30kW井下充電機設(shè)計及其結(jié)構(gòu)的熱設(shè)計

摘 要：文章根據(jù)目前煤礦井下充電機的缺點提出了基于交錯并聯(lián)LLC電路拓撲的小型、高效的井下充電機及其散熱方案，介紹了該諧振變換器的工作原理并進行仿真，進行參數(shù)設(shè)計與損耗計算。由于煤礦井下獨特的工作環(huán)境，對其散熱器和散熱結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，利用熱仿真軟件FLOTHERM來做了熱仿真和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使其電子和電氣元件溫升和溫度都滿足其工作條件。對充電機的樣機生產(chǎn)起到指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：井下充電機；交錯并聯(lián)LLC；FLOTHERM熱仿真

引言

我國煤炭資源豐富的特點決定了我國電力結(jié)構(gòu)主要以火力發(fā)電為主，因此煤炭消費在我國能源結(jié)構(gòu)中占有主導(dǎo)地位[1]。相對于傳統(tǒng)的鉛蓄電池來說，磷酸鐵鋰電池具有體積小、重量輕、壽命長、安全性能好、環(huán)保等優(yōu)點，因此在井下隔爆型充電機機車中的應(yīng)用越來越廣泛。我國目前的井下隔爆型充電機主要有KGCK-190/300-dI、KGCK-150/35-210-KB等型號的快速/常規(guī)充電機，這些充電機有造價高、體積大、損耗大、功率因數(shù)偏低等缺點[2]。因此，設(shè)計一種體積小、安全可靠的高效充電機是非常有價值的。

鑒于煤礦井下特殊的工作環(huán)境，井下充電設(shè)備與地面充電設(shè)備有以下特點：（1）輸入電壓等級的不同，井下輸入電壓等級為1140V或660V。（2）煤礦井下瓦斯?jié)舛容^高，充電設(shè)備需要安裝在隔爆殼內(nèi)。（3）散熱方式只能通過隔爆殼來進行自然散熱。

因此，有關(guān)文獻[3]提出一種前級采用三電平PWM整流技術(shù)實現(xiàn)PFC和整流功能，后級采用交錯并聯(lián)LLC諧振變換器的井下充電機的方案。文章主要進行對后級DC-DC部分的分析和設(shè)計。LLC諧振變換器具有可以在全負載范圍內(nèi)實現(xiàn)ZVS、開關(guān)管關(guān)斷電流應(yīng)力較小、整流二極管可以實現(xiàn)ZCS、電壓調(diào)節(jié)能力較強、效率高等顯著優(yōu)點。交錯并聯(lián)LLC諧振變換器除了具備LLC高頻、高效等優(yōu)點，同時具備了交錯并聯(lián)型DC-DC變換器的輸入耐壓高、輸出紋波小、濾波電容小等優(yōu)點。

該方案可以提高開關(guān)頻率、減小體積從而提高功率密度，但是會引起功率器件和磁性元件產(chǎn)生大量的熱量。而溫度過高時引起電子器件故障的主要原因，文章通過利用FLOTHERM熱仿真軟件對后級DC-DC進行熱設(shè)計與熱仿真，對設(shè)備結(jié)構(gòu)、原件安裝提供一定的參考依據(jù)。