电工技术学报  2017, Vol. 32 Issue (13): 80-87    DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.151503
电力电子 |
计及焊层疲劳影响的风电变流器IGBT模块热分析及改进热网络模型
李辉1, 胡姚刚1, 刘盛权2, 李洋1, 刘志祥3
1. 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆 400044;
2. 国网江西省电力公司赣州供电分公司 赣州 341000;
3. 重庆科凯前卫风电设备有限责任公司 重庆 401121
Thermal Analysis and Improved Thermal Network Model of IGBT Module for Wind Power Converter Considering Solder Fatigue Effects
Li Hui1, Hu Yaogang1, Liu Shengquan2, Li Yang1, Liu Zhixiang3
1. State Key Laboratory of Power Transmission Equipment & System Security and New Technology Chongqing University Chongqing 400044 China;
2. State Grid Jiangxi Electric Power Corporation Ganzhou Power Supply Company Ganzhou 341000 China;
3. Chongqing KK-QIANWEI Wind Power Equipment Co. Ltd Chongqing 401121 China
全文: PDF (26696 KB)  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 针对不同疲劳寿命时期对风电变流器绝缘栅双极型晶闸管(IGBT)模块结温的影响,分析焊层在不同脱落度下的IGBT模块热阻变化规律,并建立考虑热阻变化的改进热网络模型。首先,依据风电机组变流器IGBT模块的结构和材料属性,建立三维有限元热-结构耦合分析模型,对基板焊层和芯片焊层在不同脱落度下IGBT模块结温和热应力的分布规律进行仿真分析。其次,确定不同焊层脱落度下其热阻增量值,并建立IGBT模块改进热网络模型。最后,将三维有限元模型和改进热网络模型的结温计算结果进行对比分析,验证了所提的改进热网络模型的有效性。
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作者相关文章
李辉
胡姚刚
刘盛权
李洋
刘志祥
关键词 风电变流器 IGBT模块 焊层脱落 结温计算    
Abstract:Due to the influences of different fatigue lifetime stages on the junction temperature of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) module in wind power converter, this paper analyzes the thermal resistance characteristics in different solder desquamating degrees, and then presents an improved thermal network model of the IGBT module. First, based on the structures and material parameters of the IGBT module of wind power converters, the coupling thermal-structure 3D finite element fatigue model of IGBT module is established. The junction temperature and thermal stress of IGBT module are investigated in different desquamating degrees of base plate solder and chip solder. Second, the thermal resistance parameters are determined in different desquamating degrees, and the improved thermal network model considering solder fatigue effects is established. Finally, the results of junction temperature calculated by the improved thermal network model are compared with those by the 3D finite element fatigue model, which testify the effectiveness of the improved thermal network model.
Key wordsWind power converter    insulated gate bipolar transistor module    solder desquamation    junction temperature calculation   
收稿日期: 2015-09-10      出版日期: 2017-07-19
PACS: TM46  
基金资助:国家自然科学基金(51377184),国际科技合作专项(2013DFG61520),重庆市集成示范计划(CSTC2013JCSF70003),中央高校基本科研业务费专项基金(CDJZR12150074)和重庆市研究生科研创新(CYB14014)项目资助
通讯作者: 胡姚刚 男,1985年生,博士研究生,研究方向为风电变流器状态监测与故障诊断。E-mail: huyaogang345@163.com   
作者简介: 李 辉 男,1973年生,博士,教授,博士生导师,研究方向为风力发电技术、新型电机及其系统分析。E-mail: cqulh@163.com
引用本文:   
李辉, 胡姚刚, 刘盛权, 李洋, 刘志祥. 计及焊层疲劳影响的风电变流器IGBT模块热分析及改进热网络模型[J]. 电工技术学报, 2017, 32(13): 80-87. Li Hui, Hu Yaogang, Liu Shengquan, Li Yang, Liu Zhixiang. Thermal Analysis and Improved Thermal Network Model of IGBT Module for Wind Power Converter Considering Solder Fatigue Effects. Transactions of China Electrotechnical Society, 2017, 32(13): 80-87.
链接本文:  
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