基于热仿真下低压变频器的设计及分析

王 震

（宝力泰电液传动控制技术（杭州）有限公司，杭州 余杭 311000）

1 基于热仿真下低压变频器的设计思路

基于热仿真下低压变频器的设计思路，主要分为以下三个部分：

第一部分是利用传热学理论基础。在传热学的理论基础之上，通过建立变频器系统散热数学模型的方式，对其热传递过程以及低压变频器的散热方式展开详细分析，以此得出自然对流与强迫空气对流这两种不同冷却方法对于低压变频器散热结构设计的影响。

第二部分是详细分析低压变频器的散热结构，包括风机的应用类型、风机安装方式、功率元器件的总体布局以及变压器整体的散热结构设计等。依托新型的风道设计方法，将低压变频器主要的发热源与PCB板进行隔离，从而有效提升低压变频器的安全性，延长设备使用寿命。

第三部分是构建热仿真模型。基于热仿真下低压变频器的模型构建，需要借助Icepak软件来实现，通过分析低压变频器散热结构对系统整体散热的影响，利用有限元仿真模拟来计算变频器功率元器件的实际热点温度。

2 基于热仿真下低压变频器的设计

（1）低压变频器的热损耗。基于热仿真下低压变频器的设计主要是指热设计，即充分利用热传导理论、热辐射理论以及热对流理论，将低压变频器内部元器件所产生的热量，借助热阻通路带出低压变频器的外部环境中，从而更好的满足低压变频器稳定工作的实际需求。低压变频器大多需要借助内部的IGBT模组控制电源模块的接通与断开工作，来实现对电机的合理调控。一般情况下，低压变压器的内部热损耗主要涉及到IGBT模块的热损耗、晶闸管的热损耗、电解电容热损耗以及电抗器是热损耗等几部分，其中IGBT的功耗比例最大，最高可以达到总功率损耗的70%左右。

（2）低压变频器的风机选择。对于一些总功耗较高的低压变频器来说，单纯的依靠控制对流自然冷却方式来散发内部元器件产生的热量是不现实的，往往需要借助外在的风机通过强迫对流，才能将大部分的热量从低压变频器的内部散发出去。这种情况下，低压变频器的风机选用工作变得尤为重要。在对低压变频器的风机进行选择时，需要综合考虑诸多外界因素其中由于风机工作所产生的风量与风压是最关键性的因素，需要在设计过程中对其进行额外的关注。

（3）低压变频器的整体结构设计。基于热仿真下低压变频器的整体结构设计，首先，需根据变频器的实际功率元器件IGBT的功耗，计算出变频器所需散热器的热阻，同时通过对低压变频器散热器热阻与机器外形大小设计要求分析，反推出变频器所需散热器的尺寸大小。其次，在确定低压变频器的外形尺寸要求、风机大小以及散热器大小后，对变频器展开整体结构设计工作。一般情况下，在进行整体结构设计过程中，会对变频器的风道设计以及功率元器件的布局进行充分讨论，以此来有效提升低压变频器整体结构布局的合理性；最后，在完成基本的布局与设计工作之后，还需要对变频器的整体进行3D建模，为后期的热仿真提供便利条件。由于IGBT模块与水接触容易引发变频器的炸机，在设计过程中还需要将IGBT进行完全密封，以此来提高变频器的整体安全性。

3 结语

为有效降低低压变频器的故障几率，可以在设计过程中综合考虑低压变频器的热损耗、低压变频器的风机选择以及低压变频器的整体结构设计等多方面内容。只有真正认识到低压变频器散热结构设计的重要性，才能更好地促进我国工业生产领域的持续稳定发展。