风电变流器IGBT散热性能研究

人间大圣人

　　风电变流器容易出现极端高、低温现象，安装空间极其有限，如何在有限空间内对高频、大电流的IGBT模块进行散热成为风电变流器散热设计的关键。目前，应用于风电变流器IGBT模块的散热方式主要包括强迫风冷及水冷。为了使IGBT模块正常工作，需要对其进行散热设计，以保证IGBT模块工作温度在可容许最大结温以内。
　　针对采用强迫风冷散热的IGBT模块散热要求，介绍了一种实用的损耗计算方法，将不同工况下的IGBT损耗计算结果代入flotherm软件，建立定稿日期：2014-03-06向电力电子与电力传动，新能源发电。了普通散热器和热管散热器的热仿真模型，对两种散热器进行了仿真对比分析。最后对变流器产品两种散热器的散热性能进行了两并联模块的等效热阻网络将上述取值代入式（6），得K/W，依据计算得出的散热器热阻，选用对应的散热器。
　　散热器的形式一般有普通散热器、水冷散热器和热管散热器'的风道对变流器机侧或网侧的A，B，C三相IGBT模块进行集中散热。对于强迫风冷的散热器设计，有多种途径可降低散热器自身热阻。国内已有不少学者研究了散热器翅片高度、厚度及密度等参数对散热器热阻的影响，在此不再赘述。工程上常用另一种显著提升散热器散热能力的方法，即在散热器基板中内嵌热管，但带来的问题是成本的增加。这里通过，变流器机侧、网侧均采用SVPWM方式，实验中通过内部集成NTC采集模块温升数据，可由下式推算出结温为：机侧直流侧网侧实验系统框图a为两款散热器实验数据，可见电流较小时，总功耗较小，两款散热器散热性能差距不大，随着输出电流变大，变大，两款散热器散热性能出现明显差距，两款散热器在450A时IGBT模块温升相差10丈左右。
　　在模块进风口风速为7m/s，模块电流从100A至500A工况下进行了仿真分析。表1为热管散热器实验芯片结温与仿真芯片结温的对比数据，可见实验数据与仿真结果较吻合，仿真软件可较准确地模拟芯片结温。
　　b为在相同模块电流，同等模块损耗的状况下，变风速工况下芯片结温的仿真结果对比，可见，风速增加，芯片结温降低，大电流条件下，风速越高，芯片降温幅度越大。
　　表1实验及仿真数据分析电流/A实验芯片结温/t仿真芯片结温re误差/%（a）模块温升实验实验和仿真波形5结论此处针对风电变流器介绍了一种实用的计算IGBT模块损耗的方法，并将损耗计算结果导入flothem软件中。通过仿真分析与实验测试数据比较，对比分析了两款散热器散热性能差异，验证了理论计算与仿真模型的正确性。同时给出了在变风量工况下散热器散热性能仿真曲线，为风电变流器IGBT散热器的选型提供了重要的。