分享好友 水电电工首页 水电电工分类 切换频道

高压变频器单元热仿真计算

2024-07-18 09:261030建材之家
1 引言
大型电力电子设备,如大功率高压变频器往往要求有极高的可靠性,影响电力电子设备失效的主要形式是热失效,据统计,50%以上的电子热失效主要是由于温度超过额定值引起的。随着温度的增加,失效率也增加,因此大功率高压变频器功率器件的热设计直接关系到设备的可靠性与稳定性。
从结构设计上来说散热技术是保证设备正常运行的关键环节。由于三环公司高压变频器设备功率大,一般为MW级,在正常工作时,会产生大量的热量。为保证设备的正常工作,把大量的热量散发出去,优化散热与通风方案,进行合理的设计与计算,实现设备的高效散热,对于提高设备的可靠性是十分必要的。
2 散热计算
高压变频器在正常工作时,热量来源主要是隔离变压器、电抗器、功率单元、控制系统等,其中作为主电路电子开关的功率器件的散热、功率单元的散热设计及功率柜的散热与通风设计最为重要。对igbt或igct功率器件来说,其pn结不得超过125℃,封装外壳为85℃。有研究表明,元器件温度波动超过±20℃,其失效率会增大8倍。
2.1 散热设计注意事项
(1) 选用耐热性和热稳定性好的元器件和材料,以提高其允许的工作温度;
(2) 减小设备(器件)内部的发热量。为此,应多选用微功耗器件,如低耗损型igbt,并在电路设计中尽量减少发热元器件的数量,同时要优化器件的开关频率以减少发热量;
(3) 采用适当的散热方式与用适当的冷却方法,降低环境温度,加快散热速度。
2.2 排风量计算
在最恶劣环境温度情况下,计算散热器最高温度达到需求时候的最小风速。根据风速按照冗余放大率来确定排风量。排风量的计算公式为:Qf=Q/(Cp•ρ•△T)
式中:
Qf:强迫风冷系统所须提供的风量。
Q:被冷却设备的总热功耗,W。
Cp=1005J/(kg•℃):空气比热,J/(kg•℃)。
ρ=1.11(m3/kg):空气密度,m2/kg。
△T=10℃:进、出口处空气的温差,℃。
根据风量和风压确定风机型号,使得风机工作在效率最高点处,即增加了风机寿命又提高了设备的通风效率。
2.3 风道设计
串联风道是由每个功率模块的散热器上下相对,形成上下对应的风道,其特点由上下多个功率单元形成串联的通路,结构简单,风道垂直使得风阻小;但由于空气从下到上存在依次加热的问题,造成上面的功率单元环境温差小,散热效果差。
并联风道中从每个功率单元的前面进风,对应的进风口并联排列,在后面的风仓中汇总后由风机抽出,同时整个功率柜一般采用冗余的方法,有多个风机并联运行,整体散热效果好,并提高了设备的可靠性。但柜体后面要形成风仓,增大了设备的体积,同时由于各个功率单元后端到风机的距离不同,使得每个功率单元的风流量不一致,是设计的难点。
根据串联风道和并联风道的特点,三环公司高压变频器选择并联风道设计,并形成了独有的结构专利技术。
3 仿真分析
利用仿真软件可以在以上各种不同结构及层次上对系统散热、温度场及内部流体运动状态进行高效、准确、简便的定量分析。
根据仿真结果,对散热结构进行评估、修改,然后再次仿真,直到得到满足要求的结果。通过这种方式,我们对热失效进行了很好控制,从而大大提高了设备的可靠性和稳定性。
举报
收藏 0
打赏 0
评论 0
停送电操作指导书
一、 停送电倒闸操作必须听从调度指挥,并与用户取得联系后方可进行。二、 严格执行“电业安全规程”及“两票”制度执行一人操作,一人监护。三、 送电必须按母线侧刀闸、线路刀闸、油开关顺序操作,停电顺序相反,严禁带负荷拉闸。四、 停电后应立即挂好停电标志牌,严防挂错。五、 停电操作必须戴绝缘手套、穿绝缘鞋,站在绝缘垫上。六、 高压设备均为双回路供电,一回使用一回备用,严格执行双回路送电有

