变频器的热耗计算及散热分析

　　在通用型变频器中，IGBT是主要的发热元件，解决好IGBT的散热问题，对变频器的可靠性、寿命及经济运行都具有重要意义。

　　2 ICBT模块的功耗计算IGBT在开关状态下，器件所产生的功耗包括通态损耗Psat和开关损耗Psw，即fs―开关频率。

　　通态损耗Psat反映了ICBT全导通状态下的损耗。当开关频率较低时，通态损耗占总损耗的主要部分，随着开关频率的升高，Psw在总损耗中所占的比例迅速上升。当开关频率较高时，IGBT需降额使用，以免其温升过高，导致器件损坏。IGBT模块的功耗包括IGBT桥臂的功耗以及反并联续流二极管的通态损耗，涉及到的公式如下：电流；I4（sat）―指在可=125C时，峰值电流丨下，051的饱和压降；E（w―表示可=125C时，峰值电流下从曲线上可查到的开通能量；off）―表示T=125C时峰值电流/.下从曲线上可查到的关断能量；fPWM―指变频器的PWM开关频率；通过查询相关图表，确定所需的参数后，即可计算出所需的IGBT模块的总功耗。下面以EUPEC公司的FF300R12KE3型IGBT为例，代入上述公式，参数和结果如表1、表2所示。

　　取单个ICBT模块的热功耗为200W，此系统共包含有6个ICBT模块，即系统总功耗为1200W，下面利用热分析软件Hotherm对系统进行建模和仿真分折。

　　3变频器系统建模3t1环境设定夕h部环境温度为35C，空气之间的换热系数为5Wrfi-K气流状态为紊流，速度为015n/s.系统求解域定义为箱体体积的10倍，系统求解的迭代次数设为400. 3L2搓型建立IGBT外形如所示，其下底面为Al或Cu的底板（厚度为3nm），外壳为绝缘材料（整体高约为23nm.本次采用将ICBT实体用铜合金Copper（Alunhnized）建模其一面紧贴散热器厚度为3nn（只对底板建模）。

　　32.2散热器建模散热器采用肋片结构，如所示，外形尺玉2现扇建模由于机箱散热主要采用强制对流方式，所以传导和辐射的作用忽略不计。本系统采用5个同样规格型号的位于机箱顶端的风扇（其中4个为一组，另1个为一组）抽风，机箱下部有3个进风□。风扇尺寸为150nmx 51nn大风量8n）转速2功率44W，总系统模型如所示。i3网格划分本系统建立了两种局部网格，将它们分别应用于散热器（Heatsink）和热源（Heat），对其系统其他部分采用Coarse（粗糙）网格，后系统的总体网格分布情况如所示。

　　4仿真分析41热分析曲线边为Monitorviteration1曲线。两曲线横坐标为Iteratior（迭代次数）左边的纵坐标为Residual（残差），右边的纵坐标为Tenperature.由左边可见残差曲线收敛，说明系统的散热稳定，即每时每刻系统所产生的热量都可以及时地散到系统外。右边显示的是采样点的实时温度，其中上端的曲线为与IGBT相接触的散热器上表面中心点的温度（大致为散热器上表面的平均温度），其值约为73C，可见与实际工作时温度大致相符。

　　42温度分布内部热流分布如所示，图中平面为散热器上表面（散热器与发热模块直接接触的表面）的温度分布，可见大温度点出现在IGBT与散热器的接触面上，约为110C左右。

　　43气流分布气流分布如所示，气流流速大的区域为风5结束语Flothern作为目前市场上的几大主流散热分析软件之一，主要作用是对系统散热的定性分析。其建模过程以及参数的设定具有一定的估算性，导致分析结果与实际测量值之间势必存在着一定误差，所以实际设计时应留有余量，不能芫全依靠软件分析的结果。

　　但是就其对系统散热的稳定性以及温度走势等的定性分析，还是真实可信的。软件模拟，成本低，且简单易行，对系统结构设计之前的方案评估以及确定，都具有一定的意义。EM（收