首页 > 设计交流 > 密闭变流器机柜CFD热设计仿真

邮箱:lingdongds@126.com
手机:1368 369 1606
传真:010-84944233
北京灵动空间工业设计有限公司
北京市平谷区刘家店镇凤落滩大街1号102室

 

变流器CFD热设计仿真


变流器设计概述

 

为保证结构设计的合理性,提高设计效率,增加变流器的可靠性,采用CFD热仿真软件辅助设计,对整柜流场进行热分析,变流器整柜分为并网柜、网侧功率柜和机侧功率柜,功率单元水冷板散热,柜内余热利用水风换热器换热。

 

变流器结构设计


机柜外形尺寸为3000×650×2200(mm),整柜密闭,并网柜设计为单开门,功率柜为双开门。柜内重要器件布局为:并网柜上部为水风换热器,之后依次往下为网侧主接触器、框架断路器、滤波电容、电阻、小接触器、熔断器、最后为变压器。网侧功率柜器件布局为上端是UPS供电电源,右侧是卸荷组件,往下依次是功率单元、传感器、水风换热器、功率电阻、网侧电抗、加热器。在机侧功率内,从上到下依次是卸荷电阻和其它电阻,往下依次是机侧功率单元、功率电阻、水风换热、接触器、机侧电抗加热器,结构图如下。

 

 

CFD仿真应用

 

3.1 软件主体功能简绍

    CFD软件是流体动力学软件,它功能强大,操作灵活,计算精确,在各个行业应用中表现出色;整个软件功能分为三部分,其中包括前处理模块、热分析求解模块、后处理模块,其中热分析求解模块是整个软件的核心模块,它内部集成了大量的计算公式和库文件资料,也集成了大量在实际应用中经过实践验证的经验数据,这些在热分析中起到至关重要的作用。

3.2 具体应用方法

    热设计在结构设计的最初就必须参与其中,它跟结构设计相符相成。CFD软件中前处理模块是整个热分析的过程中的前期准备阶段模块,它的功能是3D建模,相当于solidworks、proe等软件的3D建模;热分析求解模块是在绘图模块的基础上进行细化,包括环境温度的设定、重力、结构材料的设定和其它一些重要数据的设定,这部分很关键,是整个热设计成功与否的关键;后处理模块是后期设计的改进,它能帮助我们更准确的了解整个系统的热流走向和内温的高低。

3.3 CFD软件在变流器系统中的实际应用

◆散热方案选择

当采用自然对流冷却和强迫风冷无法满足电子设备的温控要求时,就必须借助于外部水系统来提供强制冷却,对于采用液冷的电子设备,其热设计应着重考虑多个问题:

 ① 选用合适的冷却介质和冷却设备;

 ② 选用的合适的液冷散热器件;

 ③ 设计合适的热流风道;


变流器CFD热仿真图例

 

根据结构设计方案,建立CFD热仿真模型并求解,仿真结果见下图。


如图,柜体之间设计有隔板,是不完全封闭结构,并网柜(左侧)内部热流大部分与网侧功率柜(中间)与机侧功率柜(右侧)进行热交换;而网侧功率柜与机侧功率柜,上方和中部虽然开孔,但是两柜之间少有热量交换,机侧功率柜上方的水风换热器有小循环,交换热量少。从CFD仿真模拟结果可得出结构设计不合理。


变流器优化设计

 

结构优化后再次CFD热仿真,结果显示,并网柜采用密闭结构,热流从柜体底部流向柜体顶端,在经上端的水风换热器底部吸入热空气,经热流循环后顶端冷风吹出,冷风遇到上端隔板反弹向下,流向底部,形成了上下循环的热流系统,是柜体温度分布均匀和温度保持最低;在网侧功率柜和机侧功率柜的隔板上端加装风扇,在中部开孔,热流如图;热仿真结果显示,功率柜之间形成了很好的循环通道。


 

变流器CFD仿真结果

通过热设计软件CFD可以更好的、更直观的看到热设计对结构设计辅助作用不可估量。作为总体方案设计,配合结构设计工程师或电气设计工程师,CFD软件无疑是我们很好的选择,它可以帮组我们更直观的了解热流走向,是结构布局更合理可靠,大大降低产品的研发周期,提高设计水准,保障设备的长期稳定运行。

© 2011 All Rights Reserved. 北京灵动空间工业设计有限公司
京ICP备19047873号-1 | 京公网安备110114000955号