矿用无刷直流电机控制器散热装置设计原则

　　1.IGBT热功率和最高温度计算

　　IGBT驱动三相永磁无刷直流电机，流过电流在理想状态下是峰值为60°角的梯形波，实际运行中受电机电感影响和电容容量限制，波峰有两个较大的尖峰，如图1所示。为计算方便，IGBT流过的电流简化为额定状况下为标准的梯形波。控制器输出峰值电流530 A，经积分计算出有效电流约为350A。

　　在此使用英飞凌IPOSIM工具，计算使用3个FF600R06ME3器件、三相两电平拓扑结构、方波驱动方案IGBT损耗和热参数。在环境温度40℃，散热热阻0.27K/W时，IGBT稳态温度最高为118.6℃，1个IGBT损耗功率为206.4W，3个IGBT为619.2W。

　　2.电控箱热传导和对流散热仿真

　　IGBT组件安装在一块双面抛光的20 mm厚铝板上，利用铝导热率高、热容性大的特点，尽量把IGBT热传导出IGBT本体以外。由于电控箱防爆结构的要求，必须使用钢板制作防爆外壳，因此铝板最终安装到抛光的电控箱内背部钢板上，钢板外部加散热筋加强散热效果。散热过程是IGBT热量传导到铝板、铝板传导到钢板、钢板传导到散热筋、散热筋和外部空气对流换热。

使用Flotherm软件简化建模，铝板导热系数取237 W/mK，钢板导热系数取51.9 W/mK，忽略导热硅脂等辅助材料影响，根据平板导热原理

　　模型中，IGBT及其安装铝板布置在电控箱后板上，无反电控箱被隔板分割为主腔和接线腔两个独立的部分，散热片贴在后板外部。由于煤矿井下环境温度相对稳定，假设环境温度最高为30℃。根据空气自然散热需要保证散热片间有相对较大的空气对流间隙，基板厚度选为10 mm，散热片采用间距20 mm，高100 mm的碳钢散热片。通过仿真，IGBT组件通过散热筋和电控箱体钢板自然散热，IGBT最高温度温度74.9℃，小于设计值118.6℃，电控箱可以正常运行。

　　通过和另外一种128 V，750 A电控箱的实际散热试验对比，该散热模型温度合理。通过计算、仿真和试验相结合的方法，提高了电控箱设计速度，节约了设计经费，对其他电控箱的热设计和分析具有参考意义。