大功率模块用新型冷板的传热性能研究

提出了用于大功率模块冷却的新型冷板,该冷板的流道结构为S型且流道内置有分流片.首先对该新型冷板以及传统直线型流道和S型流道冷板的流场和温度场进行了仿真研究.对比了3种冷板的流动性能和换热性能.仿真结果表明,新型冷板具有较好的流动换热综合性能,在相同的进口流速和进口温度下,该冷板上芯片的最高温度比直线型冷板上芯片的温度低19℃,比S型冷板上芯片的温度低23℃.对其传热性能进行的实验测试验证了仿真结果.最后,通过仿真对新型冷板双面布置热源的情况进行的仿真研究结果表明,虽然双面布置热源时冷板上的热流密度加倍,但芯片的温度却只升高约20%,从而证明采用冷板散热能够成倍提高功率模块的集成密度.     

高压变频器功率模块相变散热研究

高压变频器功率器件的散热问题是制约设备性能、影响功率密度的关键.针对传统空冷和水冷散热方案存在的不足,本文展开蒸发冷却相变散热技术在大功率高压变频器上的应用研究.首先根据变频器功率模块的结构参数特点和热损耗计算,设计了高集成化的蒸发冷却冷板散热方案,并通过数值仿真和实验进行了验证.研究分析表明,相变冷板散热方案相比强迫...     

基于Fluent的铝氧化银电池冷却结构设计

铝氧化银池冷却结构设计需要综合考虑换热功率与结构压损因素，利用Fluent软件对某铝氧化银电池冷却结构进行传热数值模拟，得到冷却结构流体的压力、温度分布，并计算得到散热功率及压损，从而辅助电池冷却结构设计。采用数值模拟能够得到散热功率与结构压损相对平衡的冷却结构，且仿真结果与试验结果吻合，仿真分析较好地支撑了铝氧化银电池冷却结构设计，缩短了研制周期与试验成本。该方法对于其他流体流动、传热分析具有借鉴意义。     

电力电子集成模块冷板传热性能的仿真与实验

本文提出了水道结构分别为S型加分流片和螺旋型加分流片的两种新型冷板,并对这两种新型冷板以及传统直线型和S型冷板的流场和温度场进行了仿真研究,对比了四种冷板的流阻性能和换热性能。仿真结果表明, S型加分流片冷板具有较好的流动换热综合性能,在相同的进口流速和进口温度下,S型加分流片冷板上芯片的最高温度比直线型冷板上的芯片温度低19℃,比S型冷板上芯片的温度低23℃。另外,本文对S型加分流片冷板的传热性能进行了实验测试以对仿真结果进行验证,结果表明,仿真结果与实验结果的误差在15%左右。     

一种新型结构的热管式散热冷板性能的数值模拟试验与分析

针对高热流密度负荷下大功率行波管的散热冷却，该文在试验研究的基础上，对一种具有并联热管组结构的新型平板式热管散热冷板的内部运行机理进行了数值模拟，分析并预测了加热冷却条件对该平板式热管运行性能的影响，为该新型平板式热管散热冷板的实际应用提供了依据。     

锂离子电池分岔水冷板结构研究及优化

将单进出水口的平行流道水冷板与微通道水冷板分岔结构相结合,建立不同单进出水口分岔流道水冷板.采用计算流体力学的方法,研究支路流道宽度对两种分岔流道水冷板冷却性能的影响规律;并进一步分析流道宽度、路径对两侧分岔流道水冷板(以下简称侧分水冷板)冷却性能的影响规律.研究表明:在适当流道宽度下,侧分水冷板具有更优的散热效果.调整流道宽度对侧分水冷板的冷却性能提升不明显.增加流道路径能较好地增强水冷板的散热能力;次支路与支路流道之间的夹角越小,散热效果越好.     

