svg功率器件散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p>　　SVG功率器件散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：隨著現(xiàn)代電力電子設(shè)備等非線性負(fù)荷大量接入電網(wǎng)，使電網(wǎng)供電質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。其中，各種電力電子開(kāi)關(guān)器件的大量應(yīng)用和負(fù)載的頻繁波動(dòng)是最主要的干擾源，導(dǎo)致了一系列不良影響。無(wú)功功率的存在，使得電力輸電系統(tǒng)和重工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域面臨著各種各樣的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。電力輸配電面臨電壓波動(dòng)、低功率因數(shù)以及電壓失穩(wěn)等問(wèn)題；重工業(yè)應(yīng)用，特別是快速、沖擊性負(fù)載，可能導(dǎo)致

2、供電網(wǎng)的電壓不平衡、電壓波動(dòng)和閃變等問(wèn)題。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)SVG </p><p>　　Abstract: with the modern power electronic equipment nonlinear load power grid of access, make the power supply quality have been affected

3、. Among them, the of all kinds of power electronic switching device application and load of the frequent volatility is the most main interference sources, led to a series of adverse effects. Reactive power and allows for

4、 the existence of electric power transmission system and heavy industry application fields faced all kinds of problems and challenges. Electri</p><p>　　Keywords: heat dissipation structure design SVG </p&

5、gt;<p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： </p><p><b>　　引言： </b></p><p>　　SVG是當(dāng)今最先進(jìn)的無(wú)功補(bǔ)償裝置，能對(duì)動(dòng)態(tài)無(wú)功負(fù)荷的功率因數(shù)校正；改善電壓調(diào)整；提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，阻尼功率振蕩；降低過(guò)電壓；減少電壓閃爍；減少電壓和電流的不平衡。 </p><p>　

6、　SVG裝置作為電力電子綜合應(yīng)用的大型設(shè)備，擁有復(fù)雜的電氣、電子、控制系統(tǒng)，同時(shí)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接影響設(shè)備性能的好壞。大功率、小型化、輕型化是未來(lái)SVG的發(fā)展方向。在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相似的情況下，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將成為SVG生產(chǎn)商提高競(jìng)爭(zhēng)力的主要因素。國(guó)內(nèi)廠商在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的研究與在電力電子應(yīng)用、控制策略、主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方面的研究，相比之下，前者比后者相對(duì)滯后。雖然各廠家也致力于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，但未引起足夠重視，缺乏相關(guān)的理論研究。針對(duì)這種

7、現(xiàn)狀，論文著重介紹了SVG功率器件的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常規(guī)思路和案例介紹。 </p><p>　　論文以SVG結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例為主線，首先介紹了SVG的一次工作原理以及主要器件； </p><p>　　接著對(duì)SVG主要發(fā)熱器件的功率模塊部分通過(guò)軟件進(jìn)行熱分析及損耗的確定；最后對(duì)SVG的功率單元部分的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟和方法進(jìn)行介紹。 </p><p>　　一、SVG工作原理

8、</p><p>　　SVG(靜止無(wú)功發(fā)生器)又稱(chēng)靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM/DSTATCOM），SVG的基本原理就是將自換相的橋式電路通過(guò)電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或直接控制其交流側(cè)電流，就可以使該電路吸收或發(fā)出滿(mǎn)足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹?</p><p>　　由于SVG通過(guò)電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同

9、頻率的輸出電壓，就像一個(gè)電壓型逆變器，只不過(guò)其交流側(cè)輸出接的不是無(wú)源負(fù)載，而是電網(wǎng)。因此SVG可以等效地被視為幅值和相位均可以控制的一個(gè)與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源。它通過(guò)交流電抗器接到電網(wǎng)上。 </p><p>　　SVG一次工作原理圖 </p><p>　　二、熱分析和散熱設(shè)計(jì) </p><p>　　1).SVG的發(fā)熱部件主要是兩部分： </p>&l

