Forschung zur Wärmeableitungsleistung von Windkraftkonvertern IGBT
Windkraftkonverter sind anfällig für extreme Hoch- und Tieftemperaturphänomene und der Installationsraum ist äußerst begrenzt. Die Wärmeableitung für Hochfrequenz- und Hochstrom-IGBT-Module auf engstem Raum ist zum Schlüssel für die Wärmeableitungskonstruktion von Windkraftkonvertern geworden. Derzeit umfassen die Wärmeableitungsmethoden, die auf die IGBT-Module von Windkraftkonvertern angewendet werden, hauptsächlich Zwangsluftkühlung und Wasserkühlung. Damit das IGBT-Modul normal funktioniert, muss es für die Wärmeableitung ausgelegt sein, um sicherzustellen, dass die Betriebstemperatur des IGBT-Moduls innerhalb der zulässigen maximalen Sperrschichttemperatur liegt.
Mit Blick auf die Wärmeableitungsanforderungen von IGBT-Modulen mit Zwangsluftkühlung wird eine praktische Verlustberechnungsmethode eingeführt. Die Ergebnisse der IGBT-Verlustberechnung unter verschiedenen Arbeitsbedingungen werden in die Flotherm-Software eingefügt und die thermischen Simulationsmodelle von gewöhnlichen Heizkörpern und Wärmerohrheizkörpern werden für die beiden verwendet. Es wurden Simulationen und vergleichende Analysen verschiedener Heizkörper durchgeführt. Anschließend wird die Wärmeableitungsleistung der beiden Strahler des Konverterprodukts anhand des äquivalenten Wärmewiderstandsnetzwerks zweier paralleler Module berechnet. Setzt man den obigen Wert in Formel (6) ein, erhält man K/W. Wählen Sie basierend auf dem berechneten Wärmewiderstand des Heizkörpers den entsprechenden Heizkörper aus.
Die Form der Kühlkörper umfasst im Allgemeinen gewöhnliche Kühler, wassergekühlte Kühlkörper und Heatpipe-Kühlkörper. Der Luftkanal der umrichtermaschinenseitigen bzw. netzseitigen A, B, C Drehstrom-IGBT-Module übernimmt die zentrale Wärmeabfuhr. Bei Kühlkörperkonstruktionen mit Zwangsbelüftung gibt es mehrere Möglichkeiten, den Wärmewiderstand des Kühlkörpers selbst zu verringern. Viele Wissenschaftler in China haben den Einfluss von Parametern wie Höhe, Dicke und Dichte der Kühlerlamellen auf den Wärmewiderstand von Kühlern untersucht und werden sie hier nicht wiederholen. Eine andere in der Technik häufig verwendete Methode zur deutlichen Verbesserung der Wärmeableitungskapazität des Kühlers besteht darin, Wärmerohre in das Kühlersubstrat einzubetten. Das Problem besteht jedoch darin, dass die Kosten steigen. Dabei nutzen sowohl die Maschinenseite als auch die Netzseite des Umrichters das SVPWM-Verfahren. Im Experiment wird der intern integrierte NTC verwendet, um die Temperaturanstiegsdaten des Moduls zu erfassen, und die Sperrschichttemperatur kann mit der folgenden Formel berechnet werden: Aus den experimentellen Daten des Strahlers ist ersichtlich, dass bei geringem Strom der Strom niedrig ist Der Gesamtstromverbrauch ist gering und der Unterschied in der Wärmeableitungsleistung zwischen den beiden Heizkörpern ist nicht groß. Bei 450 A variiert der Temperaturanstieg des IGBT-Moduls um etwa 10 Fuß.
Die Simulationsanalyse wurde unter der Bedingung durchgeführt, dass die Windgeschwindigkeit am Lufteinlass des Moduls 7 m/s beträgt und der Strom des Moduls zwischen 100 A und 500 A liegt. Tabelle 1 zeigt die Vergleichsdaten der Verbindungstemperatur des experimentellen Chips des Wärmerohrkühlers und der Verbindungstemperatur des simulierten Chips. Es ist ersichtlich, dass die experimentellen Daten gut mit den Simulationsergebnissen übereinstimmen und die Simulationssoftware die Sperrschichttemperatur des Chips genau simulieren kann.
b ist der Vergleich der Simulationsergebnisse der Chip-Junction-Temperatur unter variablen Windgeschwindigkeitsbedingungen bei gleichem Modulstrom und gleichem Modulverlust. Es ist zu erkennen, dass mit zunehmender Windgeschwindigkeit die Chip-Junction-Temperatur sinkt. Bei starker Strömung gilt: Je höher die Windgeschwindigkeit, desto stärker sinkt die Chiptemperatur.
Analyse der Simulationsdaten Strom/A Experimentelle Chip-Verbindungstemperatur/t Simulation der Chip-Verbindungstemperatur bezüglich Fehler/(a) Modultemperaturanstieg Experimentelles Experiment und Simulationswellenform 5 Schlussfolgerungen Eine praktische Methode zur Berechnung des IGBT-Modulverlusts wird hier für die Methode von Windkraftwandlern vorgestellt Importieren Sie die Ergebnisse der Verlustberechnung in die Flothem-Software. Durch den Vergleich von Simulationsanalysen und experimentellen Testdaten wurde der Unterschied in der Wärmeableitungsleistung der beiden Strahler verglichen und analysiert und die Richtigkeit der theoretischen Berechnung und des Simulationsmodells überprüft. Gleichzeitig wird die Simulationskurve der Wärmeableitungsleistung des Kühlers unter der Bedingung eines variablen Luftvolumens angegeben, die eine wichtige Referenz für die Auswahl des IGBT-Kühlers des Windkraftkonverters darstellt.
