2MW风电变桨伺服驱动器IGBT损耗计算及散热系统设计

提出了一种比较准确且实用的计算IGBT模块通态损耗和开关损耗的可行方法,在计算出IGBT模块损耗后,利用热阻等效电路法推导得出了IGBT模块及散热器各点温度的计算公式,并给出了散热器热阻的经验计算公式。在此基础上设计了一款2 MW风电变桨伺服驱动器的散热系统,建立了实验电路,并测量了散热器的实际工作温度,与计算结果进行对比,从而证明了设计的合理性。     

逆变器中IGBT模块的损耗计算及其散热系统设计

介绍了一种在工程上比较适用的IGBT模块损耗的理论计算方法,并将其计算结果与厂家给出的仿真结果相比较,精度满足设计要求.在计算出IGBT模块损耗后,利用散热系统热阻等效电路,求出散热器热阻,进而设计出符合逆变器的强迫风冷散热系统.最后,通过ICEPAK软件对散热器进行仿真,由仿真结果表明散热器达到要求.     

大功率三电平变频器损耗计算及散热分析

准确计算功率器件损耗可优化变频器的散热设计.功率器件的导通和开关特性对温度比较敏感,损耗计算必须考虑结温的影响.本文分析了中点钳位式(NPC)三电平变频器功率器件导通和开关规律,在此基础上建立了一套实用的损耗计算方法.通过热阻等效电路计算了功率器件的结温.对一台1MVA NPC三电平变频器在逆变和整流两种典型工况下进行...     

基于SolidWorks的功率单元热力分析

为了提高高压变频器功率单元散热设计的合理性和可靠性,对其进行热力分析仿真研究.通过计算功率单元发热器件的功率损耗,运用热阻和温升的数学模型选择散热器并借助SolidWorks计算机仿真软件,模拟高压变频器功率单元在正常运行时的工况条件,对功率单元进行热力分析.分析结果表明,功率器件的运行温度满足设计指标的要求,验证了功率单元结构排布设计、散热器设计选型方面的合理性.     

高压变频器散热系统的设计

对6kV, 2.5kW 高压变频器的散热系统进行了研究和设计。提出采用强迫风冷解决变频器的散热问题。在计算出系统各个功率器件发热量的基础上,根据发热量与温升之间的关系,计算出各功率开关器件所需散热器的热阻,选择了合适的散热器,并根据整个系统的发热量和散热器对气流的要求,对风机的选型以及风道的设计进行了探讨,设计了一种前进风后出风,每个散热器都与风腔独立密封连接的抽风方案。试验结果表明,该散热系统能满足运行要求。     

交流励磁变频器功率单元散热设计

交流励磁变频器是大型变速抽蓄电站的核心设备,由于容量较大,其散热系统设计是设备稳定运行的关键.针对交流励磁变频器功率单元,对各压接式功率器件的损耗进行了理论计算,并分析了不同功率因数和调制度工况下器件损耗及功率单元总损耗的变化趋势,基于损耗计算和仿真分析,采用最小流量和散热容量相互校验的水冷散热系统设计方法,设计了变频器的各功率器件散热器和水冷散热系统,最后通过研制的5.7 MVA交流励磁变频器功率单元样机试验,验证了损耗计算分析和散热系统设计的合理性.     

低地板轻轨车牵引变流器通风散热设计

采用强迫风冷的变流器必须进行通风散热设计,选用通风机需要考虑的因素为其风量和风压,风量取决于变流器功率损耗,风压与箱体风道设计有关,根据风量确定风机后.风压决定风机的实际工作点;选用散热器的依据为散热器热阻,热阻值取决于通风条件和变流器功耗.对轻轨车牵引变流器功率损耗进行了计算,分析了功率损耗与所需风量以及散热器热阻之间的关系,并通过专业软件fluent,对箱体风道进行CFD仿真和设计,进而结合相关国家标准选择了合适的通风机和散热器.实验结果表明,风道设计以及通风机和散热器的选择合理,符合要求.     

