一种获取电力电子器件瞬态温度的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种获取电力电子器件瞬态温度的方法和装置，该方法具体为，预先建立含散热装置的电力电子器件的初始有限元模型和有限体积模型；根据所述有限体积模型，获取所述含散热装置的电力电子器件的对流换热系数分布；将所述对流换热系数分布映射到所述初始有限元模型上形成新有限元模型；对所述新有限元模型进行降阶处理，以得到降阶处理后的降阶模型；对所述降阶模型进行求解后，得到所述降阶模型的计算结果；将所述计算结果映射到所述新有限元模型后，得到所述新有限元模型每个节点的温度。本发明专利技术不仅保证了电力电子器件瞬态温度获取结果的准确性，而且减少了计算量，提高了计算效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种获取电力电子器件瞬态温度的方法和装置。
技术介绍
电力电子工业中，电力电子器件开通或者关断时会产生一定的损耗，这会导致电力电子器件的发热。如果通过损耗产生的热量超出了该电力电子器件所能承受的温度范围，就会导致电力电子器件的损坏。因此，电力电子器件在应用时，基本上都需要配备散热装置(风冷、油冷、水冷、热管冷却等)。然而，由于电力电子器件工作时，损耗一直在不断的改变，所以电力电子器件的温度亦在不断变化，这给电力电子器件的热设计工作带来了非常大的困难。因此，预先获取到电力电子器件的瞬态温度，可以方便设计者对其进行相关散热设计工作。 现有技术中，获取电力电子器件瞬态温度的方法主要有四种，第一种是通过热阻抗公式获取电力电子器件瞬态温度的方法，首先，散热器热阻抗值或散热器热阻抗计算公式具有一定的局限性，需要通过产品数据手册或大量的实验数据获取，其次，此方法不能准确地反映多个电力电子器件安装在同一个散热器上存在相互影响的情况，总之，该方法不能保证计算结果的准确性。第二种是采用有限元法获取电力电子器件瞬态温度的方法，该方法不仅将决定获取结果准确度的对流换热系数设置成了定值，而且不能计算出对流换热系数的分布情况，这使得采用此种方法获取电力电子器件的结果不准确，而且计算量很大，工程应用中主要用于电力电子器件稳态温度的计算，用于电力电子器件瞬态温度的计算较少。第三种是采用有限体积法获取电力电子器件温度的方法，虽然与有限元法相比，本方法能够计算出对流换热系数的分布情况，但是其计算量太大的缺点还是没能被克服。工程应用中主要用于电力电子器件稳态温度的计算，极少用于电力电子器件瞬态温度的计算。第四种是采用模型降阶方法获取电力电子器件温度的方法，现有的商业软件和工具虽然能通过对模型降阶来克服计算量大的问题，但是这些商业软件和工具没有考虑对流换热系数分布对散热条件的影响，从而导致计算结果不准确，此外，这些商业软件和工具为了保证计算速度，导致其输出的结果大多是变量的变化曲线，以变化曲线形式显示的输出结果不利于计算结果的分析与评价，进而不利于电力电子器件的热设计工作。综上，目前的技术中，并没有能够兼顾获取结果准确性和计算量的电力电子器件瞬态温度的获取方法。
技术实现思路
为了解决获取电力电子器件瞬态温度结果准确性以及计算量大的问题，本专利技术提供了一种获取电力电子器件瞬态温度的方法和装置。为了实现本专利技术目的，本专利技术提供了一种获取电力电子器件瞬态温度的方法，预先建立所述含散热装置的电力电子器件的初始有限元模型和有限体积模型，所述方法包括根据所述有限体积模型，获取所述含散热装置的电力电子器件的对流换热系数分布；将所述对流换热系数分布映射到所述初始有限元模型上形成新有限元模型；对所述新有限元模型进行降阶处理，以得到降阶处理后的降阶模型；对所述降阶模型进行求解后，得到所述降阶模型的计算结果；将所述计算结果映射到所述新有限元模型后，得到所述新有限元模型每个节点的温度。优选地，所述降阶模型进行求解后，得到所述降阶模型的计算结果，具体为，通过联合编程的形式，对所述降阶模型进行求解后，得到所述降阶模型的计算结果O优选地，所述根据所述有限体积模型，获取所述含散热装置的电力电子器件的对流换热系数分布，具体为，根据所述有限体积模型，通过FLUENT软件或者CFX软件获取所述含散热装置的电力电子器件的对流换热系数分布。优选地，所述对所述降阶模型进行求解之前，还包括，设置或者修改所述电力电子器件的损耗值；相应的，所述对所述降阶模型进行求解后，得到所述降阶模型的计算结果，具体为，根据所述损耗值，对所述降阶模型进行求解后，得到所述降阶模型的计算结果。优选地，所述对所述新有限元模型进行降阶处理，以得到降阶处理后的降阶模型，具体为，提取所述新有限元模型的热传导矩阵和热容矩阵；将所述热传导矩阵和热容矩阵进行降阶处理，以得到降阶后的降阶矩阵；相应的，所述对所述降阶模型进行求解后，得到所述降阶模型的计算结果，具体为，对所述降阶矩阵进行求解后，得到所述降阶矩阵的计算结果。还提供了一种获取电力电子器件瞬态温度的装置，所述装置包括第一建模模块，用于预先建立含散热装置的电力电子器件的初始有限兀模型和有限体积模型；第一获取模块，用于根据所述有限体积模型，获取所述含散热装置的电力电子器件的对流换热系数分布；第二建模模块，用于将所述对流换热系数分布映射到所述初始有限元模型上形成新有限元模型；降阶模块，用于对所述新有限元模型进行降阶处理，以得到降阶处理后的降阶模型；第一求解模块，用于对所述降阶模型进行求解后，得到所述降阶模型的计算结果;映射模块，用于将所述计算结果映射到所述新有限元模型后，得到所述新有限元模型每个节点的温度。