热量。为此，应多选用微功耗器件，如低耗损型igbt，并在电路设计中尽量减少发热元器件的数量，同时要优化器件的开关频率以减少发热量;(3) 采用适当的散热方式与用适当的冷却方法，降低环境温度，加快散热速度。Cp=1005J/(kg?℃)：空气比热，J/(kg·℃)。 ρ=1.11(m3/kg)：空气密度，m2/kg。 △T=10℃：进、出口处空气的温差，℃。 根据风量和风压确定风机型号，使得风机工作在效率最高点处，即增加了风机寿命又提高了设备的通风效率。 2.3 风道设计 串联风道是由每个功率的散热器上下相对，形成上下对应的风道，其特点由上下多个功率单元形成串联的通路，结构简单，风道垂直使得风阻小;但由于空气从下到上存在依次加热的问题，造成上面的功率单元环境温差小，散热效果差。其结构如图所示。 图 功率柜风道结构图并联风道中从每个功率单元的前面进风，对应的进风口并联排列，在后面的风仓中汇总后由风机抽出，同时整个功率柜一般采用冗余的方法，有多个风机并联运行，整体散热效果好，并提高了设备的可靠性。但柜体后面要形成风仓，增大了设备的体积，同时由于各个功率单元后端到风机的距离不同，使得每个功率单元的风流量不一致，。其结构如图所示。 图 功率柜风道结构图图图