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1、武汉理工大学毕业设计（论文）1目录目录目录1摘要1ABSTRACT .21 绪论 31.1 研究的目的及意义 31.2 国内外研究现状 41.2.1 DC/DC 电源变换器发展现状 41.2.2 热分析研究现状51.3 光伏电源设计思路 71.3.1 实施方案及可行性 81.4 设计内容 92 方案的选择 .102.1 控制方案的选择 .102.1.1 高频方案 .102.1.2 工频方案 .112.1.3 两种方案的对比 .112.2 SPWM 控制技术 112.2.1 SPWM 技术简介 122.2.2 SPWM 技术的优缺点 123 逆变器器机箱热分析研究 .123.1 热分析的基本原理
2、 .123.1.1 热分析软件 ICEPAK 简介133.1.2 流体力学基础-N-S 方程 143.1.3 数值法求解温度场比较.143.2 逆变器热分析.153.2.1 机箱特定参数 .153.2.2 热设计参数计算 .153.2.3 散热方案选择 .173.4 本章小结.193 6kWMOS 管逆变器机箱热仿真分析 .203.1 热仿真试验 .20武汉理工大学毕业设计（论文）23.2 设计参数对散热结果影响253.2.1 散热方式对散热结果的影响.253.2.2 散热片参数对散热结果的影响.263.2.3 风道结构对散热结果的影响.283.2.4 热源布置对散热结构的影响.293.3 功
3、率管逆变器优化方案确定.303.4 本章小结.364 电源机箱三维设计 .374.2 光伏电源设计思路 .374.2.1 48V 逆变器主要板块设计 384.2.2 整体机箱的设计 .404.3 本章小结 .425 总结及展望 .436 参考文献 .44致谢.45武汉理工大学毕业设计（论文）1摘要摘要本论文所采用的设计主要以家用太阳能发电系统为核心，根据光伏效应原理，利用太阳电池将太阳能直接转换为电能的特性，太阳能电池可直接作为电源来驱动负荷，也可以切换到外部三相电网，从而实现了小型光伏系统的并网运行。绘制出电源机箱的三维模型并对其进行热稳定分析。本文第二章介绍了热分析的一些基本原理，并对逆变
4、器进行了热分析的理论研究，第三章用热分析软件 icepak 进行对机箱进行仿真实验，通过对风道结构、散热片参数、热源位置与风扇风量等参数的研究分析，根据温度云图和气流速度云图获得了机箱各结构与其散热性能的影响关系，完成了对机箱散热结构的优化，确定出最优的散热方案，在第四章中采用三维设计软件按照最优散热方案，绘制出电源机箱各零部件三维模型，通过配合给出机箱的总体装配图，并进行可行性分析。本文将理论与建模仿真技术相结合，以理论知识为基础，利用 icepak 仿真软件模拟出来的实验结果，用 solidworks 设计出实物模型，不仅可以降低制作实物的次品率，节约成本，而且可以大大缩短生产周期。关键词
5、关键词：电源机箱 SolidWorks 温度分析 icepak武汉理工大学毕业设计（论文）2ABSTRACTIn this paper the design of household solar power generation system as the core, according to the principle of light born v effect, using solar cells convert solar energy directly to electrical energy, can be directly as a load power supply, can
6、also switch to the external three-phase power grid, the operation of small photovoltaic (pv) grid system. The second chapter presents the basic principle of thermal analysis, and the theory of the thermal analysis about the inverter was studied. The third chapter uses thermal analysis software icepa
7、k to simulate, through the air duct structure, fin parameters and the position and fan air volume of heat source parameters, such as research and analysis, according to the temperature contours and air velocity contours obtained the relations between the structure and the influence of the cooling pe
8、rformance of chassis, completes the structure optimization. According to the optimal cooling scheme, the fourth chapter uses the three dimensional design software to draw out the power supply chassis parts 3 d model, the general assembly drawing is also been given, and a feasibility analysis. In thi
