풍력변환기 IGBT의 방열성능 연구

       풍력 변환기는 극심한 고온 및 저온 현상이 발생하기 쉽고 설치 공간이 극히 제한적입니다. 제한된 공간에서 고주파, 고전류 IGBT 모듈의 열을 방출하는 방법은 풍력 변환기의 방열 설계의 핵심이 되었습니다. 현재 풍력 변환기의 IGBT 모듈에 적용되는 방열 방법에는 주로 강제 공냉식과 수냉식이 포함됩니다. IGBT 모듈이 정상적으로 작동하려면 IGBT 모듈의 작동 온도가 허용 가능한 최대 접합 온도 내에 있도록 방열 설계가 필요합니다.
강제 공기 냉각을 사용하는 IGBT 모듈의 열 방출 요구 사항을 목표로 실제 손실 계산 방법이 도입되었습니다. 서로 다른 작동 조건에서의 IGBT 손실 계산 결과를 flotherm 소프트웨어로 대체하고 일반 라디에이터와 히트파이프 라디에이터의 열 시뮬레이션 모델을 사용하여 서로 다른 라디에이터의 시뮬레이션 및 비교 분석을 수행했습니다. 이후, 컨버터 제품의 두 라디에이터의 방열 성능은 두 병렬 모듈의 등가 열 저항 네트워크를 통해 계산됩니다. 위의 값을 식(6)에 대입하면 K/W가 구해진다. 계산된 라디에이터의 열 저항을 기반으로 해당 라디에이터를 선택합니다.
방열판의 형태에는 일반적으로 일반 라디에이터, 수냉식 방열판 및 히트파이프 방열판이 포함됩니다. 변환기 기계 측 또는 그리드 측 A, B, C 3상 IGBT 모듈의 공기 덕트는 중앙 집중식 방열을 수행합니다. 강제 공기 방열판 설계의 경우 방열판 자체의 열 저항을 줄이는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 중국의 많은 학자들이 라디에이터 핀 높이, 두께, 밀도와 같은 매개변수가 라디에이터의 열 저항에 미치는 영향을 연구해 왔지만 여기서는 반복하지 않겠습니다. 라디에이터의 방열 능력을 획기적으로 향상시키기 위해 엔지니어링에서 일반적으로 사용되는 또 다른 방법은 라디에이터 기판에 히트 파이프를 내장하는 것이지만 문제는 비용이 증가한다는 것입니다. 여기서 컨버터의 기계측과 그리드측 모두 SVPWM 방식을 채택하고 있다. 실험에서는 내부 통합 NTC를 사용하여 모듈의 온도 상승 데이터를 수집하고 접합 온도는 다음 공식으로 계산할 수 있습니다. 라디에이터의 실험 데이터에서 전류가 작을 때 알 수 있습니다. , 총 전력 소비는 적고 두 라디에이터 간의 방열 성능 차이는 크지 않습니다. 450A에서 IGBT 모듈의 온도 상승은 약 10피트 정도 다릅니다.

시뮬레이션 해석은 모듈의 공기 흡입구 풍속은 7m/s, 모듈의 전류는 100A ~ 500A 조건으로 진행하였다. 표 1은 히트파이프 라디에이터의 실험 칩의 접합 온도와 시뮬레이션된 칩의 접합 온도의 비교 데이터를 보여준다. 실험 데이터가 시뮬레이션 결과와 잘 일치하고 시뮬레이션 소프트웨어가 칩의 접합 온도를 정확하게 시뮬레이션할 수 있음을 알 수 있습니다.
b는 동일한 모듈 전류 및 동일한 모듈 손실 하에서 다양한 풍속 조건에서 칩 접합 온도의 시뮬레이션 결과를 비교한 것입니다. 풍속이 증가함에 따라 칩 접합 온도가 감소하는 것을 볼 수 있습니다. 고전류 조건에서는 풍속이 높을수록 칩 온도 강하가 커집니다.
시뮬레이션 데이터 분석 전류/A 실험 칩 접합 온도/t 시뮬레이션 칩 접합 온도 재오류/(a) 모듈 온도 상승 실험 실험 및 시뮬레이션 파형 5 결론 풍력 변환기 방식에 대한 IGBT 모듈 손실을 계산하는 실제적인 방법을 소개합니다. 손실 계산 결과를 Flothem 소프트웨어로 가져옵니다. 시뮬레이션 분석과 실험적 테스트 데이터의 비교를 통해 두 라디에이터의 방열 성능 차이를 비교 분석하였으며, 이론적 계산과 시뮬레이션 모델의 정확성을 검증하였다. 동시에 가변 풍량 조건에서 라디에이터의 방열 성능 시뮬레이션 곡선이 제공되며 이는 풍력 변환기의 IGBT 라디에이터 선택에 중요한 참고 자료를 제공합니다.