計(jì)及多熱源耦合及熱疲勞影響的風(fēng)電變流器功率模塊結(jié)溫計(jì)算.pdf

1、變流器作為風(fēng)電機(jī)組電能回饋至電網(wǎng)的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)，其可靠運(yùn)行對(duì)并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的電能質(zhì)量與安全穩(wěn)定性至關(guān)重要。電力電子器件及其功率模塊的結(jié)溫是影響變流器運(yùn)行可靠性的關(guān)鍵因素之一，功率模塊內(nèi)部多芯片熱源耦合及不同壽命時(shí)期器件老化和風(fēng)電機(jī)組復(fù)雜運(yùn)行工況等將影響結(jié)溫計(jì)算，而準(zhǔn)確的結(jié)溫計(jì)算又是實(shí)現(xiàn)其有效的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和壽命預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。因此，本文以實(shí)際雙饋風(fēng)電機(jī)組（DFIG）變流器用絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）模塊為研究對(duì)象，針對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)，開

2、展計(jì)及多熱源耦合以及不同壽命時(shí)期焊層熱疲勞影響的功率模塊結(jié)溫計(jì)算方法的研究。
　　本文主要內(nèi)容包括：
　?、籴槍?duì)風(fēng)電變流器功率模塊內(nèi)部多芯片熱源相互影響，且常規(guī)電熱耦合模型不能有效計(jì)算其結(jié)溫的問題，提出一種多芯片功率模塊結(jié)溫計(jì)算的耦合熱阻抗模型。首先，采用ANSYS/Workbench有限元軟件建立實(shí)際風(fēng)電變流器功率模塊的三維模型，分析功率模塊內(nèi)多芯片的結(jié)溫分布和穩(wěn)態(tài)熱耦合影響。其次，基于多芯片間熱源耦合影響，構(gòu)建功率模塊的

3、熱阻抗矩陣方程，提出基于耦合熱阻抗矩陣的功率模塊結(jié)溫計(jì)算改進(jìn)模型。最后，與相同損耗下的有限元方法和常規(guī)結(jié)溫模型的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。
　?、跒榱藢で箅p饋風(fēng)電機(jī)組變流器IGBT模塊的結(jié)溫特性及其受熱耦合影響的規(guī)律，在耦合熱阻抗模型分析的基礎(chǔ)上，建立了考慮變流器控制策略和雙饋風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行特性的結(jié)溫計(jì)算仿真模型。首先，基于雙饋風(fēng)電機(jī)組的基本原理，在PLECS中建立了雙饋風(fēng)電機(jī)組的動(dòng)態(tài)模型，并分析其運(yùn)行特性。其次，依據(jù)多芯片耦合熱阻抗方法，

4、建立雙饋風(fēng)電機(jī)組變流器IGBT模塊的結(jié)溫計(jì)算模型。最后，分別對(duì)不同運(yùn)行工況下機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)變流器IGBT模塊的損耗、結(jié)溫及其耦合結(jié)溫進(jìn)行分析，并和某H93-2MW雙饋風(fēng)電機(jī)組變流器的殼溫實(shí)際測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較。
　?、坩槍?duì)功率模塊內(nèi)焊層疲勞影響其結(jié)溫計(jì)算的問題，結(jié)合耦合熱阻抗模型，提出一種計(jì)及不同壽命時(shí)期影響的IGBT模塊結(jié)溫計(jì)算模型。首先，搭建風(fēng)電變流器功率模塊的焊層熱疲勞三維有限元模型，同時(shí)引入焊層脫落度概念，分析不同焊層脫落度下功