风冷IGBT散热器正交设计及优化研究

基于某工程功率器件的散热需求及散热器尺寸限制要求,拟寻求一种性能较优的散热设计方案。结合散热基本理论,采用自下而上、紧凑型设计为原则,通过正交分析的方式设计并对比了不同结构方案下散热器的基本性能,结果表明:综合考虑散热性能及风机选型风压限制等因素,外形结构尺寸中,散热器长度对散热器风阻及热阻性能的影响最大;散热基板及翅片尺寸也存在优选范围,综合生产制造工艺,散热翅片厚度优选推荐值为2~4 mm;散热器采用引风方式更有利于散热设计,IGBT到出风侧的距离与其相邻间距比值在1~2时散热性能相对较优。优化后的散热器方案对比设计限值,散热性能提升16%且占用体积下降64.43%。

界面热阻对IGBT散热影响的试验研究

基于某型号绝缘栅双极晶体管(IGBT)及其散热器,采用理论与试验相结合的方式,系统分析了IGBT运行损耗产生机理及散热设计基本原理,综合研究了界面状态对IGBT整体散热的影响。结果表明,安装界面是否涂覆导热硅脂,散热器的热阻差值可达25%以上;安装界面涂覆材料的物理特性及尺寸存在优选范围,对其散热存在较大的影响。

特高压换流阀冷却系统配水仿真及试验研究

换流阀阀塔冷却系统配水均匀性是换流阀乃至大电网是否能安全稳定运行的重要影响因素之一。基于某型号换流阀阀塔结构,采用三维仿真计算及试验测试结合的方法,对其冷却系统各支路流量分配情况进行了分析,结果表明:不同进口总流量下,流量分布规律较一致;在设计流量下,各支路流量偏差率及不均匀度可分别控制在5%和3%以内,满足工程使用基本需求;同时,通过对仿真与试验结果进行对比分析,证明了仿真计算方法的准确性,为换流阀等大型水冷式电力一次设备的冷却系统配水问题提供了一种设计验证方法。

三电平模组散热设计及数值分析

综合考虑加工便捷性、均温效果、实用性因素,设计了一款适用于排列分布功率器件的螺旋线型结构散热器。基于三电平半桥模组结构应用场景,结合功率器件损耗、水冷系统常规工程应用条件需求,以及结构加工工艺难度及经济性,以进出水温差、进水流量作为变量,设计了两款散热器流道结构。两款流道均采用均温性强的螺旋线型流道结构,按照器件安装需求,分别拼接并联流道和含S弯道的串并联流道两种结构。通过流阻及温度仿真分析,得到两种方案对应的流道流阻数据及IGBT安装面最高温度、温差数据,根据散热系统设计要求,综合评估判断流道设计方案流量分配合理性。结合散热效果及散热经济性,比较流道流阻及设计裕度,确定在常规水冷工况下散热器流道最优设计方案。研究成果可为螺旋线型水冷散热器的设计提供指导。