王 震

（寶力泰電液傳動(dòng)控制技術(shù)（杭州）有限公司，杭州 余杭 311000）

1 基于熱仿真下低壓變頻器的設(shè)計(jì)思路

基于熱仿真下低壓變頻器的設(shè)計(jì)思路，主要分為以下三個(gè)部分：

第一部分是利用傳熱學(xué)理論基礎(chǔ)。在傳熱學(xué)的理論基礎(chǔ)之上，通過(guò)建立變頻器系統(tǒng)散熱數(shù)學(xué)模型的方式，對(duì)其熱傳遞過(guò)程以及低壓變頻器的散熱方式展開(kāi)詳細(xì)分析，以此得出自然對(duì)流與強(qiáng)迫空氣對(duì)流這兩種不同冷卻方法對(duì)于低壓變頻器散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響。

第二部分是詳細(xì)分析低壓變頻器的散熱結(jié)構(gòu)，包括風(fēng)機(jī)的應(yīng)用類型、風(fēng)機(jī)安裝方式、功率元器件的總體布局以及變壓器整體的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。依托新型的風(fēng)道設(shè)計(jì)方法，將低壓變頻器主要的發(fā)熱源與PCB板進(jìn)行隔離，從而有效提升低壓變頻器的安全性，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

第三部分是構(gòu)建熱仿真模型。基于熱仿真下低壓變頻器的模型構(gòu)建，需要借助Icepak軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)分析低壓變頻器散熱結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)整體散熱的影響，利用有限元仿真模擬來(lái)計(jì)算變頻器功率元器件的實(shí)際熱點(diǎn)溫度。

2 基于熱仿真下低壓變頻器的設(shè)計(jì)

（1）低壓變頻器的熱損耗。基于熱仿真下低壓變頻器的設(shè)計(jì)主要是指熱設(shè)計(jì)，即充分利用熱傳導(dǎo)理論、熱輻射理論以及熱對(duì)流理論，將低壓變頻器內(nèi)部元器件所產(chǎn)生的熱量，借助熱阻通路帶出低壓變頻器的外部環(huán)境中，從而更好的滿足低壓變頻器穩(wěn)定工作的實(shí)際需求。低壓變頻器大多需要借助內(nèi)部的IGBT模組控制電源模塊的接通與斷開(kāi)工作，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的合理調(diào)控。一般情況下，低壓變壓器的內(nèi)部熱損耗主要涉及到IGBT模塊的熱損耗、晶閘管的熱損耗、電解電容熱損耗以及電抗器是熱損耗等幾部分，其中IGBT的功耗比例最大，最高可以達(dá)到總功率損耗的70%左右。

（2）低壓變頻器的風(fēng)機(jī)選擇。對(duì)于一些總功耗較高的低壓變頻器來(lái)說(shuō)，單純的依靠控制對(duì)流自然冷卻方式來(lái)散發(fā)內(nèi)部元器件產(chǎn)生的熱量是不現(xiàn)實(shí)的，往往需要借助外在的風(fēng)機(jī)通過(guò)強(qiáng)迫對(duì)流，才能將大部分的熱量從低壓變頻器的內(nèi)部散發(fā)出去。這種情況下，低壓變頻器的風(fēng)機(jī)選用工作變得尤為重要。在對(duì)低壓變頻器的風(fēng)機(jī)進(jìn)行選擇時(shí)，需要綜合考慮諸多外界因素其中由于風(fēng)機(jī)工作所產(chǎn)生的風(fēng)量與風(fēng)壓是最關(guān)鍵性的因素，需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行額外的關(guān)注。

（3）低壓變頻器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?；跓岱抡嫦碌蛪鹤冾l器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先，需根據(jù)變頻器的實(shí)際功率元器件IGBT的功耗，計(jì)算出變頻器所需散熱器的熱阻，同時(shí)通過(guò)對(duì)低壓變頻器散熱器熱阻與機(jī)器外形大小設(shè)計(jì)要求分析，反推出變頻器所需散熱器的尺寸大小。其次，在確定低壓變頻器的外形尺寸要求、風(fēng)機(jī)大小以及散熱器大小后，對(duì)變頻器展開(kāi)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。一般情況下，在進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，會(huì)對(duì)變頻器的風(fēng)道設(shè)計(jì)以及功率元器件的布局進(jìn)行充分討論，以此來(lái)有效提升低壓變頻器整體結(jié)構(gòu)布局的合理性；最后，在完成基本的布局與設(shè)計(jì)工作之后，還需要對(duì)變頻器的整體進(jìn)行3D建模，為后期的熱仿真提供便利條件。由于IGBT模塊與水接觸容易引發(fā)變頻器的炸機(jī)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中還需要將IGBT進(jìn)行完全密封，以此來(lái)提高變頻器的整體安全性。

3 結(jié)語(yǔ)

為有效降低低壓變頻器的故障幾率，可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合考慮低壓變頻器的熱損耗、低壓變頻器的風(fēng)機(jī)選擇以及低壓變頻器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多方面內(nèi)容。只有真正認(rèn)識(shí)到低壓變頻器散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性，才能更好地促進(jìn)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。