Güç Dönüştürücü Tasarımında Termal Kısıtlamaların Yönetilmesi
Elektrikli araçlar, havacılık ve uzay uygulamaları veya yenilenebilir enerji uygulamalarındaki güç dönüştürücülerinin kompakt ve güvenilir olmalarının yanı sıra büyük miktarlarda güç aktarabilmeleri gerekir. Çekiş için motor tahriklerinde, yüksek güç yoğunluklarına yönelik bu sürekli artan talep, invertörün motora çok yakın olduğu entegre yapılar nedeniyle çok zorlu bir termal ortamla da karşılaşmaktadır.
Güç yarı iletken cihazlarının termal yükünün hassas bir şekilde yönetilmesi ve arızaların ana nedenlerinden biri olduğu için aşırı ısınmanın önlenmesi gerekir. Doğru bileşen değerinin seçilmesi, tasarımın kritik bir yönüdür ve dönüştürücülerin kullanım ömrünü tehlikeye atmamak için soğutma sistemlerinin optimum boyutlandırılması gerekir. Yapıdaki yüksek sıcaklık gradyanları da güç dönüşümünün global performansını etkileyecek ve diferansiyel termal genleşmeler nedeniyle mekanik arızalara neden olabilecektir. Bir tarafta güvenilirlik ve performans, diğer tarafta maliyet ve boyut arasında doğru denge bulunmalıdır.
Altair PSIM simülasyon aracında, motor, dönüştürücü ve kontrolü dahil olmak üzere tam bir motor sürücüsünü göz önünde bulundurabilirsiniz. Bu, karşılaşacağı çeşitli koşulları sanal olarak test edebileceğiniz anlamına gelir. Her bir güç cihazının davranışı, güç kayıplarını iç sıcaklıklarıyla birlikte değerlendirebilen özel modeller kullanılarak doğru bir şekilde temsil edilebilir. Daha sonra, bileşenlerin türü, anahtarlama hızı veya kullanılan PWM modelleri gibi tasarım değişkenlerinin sıcaklıklar üzerindeki etkisini değerlendirebilir ve ardından potansiyel termal kaynaklı arızaları tahmin edebilirsiniz.
Bu 1D görünümü tamamlamak için 3D simülasyonlar eklenebilir ve birleştirilebilir, böylece dönüştürücüdeki sıcaklık dağılımı ve performans üzerindeki etkisi hakkında daha da kesin bir bilgi elde edilebilir. Altair PSIM‘de hesaplanan cihazların güç kaybı bilgileri ve bunların sıcaklığa bağımlılığı, baralardan gelen kayıpların da dahil edilebileceği 3D analizi gerçekleştirecek olan Altair SimLab‘e (çoklu fizik modelleme ve çözüm yazılımı) gönderilebilir. Simülasyon aynı zamanda CFD kullanarak dönüştürücünün soğutma sisteminin etkisini de içermektedir. Böylesine derin bir kavrayış, soğutucuların tasarlanmasına ve soğutma sıvısının akış hızı gibi temel parametrelere karar verilmesine büyük ölçüde yardımcı olur.
Bu iş akışı, soğutma gerektiren her tür güç dönüştürücü çoklu kW ve daha büyük güç dönüştürücü için geçerlidir. Bu konuyla ilgili simülasyon sonuçları hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız, güç elektroniği konulu “Accelerate E-NNOVATION” web semineri serisine katılın.
Denemek için Altair PSIM ve Altair SimLab yazılımlarını Altair ONE Marketplace‘den indirebilirsiniz.
Sorularınızı iletişim formunu kullanarak paylaşabilirsiniz.