0评论2024-10-0445

DCS控制系统和PLC控制系统的区别
1. DCS是一种“分散式控制系统”,而PLC只是一种(可编程控制器)控制“装置”,两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调,PLC装置只实现本单元所具备的功能。  2. 在网络方面,DCS网络是整个系统的中枢神经,和利时公司的MACS系统中的系统网采用的是双冗余的100Mbps的工业以太网,采用的国际标准协议TCP/IP。它是安全可靠双冗余的高速通讯网络,系统的拓展

0评论2024-10-0467

Modbus以及Modbus Plus有什么区别?
Modbus是一种通讯结构,广泛应用在智能设备之间进行主-从方式通讯。一个Modbus信息桢包括从机地址、功能码、数据区和数据校验码。正因为 Modbus仅仅定义了通讯结构,所以可以使用RS232、RS422和RS485端口,可以使用光纤、无线等媒质实现通讯。而 Modbus Plus则是一种典型的令牌环网,完整定义了通讯协议、网络结构、连接电缆(或者光缆)以及安装工具等方面的性能指标。

0评论2024-10-0435

继电保护安全措施票
近几年的继电保护事故通报中,由于漏拆、误拆有关连线或漏退、误投有关压板,造成运行开关误掉闸的现象时有发生。从各起事故中总结出,大部分原因是未认真执行现场继电保护安全措施票。下面对某发电厂具体执行继电保护安全措施票的情况作一介绍。 1 继电保护安全措施票的格式 继电保护安 全措施票的格式是参照《继电保护和电网安全自动装置现场工作保安规定》中的格式,并稍加改动 而形成,主要在内容格式上和审批格式

0评论2024-10-0430

双电源供电配电图
双电源供电配电图

0评论2024-10-0449

51单片机CPU的内部结构及工作原理
从上图中我们可以看到,在虚线框内的就是CPU的内部结构了,8位的MCS-51单片机的CPU内部有数术逻辑单元ALU(Arithmetic Logic Unit)、累加器A(8位)、寄存器B(8位)、程序状态字PSW(8位)、程序计数器PC(有时也称为指令指针,即IP,16位)、地址寄存器AR(16位)、数据寄存器DR(8位)、指令寄存器IR(8位)、指令译码器ID、控制器等部件组成。1、运

0评论2024-10-0474

电功率计算公式的灵活变通
现有一个碳膜电阻,其额定电功率为P=1W(瓦),额定电阻为R=100Ω(欧);知道这两个数值后需要计算出这个电阻的额定电流I以及额定电压U。解题:我们知道电功率公式是P=UI,现在我们知道电功率和电阻,所以电功率公式要转换一下,转换计算公式为:P=I²R;但是我们需要计算的是电流,所以I²=P/R,然后把I开方就计算出了电流:电流:然后我们代入上面的公式中,I=1/10

0评论2024-10-0492

电功率计算公式的一些转换公式
为了巩固大家对学习点的理解,这里出一道电功率计算题大家一起做做,题目如标题所示:计算额定电压为220V、额定电功率为45瓦(W)的电灯泡和额定电压220V、电功率为200瓦(W)的电灯泡的额定电流以及灯丝电阻。解题上题中已经给出了两个额定量:电压和电功率,我们只要代入电功率计算公式中即可:45瓦灯泡的额定电流:P=UI,那么I=P/U=45/220=0.204(A)45瓦灯泡灯丝电阻

0评论2024-10-0473

二极管的选用原则
二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode),另外,还有早期的真空电子二极管;它是一种具有单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子,这种电子器件按照外加电压的方向,具备单向电流的转导性。一般来讲,晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层,构成自建电场。当外加电压等于零时,由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电

0评论2024-10-0443

学习单片机的捷径
本人从事单片机相关工作多年,首先是从51系列单片机开始学习的。自己想把学习经验写下来,与大家共同探讨学习单片机的捷径。具体如下:1、学习电子技术基础知识,如电路、模拟电路和数字电路。这是学习电类相关专业的基础。2、学习计算机硬件知识,如计算机的简单组成原理(只需要了解),当然要知道CPU是什么?总线是什么?一些相关概念。3、程序编写的相关知识,主要是汇编语言和C语言。了解结构化语言的程序设计

0评论2024-10-0440