Investigación sobre el rendimiento de disipación de calor del convertidor de energía eólica IGBT

       Los convertidores de energía eólica son propensos a fenómenos de temperaturas extremadamente altas y bajas y el espacio de instalación es extremadamente limitado. Cómo disipar el calor de los módulos IGBT de alta frecuencia y alta corriente en un espacio limitado se ha convertido en la clave para el diseño de disipación de calor de los convertidores de energía eólica. En la actualidad, los métodos de disipación de calor aplicados a los módulos IGBT de los convertidores de energía eólica incluyen principalmente refrigeración por aire forzado y refrigeración por agua. Para que el módulo IGBT funcione normalmente, es necesario diseñarlo para que la disipación de calor garantice que la temperatura de funcionamiento del módulo IGBT esté dentro de la temperatura de unión máxima permitida.
Con el objetivo de satisfacer los requisitos de disipación de calor de los módulos IGBT que utilizan refrigeración por aire forzado, se introduce un método práctico de cálculo de pérdidas. Los resultados del cálculo de pérdidas de IGBT en diferentes condiciones de trabajo se sustituyen en el software Flotherm, y los modelos de simulación térmica de radiadores ordinarios y radiadores de tubos de calor se utilizan para los dos. Se llevaron a cabo la simulación y el análisis comparativo de diferentes radiadores. Posteriormente, el rendimiento de disipación de calor de los dos radiadores del producto convertidor se calcula mediante la red de resistencia térmica equivalente de dos módulos paralelos. Sustituyendo el valor anterior en la fórmula (6), se obtiene K/W. Según la resistencia térmica calculada del radiador, seleccione el radiador correspondiente.
La forma de los disipadores de calor generalmente incluye un radiador ordinario, un disipador de calor enfriado por agua y un disipador de calor con tubo de calor. El conducto de aire de los módulos IGBT trifásicos del lado de la máquina del convertidor o del lado de la red A, B, C conduce la disipación de calor centralizada. Para los diseños de disipadores de calor de aire forzado, existen varias formas de reducir la resistencia térmica del propio disipador de calor. Muchos académicos en China han estudiado la influencia de parámetros como la altura, el grosor y la densidad de las aletas del radiador en la resistencia térmica de los radiadores, y no los repetiremos aquí. Otro método que se utiliza habitualmente en ingeniería para mejorar significativamente la capacidad de disipación de calor del radiador es incrustar tubos de calor en el sustrato del radiador, pero el problema es que el coste aumenta. Aquí, tanto el lado de la máquina como el lado de la red del convertidor adoptan el método SVPWM. En el experimento, el NTC integrado interno se utiliza para recopilar los datos de aumento de temperatura del módulo, y la temperatura de la unión se puede calcular mediante la siguiente fórmula: A partir de los datos experimentales del radiador, se puede ver que cuando la corriente es pequeña , el consumo total de energía es pequeño y la diferencia en el rendimiento de disipación de calor entre los dos radiadores no es grande. A 450 A, el aumento de temperatura del módulo IGBT varía aproximadamente 10 pies.

El análisis de simulación se llevó a cabo bajo la condición de que la velocidad del viento en la entrada de aire del módulo sea de 7 m/s y la corriente del módulo sea de 100 A a 500 A. La Tabla 1 muestra los datos comparativos de la temperatura de unión del chip experimental del radiador de tubo de calor y la temperatura de unión del chip simulado. Se puede ver que los datos experimentales concuerdan con los resultados de la simulación y que el software de simulación puede simular con precisión la temperatura de unión del chip.
b es la comparación de los resultados de la simulación de la temperatura de la unión del chip en condiciones de velocidad del viento variables con la misma corriente del módulo y la misma pérdida del módulo. Se puede observar que a medida que aumenta la velocidad del viento, la temperatura de la unión del chip disminuye. En condiciones de corriente alta, cuanto mayor es la velocidad del viento, mayor es la caída de la temperatura del chip.
Análisis de datos de simulación Corriente/A Temperatura de unión del chip experimental/t Error de temperatura de unión del chip de simulación/(a) Aumento de temperatura del módulo Experimento experimental y forma de onda de simulación 5 Conclusiones Aquí se presenta un método práctico para calcular la pérdida del módulo IGBT para el método de convertidores de energía eólica, y importe los resultados del cálculo de pérdidas al software Flothem. Mediante la comparación del análisis de simulación y los datos de pruebas experimentales, se comparó y analizó la diferencia en el rendimiento de disipación de calor de los dos radiadores, y se verificó la exactitud del cálculo teórico y del modelo de simulación. Al mismo tiempo, se proporciona la curva de simulación del rendimiento de disipación de calor del radiador bajo la condición de volumen de aire variable, lo que proporciona una referencia importante para la selección del radiador IGBT del convertidor de energía eólica.