مطالعه عددی بهبود عملکرد انتقال حرارت برای یک اینورتر قدرت سه فاز

در این مقاله، شبیه‌سازی سه‌بعدی انتقال حرارت برای یک نمونه تجهیز الکترونیک قدرت و سیستم خنک‌ساز آن پیاده‌سازی می‌شود. تجهیز یک اینورتر سه‌فاز توان بالا ساخت شرکت سِمیکرُن است که کاربرد اصلی آن در وسایل نقلیه برقی و هیبریدی است. سیستم خنک‌ساز یک گرمابر دارای پره مستقیم مستطیلی با مقطع عرضی یکنواخت است که از طریق همرفت خنک می‌شود. عامل محدود‌کننده طراحی سیستم انتقال حرارت، بالا بودن دمای بیشینه تراشه‌ها و به عبارتی منابع حرارتی موجود در اینورتر با نام اختصاری igbt است. دمای igbt‌ها برای جلوگیری از شکست حرارتی و مکانیکی تجهیز بایستی زیر ?c 125 باشد. یکی از اهداف اصلی، کاهش دمای بیشینه با طراحی دقیق چیدمان تراشه‌ها است. طراحی ابعاد هندسی گرمابر، با توجه به محدویت حرارتی تراشه‌ها و مصالحه بین حجم مواد مصرفی و بازده گرمابر انجام می‌شود. پارامترهای هندسی مورد بررسی تعداد، ارتفاع و ضخامت پره‌ها و نیز ضخامت پایه گرمابر است. تلفات توان منابع حرارتی با شبیه‌سازی در نرم‌افزار متلب و اطلاعات فنی ارایه شده از طرف شرکت سازنده به دقت محاسبه می‌شود. مدل حرارتی اینوتر و سیستم خنک‌ساز آن توسط روش اجزا محدود پیاده‌سازی می‌شود. صحت مدل‌سازی حرارتی و توان اتلافی محاسبه شده، توسط نرم‌افزار سِمیسِل تایید می‌شوند. طراحی دقیق چیدمان‌ سبب کاهش چشمگیر دمای بیشینه تراشه‌ها به مقدار ‌?c 20 می‌شود. بازده گرمابر با طراحی مناسب برای ضرایب انتقال حرارت w/m2.k 50، w/m2.k 75 و w/m2.k 100 به‌ترتیب با افزایش حجم 52/22%، 51/13% و 0%، به مقدار 35/10%، 67/16% و 51/27% نسبت به گرمابر اولیه افزایش یافته است.