一种大功率风冷直流融冰装置冷却系统仿真分析
发布时间：2022-01-09 17:49
直流融冰装置运行时,晶闸管会产生大量的热,影响装置的可靠性。此处针对某型号直流融冰装置的冷却需求,分析了冷却系统中单只散热器热阻及流阻性能的仿真与测试偏差,风阻偏差在7%之内,热阻偏差在7.5%之内;运用计算机流体力学（CFD）仿真计算及试验相结合的方法,得出距离风机越近,散热器的进风风速偏差率越低,冷却系统中散热器进风平均风速仿真值相较于测试值的偏差率小于9%,评估出该仿真方法的准确度,为后续类似风冷冷却系统研究设计提供借鉴。
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(09)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【图文】：
图１冷却系统示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｃｏｏｌｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ??
于等于８５弋。??由图４可知，冷却空气从散热器翅片间流过，??流场分布均匀，风冷散热器的最高温度分布在晶??闸管发热的中心区域。??统内部形成强迫对流，外部冷空气流经风冷散热??器翅片时发生对流换热，带走晶闸管通过热传导??传递给风冷散热器的热量后，热空气汇入中间风??道，由顶部离心风机排向外界环境。??３器件级传热分析??３．１?理论分析??晶闸管管芯工作过程中产生的热量主要通过??热传导的方式经过管壳传至散热器，然后通过强??迫对流的方式与外界环境进行热交换｜４＋，见图２。??晶Ｗ＊?ｚｔ充??环境Ｉ?１?Ｉ?＾－管芯??导热脂??敗热器一ｂ＊??ａｉｉ—ｌＤｉｎｊｉＭｉｎｉ？??图２晶闸管散热等效模型??Ｆｉｇ．?２?Ｃｏｏｌｉｎｇ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ??整个热传递过程中，热阻主要分为３个部分：??晶闸管管芯与管壳之间的结壳热阻，管壳与散??热器之间的接触热阻散热器与外界环境之间??的散热器热阻／＾，单位均为将整个传热??系统简化并等效为如图３所示的电路模型。??????ｕ．＊?Ｋｊｃ?丨?＾ｃｈ?Ｒｈ．?Ｉ??？?Ｏ?Ｏ—＊?□?？?ＣＤ?—Ｏ??７］?热传＃?ｒｃ?热传导?７；?强迫对流７；??图３晶闸管热阻等效电路图??Ｆｉｇ．?３?Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ?ｔｈｅｒｍａｌ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ??即整个传热过程总热阻为：??Ｒ＝Ｒｉｃ＋ＲＡ＋Ｒｔｍ?（１）??散热器热阻是散热器散出半导体器件管芯热??量的能力的量度，其值定义为：在热平衡时，散热??器台面
通过强??迫对流的方式与外界环境进行热交换｜４＋，见图２。??晶Ｗ＊?ｚｔ充??环境Ｉ?１?Ｉ?＾－管芯??导热脂??敗热器一ｂ＊??ａｉｉ—ｌＤｉｎｊｉＭｉｎｉ？??图２晶闸管散热等效模型??Ｆｉｇ．?２?Ｃｏｏｌｉｎｇ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ??整个热传递过程中，热阻主要分为３个部分：??晶闸管管芯与管壳之间的结壳热阻，管壳与散??热器之间的接触热阻散热器与外界环境之间??的散热器热阻／＾，单位均为将整个传热??系统简化并等效为如图３所示的电路模型。??????ｕ．＊?Ｋｊｃ?丨?＾ｃｈ?Ｒｈ．?Ｉ??？?Ｏ?Ｏ—＊?□?？?ＣＤ?—Ｏ??７］?热传＃?ｒｃ?热传导?７；?强迫对流７；??图３晶闸管热阻等效电路图??Ｆｉｇ．?３?Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ?ｔｈｅｒｍａｌ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ??即整个传热过程总热阻为：??Ｒ＝Ｒｉｃ＋ＲＡ＋Ｒｔｍ?（１）??散热器热阻是散热器散出半导体器件管芯热??量的能力的量度，其值定义为：在热平衡时，散热??器台面上规定点温度对冷却介质规定点温度之差??与产生这两点温度差的耗散功率之比，即：??Ｒ＞．＝（Ｔｋ－Ｔ．）／Ｐ?（２）??式中：ｐ为测试热阻的加热电流产生的功率；ｒｈ为散热器??台面上规定点的温度；ｒ，为冷却介质进口规定点温度。??对于双侧散热器的平板型散热器的上表面或??下表面的分热阻，可用式（２）计算得到。此时，平??板型散热器的热阻应由其两个分热阻的并联按??式（３）计算得出：??＾ｈａ＝＾ｈａｒＲ?ｈａ〇／?（?＾?