9、s paper, theory and modeling and simulation technology is combined based on the theory of knowledge, it uses icepak simulation software to simulate experimental results, using solidworks to design the physical model, not only can reduce the production of physical defect rate, which saves cost, but a
10、lso can greatly shorten the production cycle.Keywords: power supply chassis SolidWorks Icepak temperature analysis武汉理工大学毕业设计（论文）31 1 绪论绪论1.11.1 研究的目的及意义研究的目的及意义据统计， 55以上的电子设备都容易因为冷却系统设计不良，而导致设备损坏失效。其损坏的概率会随着温度的升高而呈现出上升的趋势，更有甚者会出现器件的环境温度每升高 10，设备的损坏率会随之增大 1 倍甚至更多。在场效应逆变器中的功率器件构成的设备中表现的尤为明显，而且系统内部所产生的
11、大量的热量，若不能及时有效的排除，则将会引起电子电路板的温度过高，从而影响到电子电路班的可靠性和设备的使用寿命。电源电路内部的温度如果上升的超过了电力电子设备的极限值时，则将可能导致电力电子器件的功能失效。所以对逆变器机箱进行合理、有效的散热设计和热分析，在产品的整个过程中有着举足轻重的作用。在传统的散热设计中，设计者通常是根据以往设计的经验，或应用换热公式进行估计，等到生产出完整的成品后，再通过实验来检验产品的散热能力。产品的散热设计若不能够满足产品的运行要求，就需要对产品的散热设计进行修改，然后再设计、再生产、再检验。由此可以看出，传统的热设计方法已经不能够满足现代化的生产需求。因此，产品
12、对其进行有效的热仿真以验证散热设计的合理性是非常必要的。热分析软件可以比较真实地模拟显示出系统的热分布情况，能够在产品散热设计阶段进行热仿真分析，以确定模型的温度的最高点。通过对模型散热设计进行修改或采取必不可少的散热方法，消除热分布不稳定的问题，使系统的最高温度控制在允许的范围内，从而达到设计的要求。设计师必须对产品的散热设计进行深入的分析和研究，从而更好地解决产品设计中的问题。对产品进行散热设计的目的主要是为了改进其结构设计与材料的选择，以找到最佳的导热材料与最优的散热结构，从而使整个逆变器中产生的热量可以快速的传播并散发到周围环境中去，从而将系统控制在满足系统可靠性运行的要求。热设计方案
13、的选择对逆变器的可靠性和成本都有很重要的影响，优秀的散热方案可以保证电源模块保持最佳的工作状态和延长产品的使用寿命。可见通过对损耗的分析计算得到数据参数，建立电路各模块温度模型。通过对热分析软件的运用，合理布置散热器件，设计散热通道，选择散热方式，从而确定优化方案，可以达到降低成本和提高性能的目的，意义巨大。武汉理工大学毕业设计（论文）41.21.2 国内外研究现状国内外研究现状 1.2.1 DC/DC 电源变换器发展现状电源变换器发展现状随着电子技术的发展以及电力电子设备的广泛普及，场效应逆变器在通信、军事、航天、卫星、运输、航海方面获得了越来越多的应用，场效应逆变器中用 MOS 管作功率转
14、换元件几乎不需要信号源提供电流和功率，可大大简化电路，特别适合高频工作。有着更高的能量转换效率，拥有更低的发热特性，更长的平均无故障时间以及更高的可靠性以及更小的体积 。从八十年代末开始电气工程设计师们就已经开始尝试场效应逆变器的研究，大量积聚的热量又成了设计师们新的难题。当时因为受落后的生产工艺以及理论研究水平的限制，开关元件还无法达到很高的开关速度，强行提高元件的开关频率必然将会引起开关损耗的急剧增加，影像设备的正常运行。为解决这一矛盾，各种软开关技术应运而生，工程师们期望通过对 MOSFET 开关性能的提升达到减少 MOSFET 开关损耗的目的。经过多年的研究比较后，有两种软开关技术通过
15、了工程实践的检验，获得了市场的广泛认可其中一项是由 VICOR 公司开发出的的有源箝位 ZVS 软开关技术；另一项是在九十年代初诞生的全桥移相 ZVS软开关技术。 另一方面，随着半导体技术在生产材料以及生产工艺上的迅猛发展，以前制约着 MOSFET 性能提升的诸多难题被一一攻克，功率 MOSFET 的性能获得了飞跃性的提升。使得当今的 MOSFET 的导通电阻、开关时间、以及栅极电容等参数获得了大幅的减小。如今随着微处理器在控制电路中的应用，仅需通过对逻辑电平的切换即可实现对功率 MOSFET 进行导通控制，使场效应逆变器较上一代晶体管逆变器有着质的飞跃。目前，微处理器已经广泛的参与输出电压调
16、节、频率设置、脉宽调制、占空比大小的控制、降频升频控制等工作，而且微处理器的生产成本随着半导体技术的进步不断降低，这使得其应用范围变得越来越广泛，同时国内外也展开了电子元器件的热分析研究， ，随着计算机技术的发展和航空航天技术在军事领域的应用，电子设备及仪器热控制技术受到普遍重视，美国在七十年代就颁布了可靠性热设计手册，作为航空电子设备的强制性标准执行：以色列空军在美国机载电子热分析和热测试技术的基础上加以改进和应用，并把热设计和热测试作为机载电子设备产品研发和交付过程中必不可少的一个环节；日本电气公司在九十年代中期研制的巨型计算机中就己经成功地运用了液冷技术来进行环境温度控制。武汉理工大学毕业设计（论文）5目前，国外在电子设备热分析方面的技术已趋成熟，能够解决稳态和瞬态不同情况下的元器件级、板级和设备级的热分析。热设计的研究工作也在进行，一些专业热设计软件得到了广泛应用，电路板的优化布局技术也趋向成熟，一些新的测量元件和测量方法正大量涌现，如铂薄膜热电阻的步进插阻温度计和辐射测温技术等。20 多年前，美国朗讯公司研发的第
