高壓變頻器功率單元采用虛擬空間技術(shù)的研發(fā)

4.4 制作出虛擬外殼基本形狀

根據(jù)結(jié)構(gòu)強度的計算，利用1.5 mm 的鍍鋅板制作外殼。用一個盒形板的形狀將體積最大的組件包含在內(nèi)，這樣，功率單元最初殼體的形狀即出現(xiàn)了，如圖7所示。充分利用虛擬空間中各組件的獨立空間功能，將需要功率單元內(nèi)外之間通過的線束、銅帶等過孔的位置作以確定，可以采用先將通過的元件畫出，再進(jìn)行過孔設(shè)計的方法。

4.5 完成功率器件的固定與內(nèi)部布線

在設(shè)計中，按照以下的原則對功率單元進(jìn)行布線。

1)功率回路盡量采用銅排結(jié)構(gòu)，且同一回路布置做成層疊位置，使其圈起的面積盡量的小;

2)高電壓與低電壓的線束分別布置，控制線采用雙絞線的結(jié)構(gòu);

3)整流橋輸出線與IGBT線束分開; 圖8 內(nèi)部電氣連接結(jié)構(gòu)完成圖

4)銅帶結(jié)構(gòu)用整體制作，不作中間連接;

5)吸收電容直接壓于組件上。

功率單元內(nèi)部的電氣連接是屬于多電壓、多信號的復(fù)合連接，其布線的結(jié)構(gòu)直接形響著功率單元的最終穩(wěn)定性，所以在虛擬空間設(shè)計技術(shù)平臺中，可充分發(fā)揮平臺的虛擬與外形仿真的特點，使用電磁兼容原則，對回路進(jìn)行多種連接的測試與比較。

在未用三維技術(shù)時，電氣連接的相互干涉只能用實物驗證，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題再進(jìn)行更改，需要很長的周期與資源，常常由于時間與資金的限制，會降低電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)。在應(yīng)用虛擬平臺進(jìn)行三維技術(shù)研發(fā)時，其優(yōu)點完全體現(xiàn)出來。在進(jìn)行連接構(gòu)建中，應(yīng)用電磁兼容的原則，經(jīng)常出現(xiàn)布不通和相互干涉的情況，發(fā)現(xiàn)之后即可改正。其中最嚴(yán)重的時候常常需重新調(diào)整組件位置、結(jié)構(gòu)組架形狀，在未用三維技術(shù)時相當(dāng)于重新研發(fā)一次，而在本次研發(fā)中，只是構(gòu)建過程中的一個調(diào)整。

在虛擬平臺上，可以在研發(fā)的過程中發(fā)揮創(chuàng)造與想象能力，嘗試各種形式的布線方法，完全貫徹電磁兼容的要求原則，最終的內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)如圖8 所示。

4.6 完成變頻器單元布線結(jié)構(gòu)

在變頻器單元中，布線結(jié)構(gòu)是要求較高的部分，即要求強弱電分開，同時不同回路之間不能形成位置環(huán)線，核心驅(qū)動連接部分要求有長度限制。

在虛擬平臺設(shè)計中，這是為應(yīng)用不同的線束符合相關(guān)的要求，對結(jié)構(gòu)的連接部件進(jìn)行調(diào)整的次數(shù)最多的環(huán)節(jié)。設(shè)計完成如圖9 所示。

4.7 變頻器單元設(shè)計完成

在完成技術(shù)參數(shù)要求后，對功率單元的外形與安裝部分進(jìn)行設(shè)計。充分考慮安裝工藝和調(diào)試流程的要求，要做到能方便地實現(xiàn)快速裝配與調(diào)試加電的功能，設(shè)計完成后如圖10所示。

對變頻器單元的外部加上標(biāo)識，達(dá)到大方美觀，安裝方便的要求，完成后如圖11 所示。

在虛擬空間設(shè)計技術(shù)平臺中的功率單元完成后，利用三維實體轉(zhuǎn)工程圖的功能，將各部件的三維實體圖轉(zhuǎn)化為機(jī)械加工圖，在按圖加工完成后，其各結(jié)構(gòu)與虛擬平臺中的組件結(jié)構(gòu)完全一致，達(dá)到了預(yù)定的目的。

5 結(jié)語

采用虛擬空間設(shè)計技術(shù)進(jìn)行設(shè)備的研發(fā)，在國內(nèi)最早見于報道的是成飛集團(tuán)，是應(yīng)用于飛機(jī)的整體設(shè)計中。所以在國內(nèi)虛擬空間設(shè)計技術(shù)被蒙上了一層高難度的面紗，認(rèn)為其只能應(yīng)用于非常復(fù)雜，非常高難的機(jī)械系統(tǒng)中。而實際上，虛擬空間設(shè)計技術(shù)的難點不在于軟件的操作，而是在于一種思維的轉(zhuǎn)變，實際上，用三維制圖要比二維制圖容易得多。

應(yīng)用虛擬空間設(shè)計技術(shù)平臺完成變頻器的單元的研發(fā)，通常需要一年時間，而本次設(shè)計在半年內(nèi)就完成了。同時，在研發(fā)中的裝配問題已不需要多個樣品來定型，在虛擬平臺中即可以完成，節(jié)約了大量的人力與物力資源。在研發(fā)過程中，要使電磁兼容的原則完全貫穿通過于整個系統(tǒng)中，如沒有應(yīng)用虛擬空間設(shè)計技術(shù)平臺中的即時更改的優(yōu)點，那將是很困難的。

在信息技術(shù)飛速發(fā)展的年代，虛擬空間設(shè)計技術(shù)已經(jīng)是一種通用的技術(shù)，并不是機(jī)械行業(yè)專用的技術(shù)。在電力電子行業(yè)中，應(yīng)用虛擬空間設(shè)計技術(shù)進(jìn)行設(shè)計研發(fā)是使我國電力電子行業(yè)成為世界一流水準(zhǔn)的加速器。