10、t;p>　　一是連接電抗器，二是功率單元模塊。本次文章主要就功率模塊部分的散熱設(shè)計(jì)來(lái)展開(kāi)介紹。IGBT是功率單元模塊的主要發(fā)熱器件，通常其PN 結(jié)不得超過(guò)25℃，封裝外殼不得超過(guò)85℃。有研究表明，當(dāng)元器件的溫度波動(dòng)超過(guò)±20℃的時(shí)候，其失效率會(huì)增加8 倍。所以功率器件的散熱設(shè)計(jì)關(guān)乎到整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行安全。 </p><p>　　2).以下以650A功率單元的散熱設(shè)計(jì)為例： </p>

11、<p>　　功率模塊單元的發(fā)熱量計(jì)算：IGBT損耗包括通態(tài)損耗和開(kāi)關(guān)損耗。根據(jù)IGBT廠家提供的損耗計(jì)算軟件以及人工公式計(jì)算綜合比較得出單個(gè)模塊損耗約為3.3Kw。受結(jié)構(gòu)尺寸要求散熱器尺寸不能超過(guò)265mmx285mmx110mm，這樣的尺寸要求散熱器如果還是采用常規(guī)的工藝是很難滿(mǎn)足散熱要求的。為提高散散熱器的均溫性以及整體的散熱效率，散熱器設(shè)計(jì)如下圖在散熱器的基板上埋設(shè)了12根熱管。按散熱器表面模仿提供恒定2.8Kw熱源，進(jìn)

12、風(fēng)風(fēng)速以3.5m/s;4m/s;4.5m/s; 5m/s 為輸入條件進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)。測(cè)試數(shù)據(jù)如下： </p><p>　　按環(huán)境溫度為40℃，IGBT允許最高殼溫85℃所以以上三種風(fēng)速情況下均能滿(mǎn)足運(yùn)行要求。 </p><p>　　根據(jù)以上功率單元的散熱要求來(lái)進(jìn)行柜體的整體散熱設(shè)計(jì)。功率單元柜包含了36個(gè)功率單元即每相為12級(jí)串聯(lián)方式。我司柜體均采用的是抽風(fēng)的方式對(duì)功率模塊的散熱器進(jìn)行散熱

13、，常用的幾種柜體結(jié)構(gòu)方式分別為前進(jìn)風(fēng)頂部出風(fēng)；后進(jìn)風(fēng)頂部出風(fēng)以及前后進(jìn)風(fēng)柜頂出風(fēng)的方式。 </p><p>　　而此次650A功率單元考慮到總體空間尺寸的要求柜體采用了結(jié)構(gòu)更緊湊的前、后進(jìn)風(fēng)方式，即柜前柜后均安裝功率單元模塊而在柜體的中部形成風(fēng)腔，柜頂安裝風(fēng)機(jī)整體抽風(fēng)的方式。整個(gè)650A功率模塊柜分為6個(gè)小柜體，每個(gè)小柜安裝6個(gè)功率單元，每個(gè)小柜都做到結(jié)構(gòu)一致可以完全互換。而每個(gè)小柜的散熱風(fēng)機(jī)選擇則是根據(jù)功率模塊

14、散熱的風(fēng)量要求以及散熱器的壓降情況，同時(shí)結(jié)合柜體整體風(fēng)壓損失整體考慮選擇風(fēng)機(jī)?？紤]到長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行我司最后選擇了德國(guó)進(jìn)口施樂(lè)百風(fēng)機(jī)（RH50E-4DK.6K.1R.1R）具體建模及仿真結(jié)果如下圖： </p><p>　　柜體截面各處風(fēng)速情況仿真 </p><p>　　柜體截面各處風(fēng)壓情況仿真 </p><p>　　結(jié)合仿真結(jié)果與我司實(shí)際的測(cè)試情況，每個(gè)功率模塊的進(jìn)風(fēng)風(fēng)

15、速均能達(dá)到5.0m/s以上，略低于軟件的仿真結(jié)果。（這與柜體的裝配工藝導(dǎo)致的柜體漏風(fēng)情況有很大關(guān)系）通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該650A功率模塊散熱完全滿(mǎn)足要求，能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。 </p><p><b>　　結(jié)語(yǔ)： </b></p><p>　　SVG功率器件散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要從功率器件即IGBT的損耗著手，然后根據(jù)發(fā)熱器件的熱流密度情況選擇散熱方式（常規(guī)的有自然冷卻，強(qiáng)迫風(fēng)冷