[发明专利]一种提高功率单元效能的水管变径计算方法

说明书

本发明涉及一种提高功率单元效能的水管变径计算方法，其特征在于，合理分配功率单元各支路水管管径，实现合理分配各支路冷却水流量；而流量又影响功率单元水冷系统的散热效能，IGBT的结温：Tj_IGBT＝P_IGBT×(Rth_IGBT+Rth_hs)+Tin；放电电阻的结温：Tj_Resistor＝P_Resistor×(Rth_hs+Rth_grease)+Tin；冷却水流量满足各支路水管流量总和等于总水管的流量。优点是：调整水管的内径，改变水冷板的冷却效率，实现了优化水路的目的。

技术领域

本发明属于大功率电力电子变换器领域，尤其涉及一种提高功率单元效能的水管变径计算方法。

背景技术

当今时代，无论在国防、军工、民用等重要领域，电力电子设备得到了广泛的应用，其稳定性和可靠性也因此引起人们关注。在影响电力电子装置的可靠性的多种因素中，散热是至关重要的一个。在众多的散热方式中，水冷散热以其较高的对流换热系数，优秀的散热效率，使其得到了广泛的应用。

如图1是功率单元水路的示意图，冷却水从单元的总进水管流入，在支进水管处分流为支进水管一、支进水管二，再先后分别流经两个水冷板和支出水管，在汇流至总出水管。在整个水循环的过程中，冷却水在密闭的水路中循环，在流经水冷板时，发热元件(主要是IGBT)产生的热量与冷却液充分交换。

作为功率耗散的媒介，冷却水的流量越大，对发热元件功率的耗散越有利，主要体现在水冷板的热阻会随着流量的加大而减小，即：间接提高了水冷板的导热能力。而水管直径影响流量的大小，因此需要合理设计水管，有利于各发热元件的散热。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种提高功率单元效能的水管变径计算方法，在成熟可靠的水管加工工艺基础之上，调整水管的内径，依据热传递和流体力学理论，经过推导和计算，优化水路，更大程度地提高提高发热元件的使用效率。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种提高功率单元效能的水管变径计算方法，其特征在于，合理分配功率单元各支路水管管径，实现合理分配各支路冷却水流量；而流量又影响功率单元水冷系统的散热效能，具体包括以下步骤：

1)IGBT的结温：

Tj_IGBT＝P_IGBT×(Rth_IGBT+Rth_hs)+Tin (1)

式(1)中：P_IGBT是IGBT的损耗；Rth_IGBT是IGBT的热阻；Rth_hs是水冷板的热阻；Tin是水冷板进水温度；

2)放电电阻的结温：

Tj_Resistor＝P_Resistor×(Rth_hs+Rth_grease)+Tin (2)

式(2)中：P_Resistor是放电电阻的损耗；Rth_grease是放电电阻导热硅脂的热阻；

3)Rth_hs水冷板的热阻计算：

Rth_hs＝[Tmax-Tin-P/(v×C×ρ)]×(A/P) (3)

式(3)中：P是水冷板上发热元件的损耗；C是冷却水的比热容；v冷却水的流速；Tmax是水冷板表面允许的最高温度；ρ是冷却水的密度；A是被冷却区域的面积；

4)各支路中水管内冷却水流阻：

H＝2×L×f×ρ×Q²/(π×d³)+4×k×ρ×Q/(π×d²×2000) (4)

式(4)中：f是摩擦系数；L是水管长度；k是阻力系数；Q是冷却水流量；d是水管直径；

5)Q冷却水流量满足各支路水管流量总和等于总水管的流量。