Pesquisa sobre desempenho de dissipação de calor do conversor de energia eólica IGBT

       Os conversores de energia eólica são propensos a fenômenos de temperaturas extremamente altas e baixas e o espaço de instalação é extremamente limitado. Como dissipar o calor para módulos IGBT de alta frequência e alta corrente em um espaço limitado tornou-se a chave para o projeto de dissipação de calor dos conversores de energia eólica. Atualmente, os métodos de dissipação de calor aplicados aos módulos IGBT dos conversores de energia eólica incluem principalmente resfriamento por ar forçado e resfriamento por água. Para fazer o módulo IGBT funcionar normalmente, ele precisa ser projetado para dissipação de calor para garantir que a temperatura operacional do módulo IGBT esteja dentro da temperatura máxima permitida de junção.
Visando os requisitos de dissipação de calor dos módulos IGBT que utilizam resfriamento por ar forçado, é introduzido um método prático de cálculo de perdas. Os resultados do cálculo de perda IGBT sob diferentes condições de trabalho são substituídos no software flotherm, e os modelos de simulação térmica de radiadores comuns e radiadores de tubo de calor são usados ​​para os dois. A simulação e análise comparativa de diferentes radiadores foram realizadas. Posteriormente, o desempenho de dissipação de calor dos dois radiadores do produto conversor é calculado pela rede de resistência térmica equivalente de dois módulos paralelos. Substituindo o valor acima na fórmula (6), obtém-se K/W. Com base na resistência térmica calculada do radiador, selecione o radiador correspondente.
A forma dos dissipadores de calor geralmente inclui radiador comum, dissipador de calor resfriado a água e dissipador de calor com tubo de calor. O duto de ar do lado da máquina conversora ou dos módulos IGBT trifásicos A, B, C do lado da rede conduz a dissipação de calor centralizada. Para projetos de dissipadores de calor com ar forçado, existem várias maneiras de reduzir a resistência térmica do próprio dissipador de calor. Muitos estudiosos na China estudaram a influência de parâmetros como altura, espessura e densidade das aletas do radiador na resistência térmica dos radiadores e não os repetirão aqui. Outro método comumente usado em engenharia para melhorar significativamente a capacidade de dissipação de calor do radiador é incorporar tubos de calor no substrato do radiador, mas o problema é que o custo aumenta. Aqui, tanto o lado da máquina quanto o lado da rede do conversor adotam o método SVPWM. No experimento, o NTC integrado interno é usado para coletar os dados de aumento de temperatura do módulo, e a temperatura da junção pode ser calculada pela seguinte fórmula: A partir dos dados experimentais do radiador, pode-se observar que quando a corrente é pequena , o consumo total de energia é pequeno e a diferença no desempenho de dissipação de calor entre os dois radiadores não é grande. Em 450A, o aumento de temperatura do módulo IGBT varia em cerca de 3 metros.

A análise da simulação foi realizada sob a condição de que a velocidade do vento na entrada de ar do módulo seja de 7m/s e a corrente do módulo seja de 100A a 500A. A Tabela 1 mostra os dados de comparação da temperatura de junção do chip experimental do radiador do tubo de calor e a temperatura de junção do chip simulado. Pode-se observar que os dados experimentais estão de acordo com os resultados da simulação, e o software de simulação pode simular com precisão a temperatura da junção do chip.
b é a comparação dos resultados da simulação da temperatura da junção do chip sob condições variáveis ​​de velocidade do vento sob a mesma corrente de módulo e a mesma perda de módulo. Pode-se observar que à medida que a velocidade do vento aumenta, a temperatura da junção do chip diminui. Sob condições de alta corrente, quanto maior a velocidade do vento, maior será a queda de temperatura do chip.
Análise de dados de simulação Corrente/A Temperatura experimental da junção do chip/t Temperatura da junção do chip de simulação re erro/(a) Aumento da temperatura do módulo Experimento experimental e forma de onda de simulação 5 Conclusões Um método prático para calcular a perda do módulo IGBT é apresentado aqui para o método de conversores de energia eólica, e importe os resultados do cálculo de perdas para o software Flothem. Através da comparação da análise de simulação e dos dados de testes experimentais, a diferença no desempenho de dissipação de calor dos dois radiadores foi comparada e analisada, e a exatidão do cálculo teórico e do modelo de simulação foi verificada. Ao mesmo tempo, é fornecida a curva de simulação do desempenho de dissipação de calor do radiador sob a condição de volume de ar variável, o que fornece uma referência importante para a seleção do radiador IGBT do conversor de energia eólica.