מחקר על ביצועי פיזור חום של ממיר כוח רוח IGBT

       ממירי כוח רוח מועדים לתופעות קיצוניות של טמפרטורות גבוהות ונמוכות, ושטח ההתקנה מוגבל ביותר. אופן פיזור חום עבור מודולי IGBT בתדר גבוה וזרם גבוה בחלל מוגבל הפך למפתח לתכנון פיזור החום של ממירי כוח רוח. כיום, שיטות פיזור החום המיושמות על מודולי ה-IGBT של ממירי כוח רוח כוללות בעיקר קירור אוויר מאולץ וקירור מים. על מנת לגרום למודול ה-IGBT לעבוד כרגיל, עליו להיות מתוכנן לפיזור חום כדי להבטיח שטמפרטורת הפעולה של מודול ה-IGBT נמצאת בטמפרטורת הצומת המקסימלית המותרת.
מכוונים לדרישות פיזור החום של מודולי IGBT המשתמשים בקירור אוויר מאולץ, מוצגת שיטת חישוב אובדן מעשית. תוצאות חישוב האובדן של IGBT בתנאי עבודה שונים מוחלפים בתוכנת הפלותר'ם, ומודלים של סימולציה תרמית של רדיאטורים רגילים ורדיאטורים של צינורות חום משמשים לשניהם. בוצעו סימולציה וניתוח השוואתי של רדיאטורים שונים. לאחר מכן, ביצועי פיזור החום של שני הרדיאטורים של מוצר הממיר מחושבים על ידי רשת ההתנגדות התרמית המקבילה של שני מודולים מקבילים. החלפת הערך לעיל בנוסחה (6), מתקבל K/W. בהתבסס על ההתנגדות התרמית המחושבת של הרדיאטור, בחר את הרדיאטור המתאים.
צורת גופי הקירור כוללת בדרך כלל רדיאטור רגיל, גוף קירור מקורר מים וגוף קירור צינור חום. צינור האוויר של צד מכונת הממיר או צד הרשת A, B, C תלת פאזי IGBT מודולים מנהלים פיזור חום מרכזי. עבור עיצובים של גוף קירור מאולץ, ישנן מספר דרכים להפחית את ההתנגדות התרמית של גוף הקירור עצמו. חוקרים רבים בסין חקרו את השפעתם של פרמטרים כמו גובה סנפיר רדיאטור, עובי וצפיפות על ההתנגדות התרמית של רדיאטורים, ולא יחזרו עליהם כאן. שיטה נוספת הנהוגה בהנדסה כדי לשפר משמעותית את יכולת פיזור החום של הרדיאטור היא הטמעת צינורות חום במצע הרדיאטור, אך הבעיה היא שהעלות עולה. כאן, גם צד המכונה וגם צד הרשת של הממיר מאמצים את שיטת SVPWM. בניסוי, ה-NTC המשולב הפנימי משמש לאיסוף נתוני עליית הטמפרטורה של המודול, וניתן לחשב את טמפרטורת הצומת על ידי הנוסחה הבאה: מנתוני הניסוי של הרדיאטור, ניתן לראות שכאשר הזרם קטן , צריכת החשמל הכוללת קטנה, וההבדל בביצועי פיזור החום בין שני הרדיאטורים אינו גדול. ב-450A, עליית הטמפרטורה של מודול ה-IGBT משתנה בכ-10 רגל.

ניתוח הסימולציה בוצע בתנאי שמהירות הרוח בכניסת האוויר של המודול היא 7m/s, והזרם של המודול הוא מ-100A עד 500A. טבלה 1 מציגה את נתוני ההשוואה של טמפרטורת הצומת של השבב הניסיוני של רדיאטור צינור החום וטמפרטורת הצומת של השבב המדומה. ניתן לראות כי נתוני הניסוי תואמים היטב את תוצאות הסימולציה, ותוכנת הסימולציה יכולה לדמות במדויק את טמפרטורת הצומת של השבב.
b הוא ההשוואה של תוצאות הסימולציה של טמפרטורת צומת השבב בתנאי מהירות רוח משתנים באותו זרם מודול ואובדן מודול. ניתן לראות שככל שמהירות הרוח עולה, טמפרטורת צומת השבב יורדת. בתנאי זרם גבוהים, ככל שמהירות הרוח גבוהה יותר, כך טמפרטורת השבב יורדת בגדול.
ניתוח נתוני סימולציה זרם/א טמפרטורת צומת שבב ניסיוני/t טמפרטורת צומת שבב סימולציה מחדש שגיאה/(א) עליית טמפרטורת מודול ניסוי ניסוי וצורת גל סימולציה 5 מסקנות שיטה מעשית לחישוב אובדן מודול IGBT מוצגת כאן עבור שיטת ממירי כוח רוח, וכן לייבא את תוצאות חישוב ההפסד לתוכנת Flothem. באמצעות השוואת ניתוח סימולציה ונתוני בדיקות ניסויים, הושווה ונותח ההבדל בביצועי פיזור החום של שני הרדיאטורים, ואומתה נכונות החישוב התיאורטי ומודל הסימולציה. במקביל, ניתנת עקומת סימולציית ביצועי פיזור החום של הרדיאטור בתנאי נפח אוויר משתנה, המספקת התייחסות חשובה לבחירת הרדיאטור IGBT של ממיר כוח הרוח.