【参考文献】：
期刊论文
[1]直流融冰装置主参数设计与仿真[J]. 全晓方,王靓,刘彬,李海生. 电工技术. 2019(09)
[2]大容量直流融冰兼网省协调无功补偿装置的集成与应用[J]. 陈忠,季坤,罗沙,张俊杰,程登峰,操松元. 电测与仪表. 2018(20)
[3]特高压换流阀冷却系统配水仿真及试验研究[J]. 樊阳文,恽强龙,张广泰,张辉亮. 电力电子技术. 2017(10)
[4]特高压换流阀用水冷散热器热阻测试方法研究[J]. 马元社,苟锐锋,刘宁,娄彦涛,杨晓平,姚舒,李亮. 高压电器. 2017(07)
[5]基于强迫风冷的风道特性测试技术研究[J]. 张庆军,李丽丹,何钊. 中国测试. 2017(01)
[6]基于Icepak的SVG设备流体通风仿真分析[J]. 薄晓坤,任涛,罗仁俊,杨鸣远,吴莉莉,周方圆. 电力电容器与无功补偿. 2016(02)
[7]直流换流阀晶闸管热阻抗端口特性分析与建模[J]. 杨俊,查鲲鹏,高冲,王高勇,汤广福. 中国电机工程学报. 2016(01)
[8]大容量直流融冰兼静止无功补偿装置的研制与应用[J]. 张翔,丁勇,朱炳坤,陈松林,张辉亮,李建春. 电力系统自动化. 2012(20)
本文编号：3579173
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(09)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【图文】：
图１冷却系统示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｃｏｏｌｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ??
于等于８５弋。??由图４可知，冷却空气从散热器翅片间流过，??流场分布均匀，风冷散热器的最高温度分布在晶??闸管发热的中心区域。??统内部形成强迫对流，外部冷空气流经风冷散热??器翅片时发生对流换热，带走晶闸管通过热传导??传递给风冷散热器的热量后，热空气汇入中间风??道，由顶部离心风机排向外界环境。??３器件级传热分析??３．１?理论分析??晶闸管管芯工作过程中产生的热量主要通过??热传导的方式经过管壳传至散热器，然后通过强??迫对流的方式与外界环境进行热交换｜４＋，见图２。??晶Ｗ＊?ｚｔ充??环境Ｉ?１?Ｉ?＾－管芯??导热脂??敗热器一ｂ＊??ａｉｉ—ｌＤｉｎｊｉＭｉｎｉ？??图２晶闸管散热等效模型??Ｆｉｇ．?２?Ｃｏｏｌｉｎｇ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ??整个热传递过程中，热阻主要分为３个部分：??晶闸管管芯与管壳之间的结壳热阻，管壳与散??热器之间的接触热阻散热器与外界环境之间??的散热器热阻／＾，单位均为将整个传热??系统简化并等效为如图３所示的电路模型。??????ｕ．＊?Ｋｊｃ?丨?＾ｃｈ?Ｒｈ．?Ｉ??？?Ｏ?Ｏ—＊?□?？?ＣＤ?—Ｏ??７］?热传＃?ｒｃ?热传导?７；?强迫对流７；??图３晶闸管热阻等效电路图??Ｆｉｇ．?３?Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ?ｔｈｅｒｍａｌ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ??即整个传热过程总热阻为：??Ｒ＝Ｒｉｃ＋ＲＡ＋Ｒｔｍ?（１）??散热器热阻是散热器散出半导体器件管芯热??量的能力的量度，其值定义为：在热平衡时，散热??器台面
