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礦用無(wú)刷直流電機(jī)控制器散熱裝置設(shè)計(jì)原則礦用無(wú)刷直流電機(jī)控制器散熱裝置采用三相矩形波電流控制永磁電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng),是一種電流逆變器�?刂破饔梢唤MIGBT模塊、電流傳感器、銅排、電容、溫度開(kāi)關(guān)、阻容吸收器件、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊、核心控制板組成,整體封閉在金屬外殼內(nèi),主要發(fā)熱部件為IGBT模塊,散熱設(shè)計(jì)難度較大。為了提高設(shè)計(jì)效率和減少反復(fù)試驗(yàn)的工作量,采用了熱計(jì)算、仿真和試驗(yàn)對(duì)比相結(jié)合的方法。 1.IGBT熱功率和最高溫度計(jì)算
IGBT驅(qū)動(dòng)三相永磁無(wú)刷直流電機(jī),流過(guò)電流在理想狀態(tài)下是峰值為60°角的梯形波,實(shí)際運(yùn)行中受電機(jī)電感影響和電容容量限制,波峰有兩個(gè)較大的尖峰,如圖1所示。為計(jì)算方便,IGBT流過(guò)的電流簡(jiǎn)化為額定狀況下為標(biāo)準(zhǔn)的梯形波。控制器輸出峰值電流530 A,經(jīng)積分計(jì)算出有效電流約為350A。
在此使用英飛凌IPOSIM工具,計(jì)算使用3個(gè)FF600R06ME3器件、三相兩電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、方波驅(qū)動(dòng)方案IGBT損耗和熱參數(shù)。在環(huán)境溫度40℃,散熱熱阻0.27K/W時(shí),IGBT穩(wěn)態(tài)溫度最高為118.6℃,1個(gè)IGBT損耗功率為206.4W,3個(gè)IGBT為619.2W。
2.電控箱熱傳導(dǎo)和對(duì)流散熱仿真
IGBT組件安裝在一塊雙面拋光的20 mm厚鋁板上,利用鋁導(dǎo)熱率高、熱容性大的特點(diǎn),盡量把IGBT熱傳導(dǎo)出IGBT本體以外。由于電控箱防爆結(jié)構(gòu)的要求,必須使用鋼板制作防爆外殼,因此鋁板最終安裝到拋光的電控箱內(nèi)背部鋼板上,鋼板外部加散熱筋加強(qiáng)散熱效果。散熱過(guò)程是IGBT熱量傳導(dǎo)到鋁板、鋁板傳導(dǎo)到鋼板、鋼板傳導(dǎo)到散熱筋、散熱筋和外部空氣對(duì)流換熱。
使用Flotherm軟件簡(jiǎn)化建模,鋁板導(dǎo)熱系數(shù)取237 W/mK,鋼板導(dǎo)熱系數(shù)取51.9 W/mK,忽略導(dǎo)熱硅脂等輔助材料影響,根據(jù)平板導(dǎo)熱原理
模型中,IGBT及其安裝鋁板布置在電控箱后板上,無(wú)反電控箱被隔板分割為主腔和接線腔兩個(gè)獨(dú)立的部分,散熱片貼在后板外部。由于煤礦井下環(huán)境溫度相對(duì)穩(wěn)定,假設(shè)環(huán)境溫度最高為30℃。根據(jù)空氣自然散熱需要保證散熱片間有相對(duì)較大的空氣對(duì)流間隙,基板厚度選為10 mm,散熱片采用間距20 mm,高100 mm的碳鋼散熱片。通過(guò)仿真,IGBT組件通過(guò)散熱筋和電控箱體鋼板自然散熱,IGBT最高溫度溫度74.9℃,小于設(shè)計(jì)值118.6℃,電控箱可以正常運(yùn)行。
通過(guò)和另外一種128 V,750 A電控箱的實(shí)際散熱試驗(yàn)對(duì)比,該散熱模型溫度合理。通過(guò)計(jì)算、仿真和試驗(yàn)相結(jié)合的方法,提高了電控箱設(shè)計(jì)速度,節(jié)約了設(shè)計(jì)經(jīng)費(fèi),對(duì)其他電控箱的熱設(shè)計(jì)和分析具有參考意義。
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