【摘 要】
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近年来由于环境问题的加剧,汽车行业也因此也发生了巨大变革,新能源汽车发展迅速。电动汽车驱动系统的核心为电机控制器,其性能直接影响电动车。由于电动汽车工作时的工况比较苛刻,并且控制器中的主要产热源为大功率开关模块,即IGBT模块。因而对其控制器中逆变器的IGBT模块的可靠性要求就更高,而工作的温度是影响IGBT模块的可靠性的关键要素。本文为了提高IGBT模块的热可靠性,从产热和散热两个角度出发,对逆
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近年来由于环境问题的加剧,汽车行业也因此也发生了巨大变革,新能源汽车发展迅速。电动汽车驱动系统的核心为电机控制器,其性能直接影响电动车。由于电动汽车工作时的工况比较苛刻,并且控制器中的主要产热源为大功率开关模块,即IGBT模块。因而对其控制器中逆变器的IGBT模块的可靠性要求就更高,而工作的温度是影响IGBT模块的可靠性的关键要素。本文为了提高IGBT模块的热可靠性,从产热和散热两个角度出发,对逆变器可靠性进行研究。首先,文章先介绍了IGBT模块工作原理,对其损耗进行研究,为下一步损耗的计算打下基础。接着,选用与永磁同步电机相匹配的逆变器进行研究。id=0和最大转矩电流比（MTPA）转矩控制策略为永磁同步电机在恒转矩区最常用的转矩控制策略,同一工况下,先对比在两种控制方式的优劣性,发现在MTPA控制策略下电流利用率更高。然后,通过对两种控制策略下,IGBT模块的损耗进行计算,对比发现,在MTPA转矩控制策略下,IGBT模块产生的热损耗更低。其次,针对IGBT模块,设计了一种热管和风冷相结合的散热结构。基于MTPA控制策略,在Fluent中进行热仿真分析,对比两种散热器的性能,发现与原风冷结构相比,热管和风冷相结合的散热器的散热能力得到了进一步提高。最后,针对设计的散热结构进行多目标优化。先采用最优拉丁超立方试验设计的方法抽取样本点,构建出响应面、径向基和克里金代理模型,比较三种代理模型的精度,选取精度高的代理模型对所设计的散热器进行优化。以散热器的体积、IGBT模块芯片的最高温度和最低温度为目标,采用NSGA-Ⅱ优化算法对代理模型进行优化。经优化,使散热器的体积、IGBT模块芯片的最高温度和最低温度都得以降低,进一步提高了IGBT模块的可靠性和散热器的经济性。
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