蒸发冷却技术在高频大功率变压器中的应用研究

电力系统电力电子设备能耗日益提升,对电力电子变换器的高频大功率变压器功率密度提出更高要求,对大功率变压器的散热提出了更大挑战.以电力电子变压器产品为例,建立170 kVA高频大功率变压器模型,明确了常规风冷散热方式下变压器温升过高的关键问题,设计U型蒸发器为换热元件,利用常温自循环蒸发冷却实现变压器的良好散热,分析了变压器系统的传热过程.根据U型蒸发器的散热功率,仿真验证了引入U型蒸发器后,变压器磁芯的散热问题得到解决.整个蒸发器内部温度分布较为均匀,验证了蒸发冷却中相变过程的均温性.最后,给出了电力电子变压器样机实验结果,验证了蒸发冷却变压器散热效果.     

基于热管散热的LED器件封装热分析

大功率发光二极管(Light Emitting Diode,简称LED)结点温度的高低汽接影响到LED的寿命和可靠性,故保持LED结温在允许的范围内,是大功率LED封装和应用必须解决的核心问题.提出将扁平热管应用在大功率LED的散热上;比较了扁平热管和铜板两种散热方式下 LED的结点温度和热阻的热特性.研究结果表明,在输入功率为3 W时,热管冷却LED的结点温度为52℃,而铜板冷却LED的结点温度为83℃,对应的系统总热阻分别为8.8 K/W和19K/W.由此证明,在大功率条件下,热管的散热能力明显优于传统的铜板散热.     

IGBT功率模块新型直接冷却技术研究

分析了当前应用的几种IGBT(insulated gate bipolar transistor)功率模块冷却技术的现状和特点,同时介绍了Danfoss公司发明的新型直接冷却技术ShowerPower,详细分析了其设计原理和技术特点。随后针对1 700 V/1 000 A的IGBT模块,使用CFDesign流体仿真分析软件,应用带有流量分配元件的ShowerPower冷却装置进行了多工况的仿真分析,得到了功率模块的温度场分布(包括IGBT芯片的结温)及冷却装置内的速度场。同时,设计实验对仿真结果进行验证。结果表明,ShowerPower技术能够有效改善功率模块内部芯片温度分布的均匀性,从而提高功率模块电气性能。     

大功率电力电子散热器流动传热特性实验研究

为解决大功率电力电子设备散热问题,设计了射流微通道散热器,并搭建了实验测试系统对不同体积流量和加热功率下射流微通道散热器的传热和流动特性进行了实验测试。实验结果表明:随着体积流量的增加,射流微通道散热器的换热量不断提高,在测试流量下,最高能够满足1 000 W的散热需求。射流微通道散热器换热系数和进出口压差均随体积流量的增加而增大,但换热系数增大的幅度逐渐降低,而进出口压差增加的幅度逐渐增加,因此散热器在小驱动功耗下,增加驱动功耗对于改善换热效果更显著。     

凝汽式电厂循环式供水冷端系统耦合数学模型

现有的热力发电厂冷端系统运行优化模型常常把凝汽器进口循环水温度看作定值,但若冷端系统为循环式供水,应考虑冷却塔以及气候条件的影响。为了改进冷端系统运行优化模型,建立了冷却塔内空气饱和或不饱和时传热传质模型和冷却塔通风量计算模型,以及在对凝汽器内传热过程分析简化的基础上建立了凝汽器内换热模型。所建模型相互耦合,联立求解后可得到与凝汽器负荷、循环水量和环境条件相对应的冷端系统各点温度参数,可指导冷端系统优化运行。     

具有低能耗的场截止型IGBT研究

开发出场截止型IGBT并深入研究了场截止型IGBT的核心技术和关键工艺。相比非穿通型IGBT,通过场截止层的形成,芯片厚度降至105 μm,器件导通压降低于2V,关断时间小于250 ns,电学性能得到了显著提高。IGBT应用于电磁炉,在不同功率下的管壳温升为25℃~35℃,远低于非穿通型IGBT,达到了更低的能量损耗。     

均匀高压电场强化圆管和套管内油的层流强制对流换热的综合效应

以 1 5号机油为实验工质 ,对水平光滑圆管和套管管内层流流动换热进行了直流高压电场强化实验研究。以实验方法调查了其换热系数强化率与外加电场强度、热通量及流动速度、油温、管型等因素的相关性。实验证实了外加直流高压电场能对管内层流强制对流换热起着很好的强化作用。在相同传热面积及相同泵功的条件下 ,综合换热性能有大幅度增加。     

