Tuulivoimamuuntimen IGBT:n lämmönpoiston suorituskyvyn tutkimus
Tuulivoimamuuntimet ovat alttiita äärimmäisen korkeille ja matalille lämpötiloille, ja asennustila on erittäin rajallinen. Lämmön hajauttamisesta suurtaajuisia, suurvirtaisia IGBT-moduuleja varten rajoitetussa tilassa on tullut avain tuulivoimamuuntajien lämmönpoistosuunnitteluun. Tuulivoimamuuntajien IGBT-moduuleissa tällä hetkellä sovellettavia lämmönpoistomenetelmiä ovat pääasiassa pakko-ilmajäähdytys ja vesijäähdytys. Jotta IGBT-moduuli toimisi normaalisti, se on suunniteltava lämmönpoistoon, jotta varmistetaan, että IGBT-moduulin käyttölämpötila on sallitun maksimiliitoslämpötilan sisällä.
Tavoitteena pakotettua ilmajäähdytystä käyttävien IGBT-moduulien lämmönpoistovaatimuksia, esitellään käytännön häviölaskentamenetelmä. IGBT-häviölaskelman tulokset erilaisissa käyttöolosuhteissa korvataan flotherm-ohjelmistolla, ja molemmissa käytetään tavallisten patterien ja lämpöputkipatterien lämpösimulaatiomalleja. Eri pattereiden simulointi ja vertaileva analyysi suoritettiin. Myöhemmin muuntajatuotteen kahden lämpöpatterin lämmönpoistokyky lasketaan kahden rinnakkaisen moduulin vastaavalla lämpövastusverkolla. Korvaamalla yllä oleva arvo kaavaan (6), saadaan K/W. Valitse jäähdyttimen lasketun lämpövastuksen perusteella vastaava patteri.
Jäähdytyslevyjen muoto sisältää yleensä tavallisen patterin, vesijäähdytteisen jäähdytyselementin ja lämpöputkijäähdytyselementin. Konvertterin konepuolen tai verkkopuolen A, B, C kolmivaiheisten IGBT-moduulien ilmakanava johtaa keskitetysti lämmönpoistoa. Pakkoilmajäähdytyselementtimalleissa on useita tapoja vähentää jäähdytyselementin omaa lämpövastusta. Monet kiinalaiset tutkijat ovat tutkineet parametrien, kuten jäähdyttimen evän korkeuden, paksuuden ja tiheyden, vaikutusta patterien lämmönvastukseen, eivätkä toista niitä tässä. Toinen tekniikassa yleisesti käytetty menetelmä patterin lämmönpoistokapasiteetin parantamiseksi merkittävästi on upottaa lämpöputkia patterin alustaan, mutta ongelmana on kustannusten nousu. Tässä sekä muuntimen kone- että verkkopuoli ottavat käyttöön SVPWM-menetelmän. Kokeessa sisäisellä integroidulla NTC:llä kerätään moduulin lämpötilan nousutiedot ja liitoslämpötila voidaan laskea seuraavalla kaavalla: Patterin kokeellisista tiedoista voidaan nähdä, että kun virta on pieni , kokonaisvirrankulutus on pieni, ja ero lämmönpoistosuorituskyvyssä kahden patterin välillä ei ole suuri. 450 A:lla IGBT-moduulin lämpötilan nousu vaihtelee noin 10 jalkaa.
Simulaatioanalyysi suoritettiin sillä ehdolla, että tuulen nopeus moduulin ilmanottoaukossa on 7m/s ja moduulin virta on 100A - 500A. Taulukossa 1 on esitetty vertailutiedot lämpöputkipatterin kokeellisen sirun liitoslämpötilasta ja simuloidun sirun liitoslämpötilasta. Voidaan nähdä, että kokeelliset tiedot ovat hyvin sopusoinnussa simulaatiotulosten kanssa ja simulointiohjelmisto pystyy simuloimaan tarkasti sirun liitoslämpötilan.
b on sirun liitoslämpötilan simulointitulosten vertailu vaihtelevan tuulen nopeuden olosuhteissa samalla moduulivirralla ja samalla moduulihäviöllä. Voidaan nähdä, että tuulen nopeuden kasvaessa hakeliitoksen lämpötila laskee. Korkeissa virtausolosuhteissa mitä suurempi tuulen nopeus, sitä suurempi on lastun lämpötilan pudotus.
Simulaatiodatan analyysi Virta/A Kokeellinen siruliitoksen lämpötila/t Simulointisirun liitoksen lämpötila revirhe/(a) Moduulin lämpötilan nousu Kokeellinen koe ja simulointiaaltomuoto 5 Johtopäätökset Tässä esitellään käytännöllinen menetelmä IGBT-moduulihäviön laskemiseksi tuulivoimanmuuntimien menetelmälle, ja tuo tappiolaskelman tulokset Flothem-ohjelmistoon. Simulaatioanalyysin ja kokeellisen testiaineiston vertailun avulla verrattiin ja analysoitiin eroa kahden säteilijän lämmönpoistotehossa sekä varmistettiin teoreettisen laskenta- ja simulointimallin oikeellisuus. Samalla annetaan patterin lämmönpoistosuorituskyvyn simulaatiokäyrä muuttuvan ilmamäärän olosuhteissa, mikä on tärkeä referenssi tuulivoimanmuuntimen IGBT-säteilijän valinnassa.
