礦用無刷直流電機控制器散熱裝置設計原則

　　1.IGBT熱功率和最高溫度計算

　　IGBT驅動三相永磁無刷直流電機，流過電流在理想狀態下是峰值為60°角的梯形波，實際運行中受電機電感影響和電容容量限制，波峰有兩個較大的尖峰，如圖1所示。為計算方便，IGBT流過的電流簡化為額定狀況下為標準的梯形波。控制器輸出峰值電流530 A，經積分計算出有效電流約為350A。

　　在此使用英飛凌IPOSIM工具，計算使用3個FF600R06ME3器件、三相兩電平拓撲結構、方波驅動方案IGBT損耗和熱參數。在環境溫度40℃，散熱熱阻0.27K/W時，IGBT穩態溫度最高為118.6℃，1個IGBT損耗功率為206.4W，3個IGBT為619.2W。

　　2.電控箱熱傳導和對流散熱仿真

　　IGBT組件安裝在一塊雙面拋光的20 mm厚鋁板上，利用鋁導熱率高、熱容性大的特點，盡量把IGBT熱傳導出IGBT本體以外。由于電控箱防爆結構的要求，必須使用鋼板制作防爆外殼，因此鋁板最終安裝到拋光的電控箱內背部鋼板上，鋼板外部加散熱筋加強散熱效果。散熱過程是IGBT熱量傳導到鋁板、鋁板傳導到鋼板、鋼板傳導到散熱筋、散熱筋和外部空氣對流換熱。

使用Flotherm軟件簡化建模，鋁板導熱系數取237 W/mK，鋼板導熱系數取51.9 W/mK，忽略導熱硅脂等輔助材料影響，根據平板導熱原理

　　模型中，IGBT及其安裝鋁板布置在電控箱后板上，無反電控箱被隔板分割為主腔和接線腔兩個獨立的部分，散熱片貼在后板外部。由于煤礦井下環境溫度相對穩定，假設環境溫度最高為30℃。根據空氣自然散熱需要保證散熱片間有相對較大的空氣對流間隙，基板厚度選為10 mm，散熱片采用間距20 mm，高100 mm的碳鋼散熱片。通過仿真，IGBT組件通過散熱筋和電控箱體鋼板自然散熱，IGBT最高溫度溫度74.9℃，小于設計值118.6℃，電控箱可以正常運行。

　　通過和另外一種128 V，750 A電控箱的實際散熱試驗對比，該散熱模型溫度合理。通過計算、仿真和試驗相結合的方法，提高了電控箱設計速度，節約了設計經費，對其他電控箱的熱設計和分析具有參考意義。