高壓變頻器功率單元采用虛擬空間技術的研發(fā)

4.4 制作出虛擬外殼基本形狀

根據結構強度的計算，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，這樣，功率單元最初殼體的形狀即出現了，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，再進行過孔設計的方法。

4.5 完成功率器件的固定與內部布線

在設計中，按照以下的原則對功率單元進行布線。

1)功率回路盡量采用銅排結構，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構;

3)整流橋輸出線與IGBT線束分開; 圖8 內部電氣連接結構完成圖

4)銅帶結構用整體制作，不作中間連接;

5)吸收電容直接壓于組件上。

功率單元內部的電氣連接是屬于多電壓、多信號的復合連接，其布線的結構直接形響著功率單元的最終穩(wěn)定性，所以在虛擬空間設計技術平臺中，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，對回路進行多種連接的測試與比較。

在未用三維技術時，電氣連接的相互干涉只能用實物驗證，當發(fā)現問題再進行更改，需要很長的周期與資源，常常由于時間與資金的限制，會降低電磁兼容標準。在應用虛擬平臺進行三維技術研發(fā)時，其優(yōu)點完全體現出來。在進行連接構建中，應用電磁兼容的原則，經常出現布不通和相互干涉的情況，發(fā)現之后即可改正。其中最嚴重的時候常常需重新調整組件位置、結構組架形狀，在未用三維技術時相當于重新研發(fā)一次，而在本次研發(fā)中，只是構建過程中的一個調整。

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，最終的內部連接結構如圖8 所示。

4.6 完成變頻器單元布線結構

在變頻器單元中，布線結構是要求較高的部分，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，核心驅動連接部分要求有長度限制。

在虛擬平臺設計中，這是為應用不同的線束符合相關的要求，對結構的連接部件進行調整的次數最多的環(huán)節(jié)。設計完成如圖9 所示。

4.7 變頻器單元設計完成

在完成技術參數要求后，對功率單元的外形與安裝部分進行設計。充分考慮安裝工藝和調試流程的要求，要做到能方便地實現快速裝配與調試加電的功能，設計完成后如圖10所示。

對變頻器單元的外部加上標識，達到大方美觀，安裝方便的要求，完成后如圖11 所示。

在虛擬空間設計技術平臺中的功率單元完成后，利用三維實體轉工程圖的功能，將各部件的三維實體圖轉化為機械加工圖，在按圖加工完成后，其各結構與虛擬平臺中的組件結構完全一致，達到了預定的目的。

5 結語

采用虛擬空間設計技術進行設備的研發(fā)，在國內最早見于報道的是成飛集團，是應用于飛機的整體設計中。所以在國內虛擬空間設計技術被蒙上了一層高難度的面紗，認為其只能應用于非常復雜，非常高難的機械系統(tǒng)中。而實際上，虛擬空間設計技術的難點不在于軟件的操作，而是在于一種思維的轉變，實際上，用三維制圖要比二維制圖容易得多。

應用虛擬空間設計技術平臺完成變頻器的單元的研發(fā)，通常需要一年時間，而本次設計在半年內就完成了。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，如沒有應用虛擬空間設計技術平臺中的即時更改的優(yōu)點，那將是很困難的。

在信息技術飛速發(fā)展的年代，虛擬空間設計技術已經是一種通用的技術，并不是機械行業(yè)專用的技術。在電力電子行業(yè)中，應用虛擬空間設計技術進行設計研發(fā)是使我國電力電子行業(yè)成為世界一流水準的加速器。