Badania wydajności odprowadzania ciepła przez przetwornicę wiatrową IGBT

       Przetwornice wiatrowe są podatne na zjawiska ekstremalnie wysokich i niskich temperatur, a przestrzeń instalacyjna jest niezwykle ograniczona. Sposób rozpraszania ciepła w wysokoczęstotliwościowych, wysokoprądowych modułach IGBT w ograniczonej przestrzeni stał się kluczem do projektowania rozpraszania ciepła przez konwertery energii wiatrowej. Obecnie metody odprowadzania ciepła stosowane w modułach IGBT konwerterów energii wiatrowej obejmują głównie wymuszone chłodzenie powietrzem i chłodzenie wodą. Aby moduł IGBT działał normalnie, musi być zaprojektowany tak, aby odprowadzał ciepło, aby zapewnić, że temperatura robocza modułu IGBT mieści się w dopuszczalnej maksymalnej temperaturze złącza.
Mając na celu spełnienie wymagań dotyczących rozpraszania ciepła przez moduły IGBT przy użyciu wymuszonego chłodzenia powietrzem, wprowadzono praktyczną metodę obliczania strat. Wyniki obliczeń strat IGBT w różnych warunkach pracy są zastępowane w oprogramowaniu flotherm i dla obu wykorzystuje się modele symulacji termicznej zwykłych grzejników i grzejników z rurkami cieplnymi. Przeprowadzono symulację i analizę porównawczą różnych grzejników. Następnie wydajność rozpraszania ciepła przez dwa grzejniki konwertera obliczana jest na podstawie równoważnej sieci oporu cieplnego dwóch równoległych modułów. Podstawiając powyższą wartość do wzoru (6) otrzymuje się K/W. Na podstawie obliczonego oporu cieplnego grzejnika dobierz odpowiedni grzejnik.
Radiatory zazwyczaj obejmują zwykły grzejnik, radiator chłodzony wodą i radiator z rurką cieplną. Kanał powietrzny po stronie maszyny przekształtnikowej lub po stronie sieci Trójfazowe moduły IGBT A, B, C przewodzą scentralizowane odprowadzanie ciepła. W przypadku konstrukcji radiatorów z wymuszonym obiegiem powietrza istnieje kilka sposobów zmniejszenia własnego oporu cieplnego radiatora. Wielu uczonych w Chinach badało wpływ parametrów takich jak wysokość, grubość i gęstość żeberek chłodnicy na opór cieplny grzejników i nie będzie ich tutaj powtarzać. Inną metodą powszechnie stosowaną w inżynierii w celu znacznej poprawy zdolności odprowadzania ciepła przez grzejnik jest osadzenie rurek cieplnych w podłożu grzejnika, ale problem polega na tym, że koszty wzrastają. W tym przypadku zarówno strona maszyny, jak i strona sieci konwertera przyjmują metodę SVPWM. W eksperymencie wewnętrzny zintegrowany NTC służy do zbierania danych o wzroście temperatury modułu, a temperaturę złącza można obliczyć za pomocą następującego wzoru: Z danych eksperymentalnych grzejnika widać, że gdy prąd jest mały , całkowity pobór mocy jest niewielki, a różnica w wydajności rozpraszania ciepła między dwoma grzejnikami nie jest duża. Przy 450 A wzrost temperatury modułu IGBT zmienia się o około 3 stopy.

Analizę symulacyjną przeprowadzono przy założeniu, że prędkość wiatru na wlocie powietrza do modułu wynosi 7m/s, a prąd modułu wynosi od 100A do 500A. Tabela 1 przedstawia dane porównawcze temperatury złącza eksperymentalnego chipa grzejnika rurki cieplnej i temperatury złącza symulowanego chipa. Można zauważyć, że dane eksperymentalne są w dobrej zgodności z wynikami symulacji, a oprogramowanie symulacyjne może dokładnie symulować temperaturę złącza chipa.
b to porównanie wyników symulacji temperatury złącza chipa w warunkach zmiennej prędkości wiatru przy tym samym prądzie modułu i tej samej stracie modułu. Można zauważyć, że wraz ze wzrostem prędkości wiatru temperatura złącza chipa maleje. W warunkach wysokiego natężenia prądu, im większa prędkość wiatru, tym większy spadek temperatury chipa.
Analiza danych symulacyjnych Prąd/A Temperatura złącza chipa eksperymentalnego/t Błąd re-błądu temperatury złącza chipa symulacyjnego/(a) Wzrost temperatury modułu Eksperyment eksperymentalny i przebieg symulacyjny 5 Wnioski W tym miejscu wprowadzono praktyczną metodę obliczania strat modułu IGBT dla metody konwerterów energii wiatrowej oraz zaimportować wyniki obliczeń strat do oprogramowania Flothem. Poprzez porównanie analiz symulacyjnych i danych z badań eksperymentalnych porównano i przeanalizowano różnicę w wydajności odprowadzania ciepła przez dwa grzejniki oraz zweryfikowano poprawność obliczeń teoretycznych i modelu symulacyjnego. Jednocześnie podano krzywą symulacyjną wydajności rozpraszania ciepła przez grzejnik w warunkach zmiennej objętości powietrza, co stanowi ważne odniesienie przy doborze grzejnika IGBT konwertera wiatrowego.