高壓變頻器功率單元采用虛擬空間技術的研發

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定性，所以在虛擬空間設計技術平臺中，可充分發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時，其優點完全體現出來。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一次，而在本次研發中，只是構建過程中的一個調整。

在虛擬平臺上，可以在研發的過程中發揮創造與想象能力，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節。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，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，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，節約了大量的人力與物力資源。在研發過程中，要使電磁兼容的原則完全貫穿通過于整個系統中，如沒有應用虛擬空間設計技術平臺中的即時更改的優點，那將是很困難的。

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