基于PLECS的SiC逆变器热设计研究

SiC器件在逆变器中的应用,使散热设计成为了高频逆变器的一个关键技术。为此,文章提出一种基于PLECS软件的SiC三相逆变器热设计方法。建立了SiC逆变器总损耗的计算模型,进行了热阻等效,并分析了散热器热阻值几何结构、特性参数的关系。在此基础上以功率10 kW的SiC MOSFET逆变器为应用对象,在PLECS软件中搭建了SiC逆变器的热-电系统,仿真分析了SiC MOSFET的损耗来源,设计了合适的散热器热阻值,根据散热器热阻模型设计散热器并在实验中完成测试,验证了该热设计方法的合理性与正确性。     

风电变流器IGBT散热性能研究

风电变流器设计中,IGBT的散热设计非常关键,介绍了一种适用于风电变流器工程应用的IGBI损耗的理论计算方法,并建立了准确的数学模型。针对风电变流器应用环境的差异性以及不同类型散热器的固有热阻属性,通过flotherm仿真软件搭建普通散热器与热管散热器的仿真模型,仿真对比了不同散热器散热能力的差异。最后,通过实验验证了该设计方法的合理性和实用性,为风电变流器IGBT散热器与散热系统设计提供了重要的参考依据。     

间歇式工作的大功率有轨电车充电模块热设计

随着新型储能式有轨电车的推广,大功率充电装置的功率密度越来越高,为解决间歇式工作模式下充电模块散热系统评估手段缺乏的问题,介绍了一种间歇工作模式下大功率有轨电车充电模块的散热系统设计方法.通过计算充电模块工作的功率损耗、热阻需求来进行风扇和散热器选型,阐述了针对间歇式工作的大功率充电模块的散热系统设计方法,采用Flotherm软件进行了热仿真,最后通过试验验证了热设计方法的可行性.     

三相电压源逆变器内部IGBT模块温度的求解及评估

三相电压源逆变器的工作性能、使用寿命等方面均与其内部绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块温度直接相关,故求解及评估该逆变器中IGBT模块的温度对于确保逆变器系统的安全可靠运行具有重要意义。针对现有模型及方法难以求解IGBT模块温度的问题,本文借鉴直接法的思想,提出了一种新的简单实用的IGBT模块温度求解算法。基于拟合及插值算法,推导并建立了IGBT模块功率损耗模型;基于电热比拟理论,探讨并建立了集中参数的IGBT模块等效Cauer传热网络模型,并将传热微分方程差分化;最终,在同一电路仿真器中构建出IGBT模块温度的求解算法。在三相电压源逆变器的算例中,通过与英飞凌IPOSIM的温度计算结果对比,表明本文算法最大误差为3.01%,且温度变化趋势与IPOSIM基本一致,最后利用该算法评估了逆变器在不同负载工况下的IGBT模块温度,所得结果可为合理地进行三相电压源逆变器的散热设计、长期可靠性评估等服务。     

基于实时结温观测的电动汽车逆变器动态限流策略

针对电动汽车逆变器中功率模块因实时结温过高而造成器件乃至系统失效的问题,提出了基于实时结温观测反馈的逆变器动态电流限幅控制策略。建立绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的电热模型,在线观测功率模块中所有IGBT芯片和续流二极管(FWD)芯片的瞬时最大结温;将该热状态以及器件的最大可用热容量输入电流限幅控制器得到逆变器的最大运行电流值,实现逆变器的电流动态限幅控制。测试结果表明,所提控制策略使逆变器安全地工作在最大可用结温范围内,可使逆变器的运行性能极限最大化,提高系统的功率密度和可靠性。     

基于电-热耦合模型的IGBT模块结温计算方法

温度循环下的疲劳累计损伤是IGBT模块失效的主要原因,计算IGBT模块的结温对预测其寿命具有重要意义。为了研究IGBT模块工作过程中结温变化情况,首先通过计算IGBT和FWD的功率损耗建立了IGBT模块电模型,然后在分析IGBT模块热传导方式的基础上建立了IGBT模块热模型,进而基于电模型和热模型建立了IGBT模块的电-热耦合模型,最后以三相桥式逆变器为例对IGBT和FWD的结温进行了仿真分析。结果表明,由于IGBT和FWD处于开关状态,两者的结温波形均呈波动形状,且波动均值经过短时间上升后稳定于一恒定值,所以逆变器用IGBT模块开始工作后经短时间的热量积累最终达到热稳定状态;由于IGBT的开关损耗比FWD大,使得IGBT结温受开关频率的影响较大。     

