500KW光伏逆变器IGBT模块方案对比及关键技术(4)

热设计：
选择合理的散热器，散热风机，设计有效的散热风道，把发热功率器件：功率开关管IGBT，电抗器，变压器，和其它功率的温度控制在规定的数值之下，将热源通过一个通道散到外部环境中 。
热设计步骤:
1 计算出发热元器件的最高损耗。
2 确定冷却方式
3 建立仿真模型，设计散热器。
4 风机选择
5 风道设计
损耗的计算：
逆变器的损耗包括功率开关管IGBT的损耗和磁性材料电抗器变压器的损耗。
磁性材料的的损耗包括铜损和铁损， 
铜损指变压器线圈电阻所引起的损耗，当电流通过线圈电阻发热时，一部分电能就转变为热能而损耗，由于线圈一般都由带绝缘的铜线缠绕而成，因此称为铜损。铜损可以通过测量变压器短路阻抗来计算。
铁损包括两个方面：一是磁滞损耗，当交流电流通过变压器时，通过硅钢片的磁力线其方向和 大小随之变化，使得硅钢片内部分子相互摩擦，放出热能，从而损耗了一部分电能，这便是磁滞损耗。另一是涡流损耗，当变压器工作时，铁芯中有磁力线穿过，在 与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流，由于此电流自成闭合回路形成环流，且成旋涡状，故称为涡流，涡流的存在使铁芯发热，消耗能量，这种损耗称为涡流损 耗。铁损可以通过测量变压器空载电流来计算。
太阳能逆变器中电抗器的效率一般可设计到99.1%到99.6%，变压器的效率一般可设计到98.5%到99.0%，效率越高，成本也越高，因此要在效率和成本之间做出一个合理的选择。
IGBT的损耗包括 IGBT的通态损耗，开关损耗，反并联二极管的通态损耗，开关损耗，IGBT内部焊线的损耗。这些损耗可以测量，也可以计算，一般可以采用厂家提供的软件来计算。
    以英飞凌为例，计算损耗的软件名是：IPOSIM，在官方网可以下载，使用时要提供应用环境如开关频率，输出电流、调制比、功率因数，母线电压，输出电压，最高使用环境温度，再进行进行仿真计算。 电感制造的主要工序，前沿制造技术和新材料技术：
制造工序
绕线： 筒式绕组（适于低压，输入阻抗小），饼式绕组（利于高压分段式绕线），笼式绕组（散热效果好，输入阻抗高，利于匝间绝缘），三明治绕组（初次级交错夹层绕，得到极低的输入阻抗）, 超大电流用箔式导体，一般情况用扁线及多股扁线，H级以下用漆包线居多，H 级以上多数用NX 绕包线。为减少趋肤效应（skin effect) 而采用多股线并绕，为减少邻近效应(proximity effect ) 会采用换位绕线。
迭片： 整迭组装（空载电流大，产品效率低，噪音高，方便快捷）；交错迭片（N:N对叉，损耗小，噪音低；耗时间）；斜角接缝交叉片/ 宽窄片圆形导磁截面/ 三相五柱式铁芯（均是提高产品效率的途径，但产品长度增加，材料损耗也多）。
组装： 主要保证牢固程度及装配尺寸。另外要注意到电气安全间距，还要注意避免产生外部磁回路
浸漆： 现在行业内基本上都采用了真空浸漆，渗透性更好，完全浸入到绝缘纸及硅钢片的微小缝隙中，绝缘更可靠，噪音更低
电感制造主要材料：
导磁材料： 导磁材料有金属磁心，铁粉磁心和铁氧体磁心三类，工频电感由于频率较低，一般采用金属磁心中的硅钢片，硅钢片越薄，铁损越少，为了提升效率，本设计采用厚度为0.23mm的损耗极低的取向硅钢片，这主要考虑到在太阳能转化系统中，存在数千赫芝的高频谐波，通过使用极薄的硅钢片，使得高频损耗在铁心上的损耗降到了最低点。
导电材料： 铜材（导电好，价格贵）铝材（导电略比铜差，价格便宜重量轻）都有广泛应用。
绝缘材料： 低温等级牛皮纸，青壳纸等只限于油冷及A级以下产品。北美广泛使用的是诺美纸。 欧洲更多应用环氧树脂浇注结构。我国前些年浇注结构上了很多项目，近5年以诺美纸为主体的绝缘设计趋于主流。
电感的效率控制关键要素
影响效率的因素： 铁芯损耗、绕组损耗、阻抗匹配 。
铁芯损耗：高牌号的硅钢片，良好的磁路及磁密设计，稳定的迭片工艺，合适的组装应力，减少五金夹具的附加损耗 ；
绕组损耗：适当的电流密度，良好的绕组结构，减速小趋胅效应和邻近效应，尽可能小的ACR交流电阻，消除不必要的接触电阻 ；
阻抗匹配：主要是变压器的输入阻抗与线路中电容匹配 。