基于Icepak的电阻冷却方案研究.pdf
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1、 新技术新工艺 2 0 2 3年 第9期 6 2 新技术新工艺 试验与研究基于I c e p a k的电阻冷却方案研究张晓鸽1,2,陈本乾1,2,贾艳玲1,2,李 飞1,2,焦洋洋1,2(1.许继电气股份有限公司,河南 许昌 4 6 1 0 0 0;2.许继集团有限公司,河南 许昌 4 6 1 0 0 0)摘 要:电力电子设备的小型化已成为发展趋势,而设备内发热元件的散热成为了小型化发展所面临的瓶颈问题。基于柔直换流阀低压加压测试装置提出了3种冷却设计方案,详述了风机的选择方法,并应用I c e p a k软件进行热流耦合分析;通过对比单风机、双风机串联、双风机并联3种布置方案的综合热力表现,
2、得出串联风机方案散热效果最佳的结论;最后对不同布置方式风机的综合性能进行分析,可为紧凑型电力电子设备不同散热系统风机布置方案的选择提供参考。关键词:放电电阻;冷却方案;I c e p a k;散热中图分类号:U 2 6 2.2 3 文献标志码:AR e s e a r c h o n R e s i s t a n c e C o o l i n g S c h e m e b a s e d o n I c e p a kZ HAN G X i a o g e1,2,CHE N B e n q i a n1,2,J I A Y a n l i n g1,2,L I F e i1,2,J I
3、AO Y a n g y a n g1,2(1.X J E l e c t r i c C o.,L t d.,X u c h a n g 4 6 1 0 0 0,C h i n a;2.X J G r o u p C o r p o r a t i o n,X u c h a n g 4 6 1 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:T h e m i n i a t u r i z a t i o n o f p o w e r e l e c t r o n i c e q u i p m e n t h a s b e e n b e c o m i n g
4、t h e t r e n d o f t h e d e v e l o p m e n t,a n d t h e h e a t d i s s i p a t i o n o f t h e h e a t i n g e l e m e n t s i n t h e e q u i p m e n t w a s t h e b o t t l e n e c k o f t h e m i n i a t u r i z a t i o n.T h r e e c o o l i n g d e s i g n s c h e m e s w e r e p r e s e n
5、t e d b a s e d o n t h e l o w p r e s s u r e t e s t i n g d e v i c e o f t h e s o f t d i r e c t c o n v e r t e r v a l v e,a n d t h e f a n s e l e c t i o n m e t h o d w a s d e s c r i b e d i n d e t a i l s,a n d H e a t f l o w c o u p l i n g w a s a n a l y z e d b y u s i n g I c
6、e p a k s o f t w a r e.B y c o m p a r i n g t h e c o m p r e-h e n s i v e t h e r m o d y n a m i c p e r f o r m a n c e o f t h r e e s c h e m e s i n c l u d i n g s i n g l e f a n,d o u b l e f a n i n s e r i e s a n d d o u b l e f a n i n p a r a l l e l,t h e c o n c l u s i o n t h a
7、t t h e s e r i e s f a n s c h e m e h a d t h e b e s t c o o l i n g e f f e c t w a s d r a w n.F i n a l l y,t h e c o m p r e h e n s i v e p e r f o r m a n c e o f t h e f a n s w i t h d i f f e r e n t a r r a n g e m e n t m o d e s w a s a n a l y z e d,w h i c h p r o v i d e d r e f e
8、r e n c e f o r t h e s e l e c t i o n o f f a n a r r a n g e m e n t s c h e m e s o f d i f f e r e n t c o o l i n g s y s t e m s o f c o m p a c t p o w e r e l e c t r o n i c e q u i p m e n t.K e y w o r d s:d i s c h a r g e r e s i s t a n c e,c o o l i n g s c h e m e,I c e p a k,h e a
9、t d i s s i p a t i o n1 引言随着柔性直流输电技术的不断发展,柔直换流阀在实际工程中得到了广泛应用。该类型换流阀由大量的子模块级联组成,在子模块调试过程中,对子模块进行额定加压是子模块测试的重要步骤。低压加压测试装置作为实现该项测试的专用设备,在运行过程中,通常需要频繁承受短时大电流的加压和泄压,该过程产生的热量通过自然散热已无法满足其散热需求1。另外,针对其结构紧凑且散热效率要求高的设计需求,强迫风冷成为柔直换流阀低压加压测试装置散热方式之首选2-3。目前已有多位学者在电子设备强迫风冷散热方面进行了研究。文献4 针对雷达天线单元散热模块,提出了一种通过增加风机数量提升
10、散热效果的热设计方案。文献5-7 从风机的特性曲线出发,分析了在风机串联或并联后输送系统气源的特性变化,也对不同类型风机串、并联效果进行了研究。但在紧凑型大功率电力设备强迫风冷散热方面的研究相对较少。本文基于柔直换流阀低压加压测试装置,旨在研究一种结构紧凑、散热效果良好的强迫风冷散热设计方案。首先,梳理出低压加压装置的主要发热元件,然后根据主要发热元件的热功率进行风机选型,并设计了3种散热方案,最后应用I c e p a k软件分别对3种方案进行了仿真计算与分析,最终确定了最佳方案。2 热设计过程低压加压测试装置具体热设计流程如图1所示。2.1 分析软件本文应用三维建模软件进行主要发热元件散热
11、系统建模,并将其以s t p格式导入到AN S Y S前处理软件S p a c e c l a i m进行模型简化处理,应用I c e p a k软件进行热流耦合分析及后期数据处理。2.2 技术要求1)冷却介质:空气。2)散热方式:强迫风冷。3)主要发热元件:放电电阻(4个)。4)放电电阻外形尺寸:长宽高(3 5 0 mm1 0 7 mm5 0 mm)(见图2)。试验研究 新技术新工艺 试验与研究6 3 图1 热设计具体流程图2 放电电阻外形尺寸图(单位为mm)5)放电电阻热功率:PR1=2 0 0 W,PR2=2 0 0 W,PR3=2 0 0 W,PR4=2 0 0 W。2.3 风扇选型首
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