svg图ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９５－５０９Ｘ.２０１９.１２.０１７
ＳＶＧ热损耗计算及散热设计
张中胜ꎬ于海波ꎬ盛晓东ꎬ刘国伟
(南京南瑞继保工程技术有限公司ꎬ江苏南京㊀２１１１０２)
摘要：可靠的散热设计是ＳＶＧ产品长期稳定运行的关键ꎬ在详细分析ＩＧＢＴ模块热功耗构成的基础上ꎬ通过ＩＣＥＰＡＫ热仿真软件对某ＳＶＧ产品的整机热设计进行全面优化ꎬ最终实现温升低于３７Ｋ㊁保证ＳＶＧ产品长期稳定运行的控制目标ꎬ并结合实验测试验证了设计数据ꎮ关键词:ＳＶＧꎻ热损耗计算ꎻ离心风机ꎻＩＣＥＰＡＫꎻ风冷散热器
中图分类号:ＴＭ７６２㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:２０９５－５０９Ｘ(２０１９)１２－００７６－０４㊀㊀静止无功发生器(ｓｔａｔｉｃｖａｒｇｅｎｅｒａｔｏｒꎬＳＶＧ)依靠大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换ꎮ基本原理是将自换相桥式拓扑电路通过电抗器直接并联在电网上ꎬ通过调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值或者直接控制其交流侧电流相位或幅值ꎬ实现动态无功补偿的目的ꎮ
ＳＶＧ系统工作时ꎬ功率器件在开通㊁关断过程中会产生大量的功率损耗ꎬ产生的损耗会以热量的形式耗
散出来[１]ꎬ因此能否保证ＳＶＧ系统可靠散热ꎬ对ＳＶＧ系统运行寿命至关重要ꎮ本文以某ＳＶＧ系统为例ꎬ对产品的散热设计进行了较为详细的阐述ꎮ
１㊀ＳＶＧ系统介绍
无功补偿技术发展历程是一个不断创新㊁发展㊁完善的过程ꎬ如图１所示ꎮ其经历了固定补偿㊁以调压调容(ＶＣＱＶ/ＴＳＣ)的方式进行无功补偿㊁动态无功补偿等阶段ꎮ
图１㊀无功补偿技术发展历程图
㊀㊀ＳＶＧ系统装置可提供连续快速可调的感性和容性无功ꎬ装置无级动态补偿调节范围大ꎬ响应速
度快[２]ꎬ整机响应时间<５ｍｓꎮ同时控制灵活ꎬ可单独补偿电压㊁无功㊁功率因数ꎬ各种模式可无缝切换ꎮＳＶＧ系统完全能满足电网无功补偿及谐波治理的要求ꎬ是目前最先进的无功补偿技术之一ꎮ
２㊀功率模块功耗计算
在ＳＶＧ系统中ꎬＩＧＢＴ模块是控制整个系统关断㊁整流逆变的核心器件ꎬＳＶＧ系统运行时ＩＧＢＴ模块会产生大量的热量ꎬ是ＳＶＧ系统损耗的主要来源ꎮＩＧＢＴ模块损耗包括通态损耗和开关损耗ꎬ将ＩＧＢＴ的输出特性曲线运用线性化思想近似为一条直线ꎬ由于开关过程分为开通㊁关断和恢复３
个时刻[３]ꎬ因此相应地将ＩＧＢＴ模块的总损耗分为４部分ꎬ即通态损耗㊁开通损耗㊁关断损耗和恢复损耗ꎮ
本文所述ＳＶＧ系统的工作参数见表１ꎮ
表１㊀ＳＶＧ系统工作参数
参数
数值额定集电极电流ＩＣＮ/Ａ６５０ＳＶＧ额定电流ＩＣＱ/Ａ４６２
额定压降ＶＣＥＮ/Ｖ１.６
额定的开通时间ｔｒＮ/μｓ０.１２额定关断时间ｔｆＮ/μｓ
０.５７反向恢复时的额定峰值电流ＩｒｒＮ/Ａ６５３
续流二极管反向恢复时间ｔｒｒＮ/μｓ０.５０ＩＧＢＴ开启电压ＶＣＥ０/Ｖ１.０续流二极管门槛电压ＶＦ０/Ｖ１.０集电极峰值电流ＩＣＭ/Ａ６５３集电极电压Ｖｃｃ/Ｖ１０００开关频率ｆｓ/Ｈｚ４５０㊀㊀把各个参数数值代入损耗计算公式ꎬ得到ＩＧ￣ＢＴ模块各部分损耗值如下ꎮ
收稿日期:２０１８－０６－２９
作者简介：张中胜(１９８５ )ꎬ男ꎬ工程师ꎬ硕士ꎬ主要从事电力系统一次设备的结构设计工作ꎬｚｈａｎｇｚｓ＠ｎａｒｉ－ｒｅｌａｙｓ.ｃｏｍ.
６７ ２０１９年１２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀机械设计与制造工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｄｅｃ.２０１９第４８卷第１２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＭａｃｈｉｎｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.４８Ｎｏ.１２

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