电压源换流器型直流输电换流器损耗分析

电压源换流器型直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)应用于大容量功率传输的主要障碍之一是其相对较高的换流器损耗。因而,换流器损耗的准确计算对系统设计、器件参数及冷却装置的选择非常重要。通过分析换流器IGBT器件的开关特性,同时考虑结温、死区效应的影响,提出一种基于曲线拟合理论的通用换流器损耗计算方法。该方法能够有效利用厂家提供的器件特性参数,适合于实际工程应用。在此基础上,分析了正弦脉宽和最小开关PWM两种调制方式下的换流器损耗特性,建立了基于PSCAD/EMTDC的通用的损耗计算模块。     

Temperature protection of frequency converter based on dynamic thermal model of IGBT module

A procedure enabling the calculation of the chip temperature of an IGBT module operating as a component of a frequency converter is presented. The procedure is based on information regarding the inverter’s instantaneous output currents, input voltage, and control signals vector. The heat model of the IGBT module that enables one to calculate the instantaneous temperatures of a chip in real time is examined. Thermal protection based on the heat model is also examined. The results of simulation, full-scale experimentation, and commercial introduction are given.     

基于IGBT选型的整流器、逆变器损耗计算新方法研究

随着“双碳”概念深入人心,为满足企业对于节能减排、绿色发展的要求,以1 140 V/75 kW变频调速系统为研究对象,提出一种新颖的整流器和逆变器IGBT计算损耗方法,用于IGBT的选择和电力电子散热装置的设计。在实现过程中,考虑栅极驱动电阻和直流母线电压对损耗的影响,给出IGBT的导通损耗、总开关损耗、效率和结温的分析方法。基于IGBT损耗与结温的相互作用,得出IGBT结温曲线。并对IGBT进行了选择校核,仿真及实验验证了所提方案的正确性。     

基于等效电导率的压接型IGBT器件温度场仿真

压接型封装全控器件由于其具有无焊点、无引线、双面散热的特点,逐渐在大容量换流器中得到了广泛的应用,其可靠性以及寿命预测也引起了学术界和工业界的关注。本文提出了一种基于等效电导率的压接型绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)器件温度场有限元仿真方法,直接反映了压接型IGBT器件内部芯片发热功率随温度变化的特性,进一步提高了温度场仿真的准确性,为模块可靠性分析和寿命预测建立了仿真计算基础。此外,对某型号压接型IGBT器件进行MMC工况下的温度场仿真,得到了该工况下模块内部温度分布情况。     

A fast power loss calculation method for long real time thermal simulation of IGBT modules for a three‐phase inverter system

A fast power losses calculation method for long real time thermal simulation of IGBT module for a three‐phase inverter system is presented in this paper. The speed‐up is obtained by simplifying the representation of the three‐phase inverter at the system modelling stage. This allows the inverter system to be simulated predicting the effective voltages and currents whilst using large time‐step. An average power losses is calculated during each clock period, using a pre‐defined look‐up table, which stores the switching and on‐state losses generated by either direct measurement or automatically based upon compact models for the semiconductor devices. This simulation methodology brings together accurate models of the electrical systems performance, state of the art‐device compact models and a realistic simulation of the thermal performance in a usable period of CPU time and is suitable for a long real time thermal simulation of inverter power devices with arbitrary load. Thermal simulation results show that with the same IGBT characteristics applied, the proposed model can give the almost same thermal performance compared to the full physically based device modelling approach. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

逆变焊机电源安全要求及IGBT可靠性研究

介绍了逆变焊机的机械安全要求和逆变器中IGBT模块的必须的保护措施,前者包括电缆固定装置、耐冲击能力、吊运装置、耐跌落能力、倾斜稳定性.后者包括驱动电路的典型安全措施;过流保护、过热、网压过/欠压电路设计;吸收电路.