Cercetări privind performanța de disipare a căldurii a convertorului de energie eoliană IGBT

       Convertizoarele de energie eoliană sunt predispuse la fenomene extreme de temperatură ridicată și scăzută, iar spațiul de instalare este extrem de limitat. Modul de disipare a căldurii pentru modulele IGBT de înaltă frecvență și curent înalt într-un spațiu limitat a devenit cheia pentru proiectarea de disipare a căldurii a convertoarelor de energie eoliană. În prezent, metodele de disipare a căldurii aplicate modulelor IGBT ale convertoarelor de energie eoliană includ în principal răcirea forțată cu aer și răcirea cu apă. Pentru ca modulul IGBT să funcționeze în mod normal, acesta trebuie să fie proiectat pentru disiparea căldurii pentru a se asigura că temperatura de funcționare a modulului IGBT se află în temperatura maximă admisă a joncțiunii.
Vizând cerințele de disipare a căldurii ale modulelor IGBT folosind răcirea forțată cu aer, este introdusă o metodă practică de calcul a pierderilor. Rezultatele calculului pierderilor IGBT în diferite condiții de lucru sunt înlocuite în software-ul flotherm, iar modelele de simulare termică ale radiatoarelor obișnuite și radiatoarelor cu conducte de căldură sunt utilizate pentru cele două. Au fost efectuate simularea și analiza comparativă a diferitelor radiatoare. Ulterior, performanța de disipare a căldurii a celor două radiatoare ale produsului convertor este calculată prin rețeaua de rezistență termică echivalentă a două module paralele. Înlocuind valoarea de mai sus în formula (6), se obține K/W. Pe baza rezistenței termice calculate a radiatorului, selectați radiatorul corespunzător.
Forma radiatoarelor include, în general, un radiator obișnuit, un radiator răcit cu apă și un radiator cu conducte de căldură. Conducta de aer a mașinii convertizorului sau a rețelei modulelor IGBT trifazate A, B, C conduc disiparea centralizată a căldurii. Pentru modelele de radiatoare cu aer forțat, există mai multe moduri de a reduce rezistența termică proprie a radiatorului. Mulți cercetători din China au studiat influența unor parametri precum înălțimea aripioarelor radiatorului, grosimea și densitatea asupra rezistenței termice a radiatoarelor și nu le vor repeta aici. O altă metodă care este folosită în mod obișnuit în inginerie pentru a îmbunătăți semnificativ capacitatea de disipare a căldurii a radiatorului este încorporarea conductelor de căldură în substratul radiatorului, dar problema este că costul crește. Aici, atât partea mașinii, cât și partea grilă a convertorului adoptă metoda SVPWM. În experiment, NTC-ul integrat intern este utilizat pentru a colecta datele de creștere a temperaturii modulului, iar temperatura joncțiunii poate fi calculată prin următoarea formulă: Din datele experimentale ale radiatorului, se poate observa că atunci când curentul este mic , consumul total de energie este mic, iar diferența de performanță de disipare a căldurii dintre cele două radiatoare nu este mare. La 450A, creșterea temperaturii modulului IGBT variază cu aproximativ 10 picioare.

Analiza de simulare a fost efectuată cu condiția ca viteza vântului la intrarea de aer a modulului să fie de 7m/s, iar curentul modulului să fie de la 100A la 500A. Tabelul 1 prezintă datele de comparație a temperaturii de joncțiune a cipului experimental al radiatorului conductei de căldură și a temperaturii de joncțiune a cipului simulat. Se poate observa că datele experimentale sunt în acord cu rezultatele simulării, iar software-ul de simulare poate simula cu precizie temperatura de joncțiune a cipului.
b este compararea rezultatelor simulării temperaturii joncțiunii cipului în condiții de viteză variabilă a vântului în același curent de modul și aceeași pierdere de modul. Se poate observa că pe măsură ce viteza vântului crește, temperatura joncțiunii așchiilor scade. În condiții de curent ridicat, cu cât viteza vântului este mai mare, cu atât scăderea temperaturii cipului este mai mare.
Analiza datelor de simulare Curent/A Temperatura joncțiunii cipului experimental/t Temperatura joncțiunii cipului de simulare re eroare/(a) Creșterea temperaturii modulului Experimentul experimental și forma de undă de simulare 5 Concluzii O metodă practică de calculare a pierderii modulului IGBT este introdusă aici pentru metoda convertoarelor de energie eoliană și importați rezultatele calculului pierderilor în software-ul Flothem. Prin compararea analizei de simulare și a datelor de testare experimentală, a fost comparată și analizată diferența de performanță de disipare a căldurii a celor două radiatoare și a fost verificată corectitudinea modelului teoretic de calcul și simulare. În același timp, este dată curba de simulare a performanței de disipare a căldurii a radiatorului în condițiile unui volum de aer variabil, ceea ce oferă o referință importantă pentru selectarea radiatorului IGBT al convertorului de energie eoliană.