基于熱仿真的低壓變頻器的設(shè)計(jì)及研究.pdf

1、低壓變頻器在我國運(yùn)用非常廣泛，而因其體積小，熱流密度高，散熱空間有限，導(dǎo)致了它的故障率非常高。變頻器的功率模塊單元具有高發(fā)熱特性，必須控制其元器件的溫度在允許的溫度范圍內(nèi)，并要求把積聚在產(chǎn)品狹小空間內(nèi)的熱量有效地散發(fā)出去，因此對(duì)變頻器的散熱設(shè)計(jì)分析和研究有著非常重要的意義。本文以研究緊湊型11KW的低壓變頻器在高環(huán)境溫度下可靠和穩(wěn)定地工作為目標(biāo)，通過三維結(jié)構(gòu)建模、數(shù)學(xué)建模、熱仿真模擬、工程實(shí)驗(yàn)等手段和方法對(duì)變頻器的散熱結(jié)構(gòu)展開了研究。<

2、br>　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用傳熱學(xué)的理論基礎(chǔ)，建立了變頻器系統(tǒng)散熱的數(shù)學(xué)模型，對(duì)其熱傳遞過程和散熱方式進(jìn)行了分析，得出了自然對(duì)流和強(qiáng)迫空氣對(duì)流兩種不同冷卻方式的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法。并根據(jù)散熱器的熱阻計(jì)算方法，對(duì)散熱器進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。⑵對(duì)11KW的低壓變頻器展開了詳細(xì)的熱設(shè)計(jì)，包括風(fēng)機(jī)的選型和安裝方式、功率元器件的布局及整體的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用新型的風(fēng)道設(shè)計(jì)，將主要發(fā)熱源和PCB板隔離開來，以提高設(shè)備的可靠性和壽命。并利用U

3、G軟件對(duì)變頻器的散熱結(jié)構(gòu)構(gòu)建了三維物理模型。⑶根據(jù)變頻器的散熱結(jié)構(gòu)方案，利用Icepak軟件構(gòu)建熱仿真模型，用以分析變頻器的散熱結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)整機(jī)散熱方面的影響。通過有限元仿真模擬得出變頻器功率元器件的熱點(diǎn)溫度；通過 Icepak軟件的后處理功能，觀察變頻器內(nèi)部的風(fēng)場(chǎng)分布情況、流速矢量圖和溫度云圖，據(jù)此來指導(dǎo)和優(yōu)化變頻器的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終熱仿真結(jié)果表明變頻器在50度的高環(huán)境溫度下，其內(nèi)部電抗器的溫度為113.8℃（＜120℃）、散熱器的溫

4、度為81.7℃（＜85℃）、DC link電容的溫度為68.6℃（＜75℃），都在允許的溫度范圍內(nèi)。⑷對(duì)優(yōu)化后的變頻器最終散熱方案制作工程樣機(jī)，按照設(shè)計(jì)要求在50度的環(huán)境溫度下對(duì)樣機(jī)進(jìn)行熱測(cè)試，并通過熱電偶和溫度記錄儀來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變頻器的功率器件在實(shí)際工作狀態(tài)下的溫度數(shù)值。根據(jù)熱測(cè)試的結(jié)果，變頻器功率元器件的實(shí)際溫度測(cè)量值（電抗器：114.8℃、散熱器：79.4℃、DC link電容：70.3℃）和熱仿真的結(jié)果（電抗器：113.8℃、散熱