svg功率器件散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計

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

2、供電網(wǎng)的電壓不平衡、電壓波動和閃變等問題。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計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>　　中圖分類號：TU318文獻標(biāo)識碼：A文章編號： </p><p><b>　　引言： </b></p><p>　　SVG是當(dāng)今最先進的無功補償裝置，能對動態(tài)無功負荷的功率因數(shù)校正；改善電壓調(diào)整；提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性，阻尼功率振蕩；降低過電壓；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)，同時其結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(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SVG的發(fā)展方向。在拓撲結(jié)構(gòu)相似的情況下，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計將成為SVG生產(chǎn)商提高競爭力的主要因素。國內(nèi)廠商在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的研究與在電力電子應(yīng)用、控制策略、主電路拓撲結(jié)構(gòu)等方面的研究，相比之下，前者比后者相對滯后。雖然各廠家也致力于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，但未引起足夠重視，缺乏相關(guān)的理論研究。針對這種

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

8、</p><p>　　SVG(靜止無功發(fā)生器)又稱靜止同步補償器（STATCOM/DSTATCOM），SVG的基本原理就是將自換相的橋式電路通過電抗器并聯(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)出滿足要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康摹?</p><p>　　由于SVG通過電力半導(dǎo)體開關(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，就像一個電壓型逆變器，只不過其交流側(cè)輸出接的不是無源負載，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與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源。它通過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 </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)計來展開介紹。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25℃，封裝外殼不得超過85℃。有研究表明，當(dāng)元器件的溫度波動超過±20℃的時候，其失效率會增加8 倍。所以功率器件的散熱設(shè)計關(guān)乎到整個設(shè)備的運行安全。 </p><p>　　2).以下以650A功率單元的散熱設(shè)計為例： </p>

11、<p>　　功率模塊單元的發(fā)熱量計算：IGBT損耗包括通態(tài)損耗和開關(guān)損耗。根據(jù)IGBT廠家提供的損耗計算軟件以及人工公式計算綜合比較得出單個模塊損耗約為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

12、風(fēng)風(fēng)速以3.5m/s;4m/s;4.5m/s; 5m/s 為輸入條件進行了風(fēng)洞試驗。測試數(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)速情況下均能滿足運行要求。 </p><p>　　根據(jù)以上功率單元的散熱要求來進行柜體的整體散熱設(shè)計。功率單元柜包含了36個功率單元即每相為12級串聯(lián)方式。我司柜體均采用的是抽風(fēng)的方式對功率模塊的散熱器進行散熱

13、，常用的幾種柜體結(jié)構(gòu)方式分別為前進風(fēng)頂部出風(fēng)；后進風(fēng)頂部出風(fēng)以及前后進風(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)機整體抽風(fēng)的方式。整個650A功率模塊柜分為6個小柜體，每個小柜安裝6個功率單元，每個小柜都做到結(jié)構(gòu)一致可以完全互換。而每個小柜的散熱風(fēng)機選擇則是根據(jù)功率模塊

14、散熱的風(fēng)量要求以及散熱器的壓降情況，同時結(jié)合柜體整體風(fēng)壓損失整體考慮選擇風(fēng)機?？紤]到長期穩(wěn)定運行我司最后選擇了德國進口施樂百風(fēng)機（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)果與我司實際的測試情況，每個功率模塊的進風(fēng)風(fēng)

15、速均能達到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）通過實驗驗證該650A功率模塊散熱完全滿足要求，能保證長期穩(wěn)定運行。 </p><p><b>　　結(jié)語： </b></p><p>　　SVG功率器件散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計主要從功率器件即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，強迫風(fēng)冷