大功率整流桥水冷散热器散热分析
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上层出水管道采用平直分布流速较平缓大小方向基本相同且由于流体黏性作用靠近管道内壁处流速较低中间部分流速较大流速大小为05mso2结构b由于采用对称结构布置下层冷进水流体流速与出水口管道流速对称分布与结构a进水口流速基
•变换技术与设计•
•挞流、逆变技术专題
电器与能效管理技术（2019NO. 16）
大功率整流桥水冷散热器散热分析
Key words: rectifier bridge ； water-cooled radiator ； thermal simulation ； temperature rise
0引言
随着电力电子技术的迅速发展，电子元器件 的大功率、小型化要求不断提高,导致产品的散热 问题日益突出3）。为满足大功率电力电子装置 的高耗散功率密度，产品开始采用强迫散热方式 进行散热，如加装水冷散热器、风扇冷却等。对于 水冷散热器结构方面，许佩佩等⑶仿真计算了不 同结构形式下的水冷板散热器的换热性能和压力 损失，仿真结果表明并联形式结构换热性能最好, 但仿真结果缺乏温升试验数据验证。王雅博 等⑷通过对4种结构形式的散热器进出水形式对 流换热效果对比，得出D型散热器压力损失小, 综合散热效果最好。王彬等⑸对CPU芯片散热 器不同结构进行试验研究,结果表明具有导流板 结构形式的圆柱形翅柱散热器不仅可以降低流动 阻力，还可以强化对流换热。ZHAO J等⑷通过
对针翅散热器的流动和传热特性分析，得到了最 优热性能针翅孔隙率和针翅角度。NDAOS等⑺ 通过试验研究了单相冲击射流下翅柱式结构散热 器，结果表明对于给定的射流速度,流体雷诺数在 8 000 ~80 000时，圆柱形和方形翅柱散热器散热 效果最好。赵岩⑻利用热平衡原理对船用逆变 器水冷散热系统进行了散热优化设计，最终选用 串并联式散热管作为散热器的主要结构。对于选 用新型材料及工艺方面，韩立业⑼基于有限元软 件Ansys对IPM中功率单元及散热单元进行研究 设计,结果表明采用新材料及烧结技术替代原有 焊接技术可以有效降低模块稳态工作时的温度， 增加模块的使用寿命。对于散热器流体仿真选用 模型方面，丁杰等"⑴利用Fluent软件分别仿真 计算了流体在AB模型、LS模型、YS模型、标准ke等模型下的温度场及压降，通过试验数据进行 对比，得出LB模型与试验数据较相吻合,对水冷
Thermal Analysis of Water Cooling Radiator for High Power Rectifier Bridge
GUO Qing [Shanghai Electrical Apparatus Researchinstitute(Group) Co. ,Ltd. ,Shanghai 200063 , China]
1六相整流电路模型
六相永磁同步发电机与传统三相整流系统相 比,能输出脉动较小的直流电压，不但可以减小发 电机的体积和重量,还提高电机的可靠性「⑵。六 相不可控整流电路原理如图1所示。其中VD11 -VD16.VD21 -VD26为整流二极管，G为滤波 电容，厶、厶2为电感,R为负载。IGBT元器件如 图2所示，由于系统主要热源集中在此处,而该型 号IGBT体积较小，所以此处温升较高，需要进行 相关散热处理。
郭庆 [上海电器科学研究所（集团）有限公司，上海200063]
摘要：基于热传导微分方程、流体运动控制方程，建立了六相整流电路传热的数 学模型，数值计算了水冷基板A、B、C3种不同结构下的管道流体的三维温度场和气流 场。计算结果表明结构C温升及压力损失较小，综合散热效果最好。同时针对结构C 进行了相关温升试验，数值计算结果和温升试验值较相吻合,符合工程设计需求。
—63 —
电器与能效管理技术（2019N源自. 16）令整流、逆变技术专題
•变换技术与设计•
散热器的数值仿真计算优化设计具有一定的指导 意义。
本文从数值传热学和流体力学的基础理论出 发，通过数值计算分析不同散热水路对整流模块 散热的散热效果，综合考虑管道温度场及压力损 失,从而选用最优方案。然后制作样机并进行了 相关温升试验，试验结果与数值计算结果相吻合, 满足工程实际相关需求。本文仿真计算了 3种结 构水路的散热效果，对大功率集成模块水冷 散热结构设计及内部管路设计具有一定的借鉴 意义。
Abstract: Based on the heat conduction equation, fluid governing equation and radiation heat transfer equation, the mathematical model of the coupling heat transfer of the six-phase rectifier bridge heat sink was established. The three-dimensional temperature field and air flow field of pipeline fluid under A, B and C structures A , B and C of water-cooled substrates were calculated numerically. The calculation results show that the structure C temperature rise and pressure loss are small, and the comprehensive heat dissipation effect is the best. At the same time,the relevant temperature rise test was carried out for the structure C. The numerical calculation results are in good agreement with the temperature rise test values,which meets the engineering design requirements.
