一种用于大功率船舶岸电变流系统的高效热设计方法

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一种用于大功率船舶岸电变流系统的高效热设计方法,其特征在于,该方法包括以下步骤：(1)输入大功率船舶岸电变流系统所采用的IGBT模块制造厂商提供的IGBT模块参数表,计算在占空比与时间满足正弦关系下的大功率船舶岸电变流系统中各个IGBT模块中的IGBT器件和续流二极管的通态损耗,具体计算方法如公式(1)和(2)所示：其中,PIGBTc表示IGBT器件的通态损耗,PDc表示续流二极管的通态损耗,I0表示流过IGBT器件的电流,Vc0表示IGBT器件输出电压在电流I0＝0时的开启电压,Rc表示IGBT器件的通态电阻,Vf0表示续流二极管输出电压在电流I0＝0时的开启电压,Rf表示续流二极管的通态电阻。(2)计算各个IGBT器件和续流二极管的开关损耗,具体计算方法(3)和(4)所示：其中,PIGBTs表示IGBT器件的开关损耗,PDs表示续流二极管的开关损耗,fs表示IGBT器件的开关频率,PIGBTon表示IGBT器件在额定状态下的单脉冲开通损耗,PIGBToff表示IGBT器件在额定状态下的单脉冲关断损耗,PDoff表示续流二极管在额定状态下的单脉冲关断损耗。(3)按照公式(5)计算大功率船舶岸电变流系统的总功耗PT：PT＝6*N*(PIGBTc+PIGBTs+PDc+PDs)##(5)其中,N表示每相并联的IGBT模块数量。(4)查询IGBT模块参数表获得IGBT器件在稳定工作状态下所容许的温度上限值Twm和IGBT内部芯片到IGBT模块表面的热阻值Rt,并依据大功率船舶岸电变流系统容许的工作环境温度上限值Tem,可以计算出系统容许的温升上限值Tmr＝Tem#Twm。(5)按照公式(6)计算待设计的散热系统对应的热阻Rdesign,并查询技术手册中热阻风压曲线确定采用强制风冷散热模式的风机风压值,依据公式(7)计算所需的风量值Qdesign,然后综合依据风压值和风量值这两个重要技术参数可以确定出风机的型号；其中,λ表示工程估算比例系数,通常取1.6～2之间的实数,ρ表示空气密度,c表示空气的比热容。(6)依据大功率船舶岸电变流系统尺寸要求,确定大功率船舶岸电变流系统中待设计的散热子系统空间尺寸的上限值,包括散热子系统厚度的上限值dmax,散热子系统表面积的上限值Smax；(7)在步骤5和6的基础上,结合公式(8)确定大功率船舶岸电变流系统中待设计的采取强制风冷方式的散热子系统厚度ddesign和表面积Sdesign应满足的约束条件：其中,α表示散热系统所采用材料的热导率,β表示与散热系统表面和安装角度相关的修正因子,β的取值范围通常可以为0.01至0.05范围的实数。(8)按照公式(9)确定大功率船舶岸电变流系统中待设计的散热子系统空间尺寸的优化模型：minF(x)＝min{w1(ddesign)2+w2(Sdesign)2},x＝(ddesign,Sdesign)0

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