توضیحات
چکیده
در این مقاله، شبیه سازي سه بعدي انتقال حرارت براي یک نمونه تجهیز الکترونیک قدرت و سیستم خنکساز آن پیاده سازي میشود. تجهیز یک اینورتر سه فاز توان بالا ساخت شرکت سمیکرُن است که کاربرد اصلی آن در وسایل نقلیه برقی و هیبریدي است. سیستم خنک ساز یک گرمابر داراي پره مستقیم مستطیلی با مقطع عرضی یکنواخت است که از طریق همرفت خنک میشود. عامل محدودکننده طراحی سیستم انتقال حرارت، بالا بودن دماي بیشینه تراشه ها و به عبارتی منابع حرارتی موجود در اینورتر با نام اختصاري IGBTاست. دماي IGBTها براي جلوگیري از شکست حرارتی و مکانیکی تجهیز بایستی زیر 125 ͦCباشد. یکی از اهداف اصلی، کاهش دماي بیشینه با طراحی دقیق چیدمان تراشه ها است. طراحی ابعاد هندسی گرمابر، با توجه به محدویت حرارتی تراشه ها و مصالحه بین حجم مواد مصرفی و بازده گرمابر انجام میشود. پارامترهاي هندسی مورد بررسی تعداد، ارتفاع و ضخامت پره ها و نیز ضخامت پایه گرمابر است. تلفات توان منابع حرارتی با شبیه سازي در نرم افزار متلب و اطلاعات فنی ارائه شده از طرف شرکت سازنده به دقت محاسبه میشود. مدل حرارتی اینوتر و سیستم خنک ساز آن توسط روش اجزاء محدود پیاده سازي میشود. صحت مدلسازي حرارتی و توان اتلافی محاسبه شده، توسط نرمافزار سمیسل تأیید میشوند. طراحی دقیق چیدمان سبب کاهش چشمگیر دماي بیشینه تراشه ها به مقدار 20 ͦCمیشود. بازده گرمابر با طراحی مناسب براي ضرایب انتقال حرارت ،50 W/m2.K 75 W/m2.Kو 100 بهترتیب با افزایش حجم %13/51 ،%22/52و ،%0به مقدار %16/67 ،%10/35و %27/51نسبت به گرمابر اولیه افزایش یافته است.
مقدمه
در 60سال اخیر مدیریت حرارتی تجهیزات الکترونیک قدرت که همان طراحی اجزاء داخلی و نیز سیستم خنکساز مناسب است، سبب توسعه روشهاي انتقال حرارت پیشرفته شده است. مزایایی مانند قابلیت کنترل بهتر توان انتقالی، افزایش توان و کوچک سازي تجهیزات الکترونیک قدرت، بدون توسعه روش هاي طراحی و آنالیز حرارتی امکان پذیر نیستند. هدف اولیه مدیریت حرارتی این تجهیزات، جلوگیري از شکست حرارتی است که به عنوان شکست ناشی از حرارت و از دست رفتن کل عملکرد الکترونیکی یک جزء مشخص تعریف میشود. این نوع شکست معمولاً منجربه ترك خوردگی قطعات مکانیکی تجهیز الکترونیک قدرت و یا جدا شدن هدایت کننده ها در داخل تجهیز از اتصالات الکتریکی خارج از آن میشود، همچنین افزایش حرارت از محدوده مجاز منجربه شکست مواد نیمه رساناي تجهیز الکترونیک قدرت خواهد شد.
ABSTRACT
In this paper, 3-D simulation of heat transfer in a power electronic device and its cooling system is performed. The device is a high voltage three-phase inverter manufactured by Semikron Company; its main application is in electric and hybrid vehicles. Cooling system is a forced-air
plate-fin heat sink. A limitation factor of designing heat transfer is maximum temperature of the inverter’s chips, heat sources, called IGBT. Maximum temperature of IGBTs should be below 125ᵒC in order to avoid both the thermal and the mechanical failures. One of the primary
objectives is the reduction of the maximum temperature by designing the layout of chips. Also, the heatsink geometry design is accomplished by taking intoconsideration the maximum temperature and tradeoff between both the usage material volume and the heatsink efficiency. Geometries are the number of fins, the fin height, fin thickness and the base thickness of the heatsink. The power dissipation is estimated using datasheet information and output waveforms obtained from simulation in MATLAB. A thermal model of the inverter and its cooling system are simulated by using finite-element method (FEM). The accuracy of the thermal model and power dissipation estimation are verified by Semisel software. The maximum temperature is significantly reduced about 20ᵒC by designing the layout precisely. Also, the heatsink efϐiciency is increased 10.35%, 16.67% and 27.51% with the increase of the material volume about 22.52%, 13.51% and 0% for the heat transfer coefϐicient, 50, 75 and 100 (W/m2.K) by good design of the heatsink geometry, respectively.
INTRODUCTION
In the last 60 years, the management of the thermal power equipment of power equipment, which is the same as the design of internal components and the cooling system, has led to the development of advanced heat transfer methods. Advantages such as improved power control capabilities, increased power and power electronic equipment mitigation are not possible without the development of design and thermal analysis methods. The primary goal of thermal management of this equipment is to prevent thermal failure, which is defined as a failure due to heat and the loss of the entire electronic function of a specific component. This kind of failure usually results in the cracking of mechanical components of the power electronics, or the separation of conductors within the equipment from external electrical connections, and also the increase in temperature from the permissible range will result in failure of semiconductor materials of electronic equipment.
Year: 2015
Publisher : Journal of Mechanical Engineering
By : Hamideh Delaram , Ali Dastfan , Mahmood Norouzi
File Information: persian Language/ 12 Page / size: 900 KB
Only site members can download free of charge after registering and adding to the cart
سال : 1394
ناشر : مجله مهندسی مکانیک مدرس
کاری از : حمیده دلآرام ،علی دستفان ،محمود نوروزي
اطلاعات فایل : زبان فارسی / 12 صفحه / حجم : KB 900
نقد و بررسی‌ها
هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.