基于熱仿真的低壓變頻器的設計及研究.pdf

1、低壓變頻器在我國運用非常廣泛，而因其體積小，熱流密度高，散熱空間有限，導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，并要求把積聚在產品狹小空間內的熱量有效地散發(fā)出去，因此對變頻器的散熱設計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，通過三維結構建模、數(shù)學建模、熱仿真模擬、工程實驗等手段和方法對變頻器的散熱結構展開了研究。<

2、br>　　本研究主要內容包括：⑴利用傳熱學的理論基礎，建立了變頻器系統(tǒng)散熱的數(shù)學模型，對其熱傳遞過程和散熱方式進行了分析，得出了自然對流和強迫空氣對流兩種不同冷卻方式的散熱結構設計的方法。并根據(jù)散熱器的熱阻計算方法，對散熱器進行了詳細的結構設計。⑵對11KW的低壓變頻器展開了詳細的熱設計，包括風機的選型和安裝方式、功率元器件的布局及整體的散熱結構設計，采用新型的風道設計，將主要發(fā)熱源和PCB板隔離開來，以提高設備的可靠性和壽命。并利用U

3、G軟件對變頻器的散熱結構構建了三維物理模型。⑶根據(jù)變頻器的散熱結構方案，利用Icepak軟件構建熱仿真模型，用以分析變頻器的散熱結構對系統(tǒng)整機散熱方面的影響。通過有限元仿真模擬得出變頻器功率元器件的熱點溫度；通過 Icepak軟件的后處理功能，觀察變頻器內部的風場分布情況、流速矢量圖和溫度云圖，據(jù)此來指導和優(yōu)化變頻器的散熱結構設計，最終熱仿真結果表明變頻器在50度的高環(huán)境溫度下，其內部電抗器的溫度為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。⑷對優(yōu)化后的變頻器最終散熱方案制作工程樣機，按照設計要求在50度的環(huán)境溫度下對樣機進行熱測試，并通過熱電偶和溫度記錄儀來實時監(jiān)測變頻器的功率器件在實際工作狀態(tài)下的溫度數(shù)值。根據(jù)熱測試的結果，變頻器功率元器件的實際溫度測量值（電抗器：114.8℃、散熱器：79.4℃、DC link電容：70.3℃）和熱仿真的結果（電抗器：113.8℃、散熱