优选地，所述第一求解模块具体用于，通过联合编程的形式，对所述降阶模型进行求解后，得到所述降阶模型的计算结果O优选地，所述第一获取装置具体用于，根据所述有限体积模型，通过FLUENT软件或者CFX软件获取所述含散热装置的电力电子器件的对流换热系数分布。优选地，所述装置还包括， 损耗模块，用于设置或者修改所述电力电子器件的损耗值；相应的，所述第一求解模块具体用于，根据所述损耗值，对所述降阶矩阵进行求解后，得到所述降阶矩阵的计算结果。优选地，所述降阶模块包括，提取模块，用于提取所述新有限元模型的热传导矩阵和热容矩阵；降阶子模块，用于将所述热传导矩阵和热容矩阵进行降阶处理，以得到降阶矩阵；相应的，所述第一求解模块具体用于，对所述降阶矩阵进行求解后，得到所述降阶矩阵的计算结果。本专利技术将现有技术中的有限体积法、有限元法和模型降阶法有效融合与扩充，公开了一种新的获取电力电子器件瞬态温度的方法，具体为，首先，通过有限体积法获取电力电子器件的对流换热系数分布，保证了温度获取结果的准确性。其次，将对流换热系数分布映射到预先设置的该电力电子器件的有限元模型上，形成新有限元模型，有效地解决了有限体积法和有限元法之间的模型不匹配问题。再次，提取新有限元模型的热传导矩阵和热容矩阵，并对其进行降阶处理，此降阶过程，使得后续计算步骤更简练，计算速度更快。最后，对降阶后的矩阵进行求解，并得到降阶模型的计算结果，进而将降阶模型的计算结果投影到该电力电子器件的新有限元模型上，得到其每个节点的温度。综上所述，与现有技术相比，本方案不仅保证了电力电子器件瞬态温度获取结果的准确性，而且减少了计算量，提高了计算效率。附图说明图I为本专利技术实施例一的获取电子电力器件瞬态温度方法的流程图；图2为本专利技术实施例二的获取电子电力器件瞬态温度方法的流程图；图3为本专利技术实施例三的获取电子电力器件瞬态温度装置的结构图；图4为本专利技术实施例四的获取电子电力器件瞬态温度装置的结构图。具体实施例方式实施例一、参考图1，图I为本专利技术提供的一种获取电子电力器件瞬态温度的方法实施例一的流程图，本实施例具体可以包括步骤101、预先建立含散热装置的电力电子器件的初始有限元模型和有限体积模型。本实施例在获取电力电子器件温度之前，通过有限元法，预先建立该含散热装置电力电子器件的有限元模型和有限体积模型，以便后续步骤获取该电力电子器件的温度。实际操作中，所述有限元法为利用ANSYS、NASTRAN、ABAQUS等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种获取电力电子器件瞬态温度的方法，其特征在于，预先建立含散热装置的电力电子器件的初始有限元模型和有限体积模型，所述方法包括：根据所述有限体积模型，获取所述含散热装置的电力电子器件的对流换热系数分布；将所述对流换热系数分布映射到所述初始有限元模型上形成新有限元模型；对所述新有限元模型进行降阶处理，以得到降阶处理后的降阶模型；对所述降阶模型进行求解后，得到所述降阶模型的计算结果；将所述计算结果映射到所述新有限元模型后，得到所述新有限元模型每个节点的温度。

【技术特征摘要】
1.一种获取电力电子器件瞬态温度的方法，其特征在于，预先建立含散热装置的电力电子器件的初始有限元模型和有限体积模型，所述方法包括 根据所述有限体积模型，获取所述含散热装置的电力电子器件的对流换热系数分布； 将所述对流换热系数分布映射到所述初始有限元模型上形成新有限元模型； 对所述新有限元模型进行降阶处理，以得到降阶处理后的降阶模型； 对所述降阶模型进行求解后，得到所述降阶模型的计算结果； 将所述计算结果映射到所述新有限元模型后，得到所述新有限元模型每个节点的温度。2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述降阶模型进行求解后，得到所述降阶模型的计算结果，具体为， 通过联合编程的形式，对所述降阶模型进行求解后，得到所述降阶模型的计算结果。3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述根据所述有限体积模型，获取所述含散热装置的电力电子器件的对流换热系数分布，具体为， 根据所述有限体积模型，通过FLUENT软件或者CFX软件获取所述含散热装置的电力电子器件的对流换热系数分布。4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述对所述降阶模型进行求解之前，还包括， 设置或者修改所述电力电子器件的损耗值； 相应的，所述对所述降阶模型进行求解后，得到所述降阶模型的计算结果，具体为， 根据所述损耗值，对所述降阶模型进行求解后，得到所述降阶模型的计算结果。5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述对所述新有限元模型进行降阶处理，以得到降阶处理后的降阶模型，具体为， 提取所述新有限元模型的热传导矩阵和热容矩阵； 将所述热传导矩阵和热容矩阵进行降阶处理，以得到降阶后的降阶矩阵； 相应的，所述对所述降阶模型进行求解后，得到所述降阶模型的计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁杰，王坚，李江红，张陈林，胡昌发，唐玉兔，
申请(专利权)人：南车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：