ABB DSTD150A

 

　

高压变频器是一种交流电气传动控制设备，它可以通过改变电机的工作频率和电压来控制交流电动机的运行。它主要由整流部分、逆变部分和控制部分组成。最终变频器对输出电压和频率进行调节，从而达到调速和节能的目的。

　　功率单元模块IGBT作为变频器的核心器件，其自身的工作特性使其具有极高的发热特点，在运行过程中约有1.5%左右的有功功率转化为热能，这部分热量会使功率器件内部晶圆的结温持续升高。若不能及时有效的将此部分热量释放到空气中，不仅会降低设备的可靠性，甚至会损坏器件导致设备无法正常运行。在高压变频器小型化及低成本的趋势下，     提升IGBT自身的利用率和需求功率单元的体积越来越小，都使得散热问题更加棘手。在有限的空间内来实现IGBT的有效散热成为高压变频器散热设计的核心。

　　本文通过FloEFD软件对高压变频器功率单元使用的散热器进行仿真分析，并通过实测，验证了FloEFD软件分析电力电子设备散热设计的可行性及可靠度。软件的先前仿真，对于优化散热结构的设计提供了有效的技术方法。

 

2 仿真原理及方案设计

2.1 仿真原理

　　FloEFD是无缝集成于主流三维CAD软件中的高度工程化的通用流体传热分析软件，它基于当今主流CFD软件都广泛采用的有限体积法（FVM）开发，其分析步骤包括数字化CAD模型的简化及建立、局域化及整体的网格划分、边界条件的施加、求解和后处理等。CFD仿真软件的基本思想是将原来在时间域和空间域上连续的物理量，用有限个离散点上的变量值集合来代替，通过一定原则建立起关于这些离散点上场变量间关系的代数方程组，进行求解后获得场变量的近似值。热设计问题本质在于定量描述热现象，高压变频器IGBT功率单元的散热设计可通过湍流模型描述。CFD仿真基本理论为：电力电子设备的散热设计属于不可压缩、常物性、无内热源的三维对流传热问题，结合传热学和流动动力学基本理论，得出描述该问题的微分方程组。

　　任何流动问题都必须满足三大基本方程组，即质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。质量守恒及动量守恒方程是描述粘性流体过程的控制方程，适用于不可压缩粘性流体的层流及湍流流动。

　　对于一个实际换热问题，借助软件实现仿真的前提是获取物理模型参数，如模型外形尺寸、关键器件尺寸、热源尺寸及分布、接触热阻、热管尺寸及热阻、各个材料属性、边界条件的环境参数等。

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