通过强??迫对流的方式与外界环境进行热交换｜４＋，见图２。??晶Ｗ＊?ｚｔ充??环境Ｉ?１?Ｉ?＾－管芯??导热脂??敗热器一ｂ＊??ａｉｉ—ｌＤｉｎｊｉＭｉｎｉ？??图２晶闸管散热等效模型??Ｆｉｇ．?２?Ｃｏｏｌｉｎｇ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ??整个热传递过程中，热阻主要分为３个部分：??晶闸管管芯与管壳之间的结壳热阻，管壳与散??热器之间的接触热阻散热器与外界环境之间??的散热器热阻／＾，单位均为将整个传热??系统简化并等效为如图３所示的电路模型。??????ｕ．＊?Ｋｊｃ?丨?＾ｃｈ?Ｒｈ．?Ｉ??？?Ｏ?Ｏ—＊?□?？?ＣＤ?—Ｏ??７］?热传＃?ｒｃ?热传导?７；?强迫对流７；??图３晶闸管热阻等效电路图??Ｆｉｇ．?３?Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ?ｔｈｅｒｍａｌ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ??即整个传热过程总热阻为：??Ｒ＝Ｒｉｃ＋ＲＡ＋Ｒｔｍ?（１）??散热器热阻是散热器散出半导体器件管芯热??量的能力的量度，其值定义为：在热平衡时，散热??器台面上规定点温度对冷却介质规定点温度之差??与产生这两点温度差的耗散功率之比，即：??Ｒ＞．＝（Ｔｋ－Ｔ．）／Ｐ?（２）??式中：ｐ为测试热阻的加热电流产生的功率；ｒｈ为散热器??台面上规定点的温度；ｒ，为冷却介质进口规定点温度。??对于双侧散热器的平板型散热器的上表面或??下表面的分热阻，可用式（２）计算得到。此时，平??板型散热器的热阻应由其两个分热阻的并联按??式（３）计算得出：??＾ｈａ＝＾ｈａｒＲ?ｈａ〇／?（?＾?
【参考文献】：
期刊论文
[1]直流融冰装置主参数设计与仿真[J]. 全晓方,王靓,刘彬,李海生. 电工技术. 2019(09)
[2]大容量直流融冰兼网省协调无功补偿装置的集成与应用[J]. 陈忠,季坤,罗沙,张俊杰,程登峰,操松元. 电测与仪表. 2018(20)
[3]特高压换流阀冷却系统配水仿真及试验研究[J]. 樊阳文,恽强龙,张广泰,张辉亮. 电力电子技术. 2017(10)
[4]特高压换流阀用水冷散热器热阻测试方法研究[J]. 马元社,苟锐锋,刘宁,娄彦涛,杨晓平,姚舒,李亮. 高压电器. 2017(07)
[5]基于强迫风冷的风道特性测试技术研究[J]. 张庆军,李丽丹,何钊. 中国测试. 2017(01)
[6]基于Icepak的SVG设备流体通风仿真分析[J]. 薄晓坤,任涛,罗仁俊,杨鸣远,吴莉莉,周方圆. 电力电容器与无功补偿. 2016(02)
[7]直流换流阀晶闸管热阻抗端口特性分析与建模[J]. 杨俊,查鲲鹏,高冲,王高勇,汤广福. 中国电机工程学报. 2016(01)
[8]大容量直流融冰兼静止无功补偿装置的研制与应用[J]. 张翔,丁勇,朱炳坤,陈松林,张辉亮,李建春. 电力系统自动化. 2012(20)
本文编号：3579173
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