关键词：整流桥；水冷散热器；热仿真；温升 中图分类号：TM46 文献标志码：A 文章编号：2095-8188（2019）16Q063Q5 DOI： 10. 16628/j. cnki. 2095-8188. 2019. 16. 011
郭庆（1993-）, 男，主要从事船用 成套设备及高电压 技术研究。
•变换技术与设计•
•挞流、逆变技术专題
电器与能效管理技术（2019NO. 16）
大功率整流桥水冷散热器散热分析
Key words: rectifier bridge ； water-cooled radiator ； thermal simulation ； temperature rise
0引言
随着电力电子技术的迅速发展，电子元器件 的大功率、小型化要求不断提高,导致产品的散热 问题日益突出3）。为满足大功率电力电子装置 的高耗散功率密度，产品开始采用强迫散热方式 进行散热，如加装水冷散热器、风扇冷却等。对于 水冷散热器结构方面，许佩佩等⑶仿真计算了不 同结构形式下的水冷板散热器的换热性能和压力 损失，仿真结果表明并联形式结构换热性能最好, 但仿真结果缺乏温升试验数据验证。王雅博 等⑷通过对4种结构形式的散热器进出水形式对 流换热效果对比，得出D型散热器压力损失小, 综合散热效果最好。王彬等⑸对CPU芯片散热 器不同结构进行试验研究,结果表明具有导流板 结构形式的圆柱形翅柱散热器不仅可以降低流动 阻力，还可以强化对流换热。ZHAO J等⑷通过
对针翅散热器的流动和传热特性分析，得到了最 优热性能针翅孔隙率和针翅角度。NDAOS等⑺ 通过试验研究了单相冲击射流下翅柱式结构散热 器，结果表明对于给定的射流速度,流体雷诺数在 8 000 ~80 000时，圆柱形和方形翅柱散热器散热 效果最好。赵岩⑻利用热平衡原理对船用逆变 器水冷散热系统进行了散热优化设计，最终选用 串并联式散热管作为散热器的主要结构。对于选 用新型材料及工艺方面，韩立业⑼基于有限元软 件Ansys对IPM中功率单元及散热单元进行研究 设计,结果表明采用新材料及烧结技术替代原有 焊接技术可以有效降低模块稳态工作时的温度， 增加模块的使用寿命。对于散热器流体仿真选用 模型方面，丁杰等"⑴利用Fluent软件分别仿真 计算了流体在AB模型、LS模型、YS模型、标准ke等模型下的温度场及压降，通过试验数据进行 对比，得出LB模型与试验数据较相吻合,对水冷
Thermal Analysis of Water Cooling Radiator for High Power Rectifier Bridge
GUO Qing [Shanghai Electrical Apparatus Researchinstitute(Group) Co. ,Ltd. ,Shanghai 200063 , China]
1六相整流电路模型
六相永磁同步发电机与传统三相整流系统相 比,能输出脉动较小的直流电压，不但可以减小发 电机的体积和重量,还提高电机的可靠性「⑵。六 相不可控整流电路原理如图1所示。其中VD11 -VD16.VD21 -VD26为整流二极管，G为滤波 电容，厶、厶2为电感,R为负载。IGBT元器件如 图2所示，由于系统主要热源集中在此处,而该型 号IGBT体积较小，所以此处温升较高，需要进行 相关散热处理。
郭庆 [上海电器科学研究所（集团）有限公司，上海200063]
摘要：基于热传导微分方程、流体运动控制方程，建立了六相整流电路传热的数 学模型，数值计算了水冷基板A、B、C3种不同结构下的管道流体的三维温度场和气流 场。计算结果表明结构C温升及压力损失较小，综合散热效果最好。同时针对结构C 进行了相关温升试验，数值计算结果和温升试验值较相吻合,符合工程设计需求。
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电器与能效管理技术（2019N源自. 16）令整流、逆变技术专題
•变换技术与设计•
散热器的数值仿真计算优化设计具有一定的指导 意义。
本文从数值传热学和流体力学的基础理论出 发，通过数值计算分析不同散热水路对整流模块 散热的散热效果，综合考虑管道温度场及压力损 失,从而选用最优方案。然后制作样机并进行了 相关温升试验，试验结果与数值计算结果相吻合, 满足工程实际相关需求。本文仿真计算了 3种结 构水路的散热效果，对大功率集成模块水冷 散热结构设计及内部管路设计具有一定的借鉴 意义。
Abstract: Based on the heat conduction equation, fluid governing equation and radiation heat transfer equation, the mathematical model of the coupling heat transfer of the six-phase rectifier bridge heat sink was established. The three-dimensional temperature field and air flow field of pipeline fluid under A, B and C structures A , B and C of water-cooled substrates were calculated numerically. The calculation results show that the structure C temperature rise and pressure loss are small, and the comprehensive heat dissipation effect is the best. At the same time,the relevant temperature rise test was carried out for the structure C. The numerical calculation results are in good agreement with the temperature rise test values,which meets the engineering design requirements.
关键词：整流桥；水冷散热器；热仿真；温升 中图分类号：TM46 文献标志码：A 文章编号：2095-8188（2019）16Q063Q5 DOI： 10. 16628/j. cnki. 2095-8188. 2019. 16. 011
郭庆（1993-）, 男，主要从事船用 成套设备及高电压 技术研究。