基于數(shù)值模擬的伺服驅動單元散熱問題研究.pdf

1、伺服驅動單元作為數(shù)控系統(tǒng)與伺服電機的連接環(huán)節(jié)，工作過程中由于功率損耗的存在會產生大量熱量。由此帶來的高溫和頻繁的熱沖擊不僅導致功能異常、器件失效等可靠性問題的出現(xiàn)，散熱系統(tǒng)性能不足更是制約設備性能充分發(fā)揮的關鍵因素。面對工業(yè)發(fā)展對伺服驅動單元高可靠的性能需求，這些問題必須面對并加以解決。本文以伺服驅動單元為研究對象，研究單元工作過程中出現(xiàn)的器件熱失效，散熱系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化等問題，主要內容包括：
　　1.針對整流模塊在額定電流水平下的熱

2、失效問題，利用數(shù)值模擬手段對其熱阻構成進行分析，結果發(fā)現(xiàn)：雙層熱界面材料結構是導致溫升過高，進一步地導致整流模塊過早失效的主要原因，優(yōu)化熱界面材料層的導熱性能對降低模塊溫升最有幫助。同時試驗結果表明，在厚度一定的條件下，熱界面材料的導熱系數(shù)與芯片熱阻呈非線性關系，過度追求高導熱系數(shù)對于散熱優(yōu)化效果并不明顯。
　　2.針對逆變模塊的散熱系統(tǒng)多目標參數(shù)優(yōu)化問題，通過數(shù)值模擬的手段研究了系統(tǒng)參數(shù)對散熱性能的影響，結果表明：散熱器基板和翅

3、片幾何結構、風扇風量等參數(shù)對散熱性能的影響呈非線性。在此基礎上，利用均勻設計和響應面回歸擬合相結合的方法，建立了逆變模塊溫升與散熱系統(tǒng)參數(shù)之間的數(shù)學模型，進一步地通過對數(shù)學模型的分析解決散熱系統(tǒng)多變量參數(shù)的優(yōu)化問題。試驗結果表明：該方法試驗次數(shù)少，預測結果可靠，經響應面優(yōu)化后的散熱系統(tǒng)散熱性能得到明顯提升。
　　本文在提升伺服驅動單元可靠性的背景下，通過數(shù)值模擬和試驗相結合手段，研究了整流模塊失效、逆變模塊的散熱系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化等問題