基于熱仿真下低壓變頻器的設計及分析

王 震

（寶力泰電液傳動控制技術（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計思路

基于熱仿真下低壓變頻器的設計思路，主要分為以下三個部分：

第一部分是利用傳熱學理論基礎。在傳熱學的理論基礎之上，通過建立變頻器系統散熱數學模型的方式，對其熱傳遞過程以及低壓變頻器的散熱方式展開詳細分析，以此得出自然對流與強迫空氣對流這兩種不同冷卻方法對于低壓變頻器散熱結構設計的影響。

第二部分是詳細分析低壓變頻器的散熱結構，包括風機的應用類型、風機安裝方式、功率元器件的總體布局以及變壓器整體的散熱結構設計等。依托新型的風道設計方法，將低壓變頻器主要的發熱源與PCB板進行隔離，從而有效提升低壓變頻器的安全性，延長設備使用壽命。

第三部分是構建熱仿真模型?；跓岱抡嫦碌蛪鹤冾l器的模型構建，需要借助Icepak軟件來實現，通過分析低壓變頻器散熱結構對系統整體散熱的影響，利用有限元仿真模擬來計算變頻器功率元器件的實際熱點溫度。

2 基于熱仿真下低壓變頻器的設計

（1）低壓變頻器的熱損耗?；跓岱抡嫦碌蛪鹤冾l器的設計主要是指熱設計，即充分利用熱傳導理論、熱輻射理論以及熱對流理論，將低壓變頻器內部元器件所產生的熱量，借助熱阻通路帶出低壓變頻器的外部環境中，從而更好的滿足低壓變頻器穩定工作的實際需求。低壓變頻器大多需要借助內部的IGBT模組控制電源模塊的接通與斷開工作，來實現對電機的合理調控。一般情況下，低壓變壓器的內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，最高可以達到總功率損耗的70%左右。

（2）低壓變頻器的風機選擇。對于一些總功耗較高的低壓變頻器來說，單純的依靠控制對流自然冷卻方式來散發內部元器件產生的熱量是不現實的，往往需要借助外在的風機通過強迫對流，才能將大部分的熱量從低壓變頻器的內部散發出去。這種情況下，低壓變頻器的風機選用工作變得尤為重要。在對低壓變頻器的風機進行選擇時，需要綜合考慮諸多外界因素其中由于風機工作所產生的風量與風壓是最關鍵性的因素，需要在設計過程中對其進行額外的關注。

（3）低壓變頻器的整體結構設計?；跓岱抡嫦碌蛪鹤冾l器的整體結構設計，首先，需根據變頻器的實際功率元器件IGBT的功耗，計算出變頻器所需散熱器的熱阻，同時通過對低壓變頻器散熱器熱阻與機器外形大小設計要求分析，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、風機大小以及散熱器大小后，對變頻器展開整體結構設計工作。一般情況下，在進行整體結構設計過程中，會對變頻器的風道設計以及功率元器件的布局進行充分討論，以此來有效提升低壓變頻器整體結構布局的合理性；最后，在完成基本的布局與設計工作之后，還需要對變頻器的整體進行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變頻器的炸機，在設計過程中還需要將IGBT進行完全密封，以此來提高變頻器的整體安全性。

3 結語

為有效降低低壓變頻器的故障幾率，可以在設計過程中綜合考慮低壓變頻器的熱損耗、低壓變頻器的風機選擇以及低壓變頻器的整體結構設計等多方面內容。只有真正認識到低壓變頻器散熱結構設計的重要性，才能更好地促進我國工業生產領域的持續穩定發展。