叶片旋流管内核心流强化传热分析与结构优化

管内湍流强化传热方法一般是增加壁面换热面积,但这会显著提高管内流动阻力。本文根据管内核心流强化传热的原理,提出了一种高效低阻的叶片旋流管,分析其传热强化的机理,建立相应的物理和数学模型。数值分析的结果表明,在圆管内置若干组旋流叶片后,可显著强化管内湍流换热,且流动阻力的增幅低于换热强化的增幅;当常温水流过管长为960 mm,管径为20 mm的圆管,且在管内核心流区域设置4组4叶片旋流单元时,其性能评价系数SPEC在Re数为3 000~15 000的范围内均超过1.5,最高可达1.9左右。     

发电厂冷却塔弧形布置填料层的特性分析

填料是自然通风湿式冷却塔最主要的换热部分,其换热量占冷却塔总换热量的60%~70%,具有很大的节能潜力。针对填料层的布置方式,提出了用弧形填料层替代传统水平布置填料层的构想,并借助Fluent模拟软件,建立了湿式冷却塔弧形填料层的传热传质模型。研究对比了不同弧度的填料层布置对冷却塔热力性能的影响,并计算分析了不同环境侧风下,弧形填料层冷却塔内空气流场、出塔水温等参数的变化。研究结果表明：与传统的水平布置相比,弧形布置填料层增加了一部分换热面积,改善了雨区空气流场,从而增加了冷却塔的换热量,使冷却塔抽力增加,出塔水温降低;在环境侧风条件下,这种改善效果更加显著,以填料层弧度0.12 rad为例,当环境风速6 m/s时,出塔水温最高可降低0.36℃。     

静止无功发生器的发热分析

如果静止无功发生器(SVG)内的IGBT和发热电路板(均压电阻和接地电容板)长时间发热,且热量得不到很好的消散时,就会造成装置损坏。采用仿真计算的方法,对SVG的发热进行了分析。分析满足SVG发热要求的适宜风速是当发热电路板的功率为30 W时,风速约应达到2.5 m/s;发热电路板放在进风口时的温度明显低于放在抽风口处。     

环境温度对光伏发电系统输出特性的影响

通过对光伏阵列、最大功率跟踪进行建模和构建光伏发电系统,研究了在不同环境温度下光伏发电系统的输出特性。仿真结果表明光伏发电系统在光伏强度S=1 000 W/m2,环境温度T=50℃下的输出特性要优于其在光伏强度S=1 000 W/m2,环境温度T=25℃的输出特性。     

低压变频器功率单元温度波动问题研究

为了更好地在设计和运行中使强迫风冷式低压变频器和负荷相匹配,针对影响变频器寿命的IGBT芯片的温度波动问题,在变频器功率模块热路模型基础上运用非稳态传热理论研究。结合脉宽调制特点讨论典型功耗热源的产生和计算,以及周期负荷对功率模块其他部件和芯片的不同热效应及计算。基于热膨胀原理研究芯片温度波动与变频器寿命的关系。通过研究得出温度波动与功耗脉冲周期的关系,以及作为温度波动的主要影响区段,在变频器低输出频率区间如何计算以实施降低输出电流、开关频率等应对温度波动的措施。     

A dynamic electro-thermal model for the IGBT

A physics-based dynamic electrothermal model is developed for the IGBT by coupling a temperature-dependent IGBT electrical model with dynamic thermal models for the IGBT silicon chip, packages, and heatsinks. The temperature-dependent IGBT electrical model describes the instantaneous electrical behavior in terms of the instantaneous temperature of the IGBT silicon chip surface. The instantaneous power dissipated in the IGBT is calculated using the electrical model and determines the instantaneous rate that heat is applied to the surface of the silicon chip thermal model. The thermal models determine the evolution of the temperature distribution within the thermal network and thus determine the instantaneous value of the silicon chip surface temperature used by the electrical model. The IGBT electrothermal model is implemented in the Saber circuit simulator and is connected to external circuits in the same way as the previously presented Saber IGBT model, except that it has an additional thermal terminal that is connected to the thermal network component models for the silicon chip, package, and heatsink. The IGBT dynamic electrothermal model and the thermal network component models are verified for the range of temperature and power dissipation levels (heating rates) that are important for power electronic systems