高压变频器功率单元采用虚拟空间技术的研发

4.4 制作出虚拟外壳基本形状

根据结构强度的计算，利用1.5 mm 的镀锌板制作外壳。用一个盒形板的形状将体积最大的组件包含在内，这样，功率单元最初壳体的形状即出现了，如图7所示。充分利用虚拟空间中各组件的独立空间功能，将需要功率单元内外之间通过的线束、铜带等过孔的位置作以确定，可以采用先将通过的元件画出，再进行过孔设计的方法。

4.5 完成功率器件的固定与内部布线

在设计中，按照以下的原则对功率单元进行布线。

1)功率回路尽量采用铜排结构，且同一回路布置做成层叠位置，使其圈起的面积尽量的小;

2)高电压与低电压的线束分别布置，控制线采用双绞线的结构;

3)整流桥输出线与IGBT线束分开; 图8 内部电气连接结构完成图

4)铜带结构用整体制作，不作中间连接;

5)吸收电容直接压于组件上。

功率单元内部的电气连接是属于多电压、多信号的复合连接，其布线的结构直接形响着功率单元的最终稳定性，所以在虚拟空间设计技术平台中，可充分发挥平台的虚拟与外形仿真的特点，使用电磁兼容原则，对回路进行多种连接的测试与比较。

在未用三维技术时，电气连接的相互干涉只能用实物验证，当发现问题再进行更改，需要很长的周期与资源，常常由于时间与资金的限制，会降低电磁兼容标准。在应用虚拟平台进行三维技术研发时，其优点完全体现出来。在进行连接构建中，应用电磁兼容的原则，经常出现布不通和相互干涉的情况，发现之后即可改正。其中最严重的时候常常需重新调整组件位置、结构组架形状，在未用三维技术时相当于重新研发一次，而在本次研发中，只是构建过程中的一个调整。

在虚拟平台上，可以在研发的过程中发挥创造与想象能力，尝试各种形式的布线方法，完全贯彻电磁兼容的要求原则，最终的内部连接结构如图8 所示。

4.6 完成变频器单元布线结构

在变频器单元中，布线结构是要求较高的部分，即要求强弱电分开，同时不同回路之间不能形成位置环线，核心驱动连接部分要求有长度限制。

在虚拟平台设计中，这是为应用不同的线束符合相关的要求，对结构的连接部件进行调整的次数最多的环节。设计完成如图9 所示。

4.7 变频器单元设计完成

在完成技术参数要求后，对功率单元的外形与安装部分进行设计。充分考虑安装工艺和调试流程的要求，要做到能方便地实现快速装配与调试加电的功能，设计完成后如图10所示。

对变频器单元的外部加上标识，达到大方美观，安装方便的要求，完成后如图11 所示。

在虚拟空间设计技术平台中的功率单元完成后，利用三维实体转工程图的功能，将各部件的三维实体图转化为机械加工图，在按图加工完成后，其各结构与虚拟平台中的组件结构完全一致，达到了预定的目的。

5 结语

采用虚拟空间设计技术进行设备的研发，在国内最早见于报道的是成飞集团，是应用于飞机的整体设计中。所以在国内虚拟空间设计技术被蒙上了一层高难度的面纱，认为其只能应用于非常复杂，非常高难的机械系统中。而实际上，虚拟空间设计技术的难点不在于软件的操作，而是在于一种思维的转变，实际上，用三维制图要比二维制图容易得多。

应用虚拟空间设计技术平台完成变频器的单元的研发，通常需要一年时间，而本次设计在半年内就完成了。同时，在研发中的装配问题已不需要多个样品来定型，在虚拟平台中即可以完成，节约了大量的人力与物力资源。在研发过程中，要使电磁兼容的原则完全贯穿通过于整个系统中，如没有应用虚拟空间设计技术平台中的即时更改的优点，那将是很困难的。

在信息技术飞速发展的年代，虚拟空间设计技术已经是一种通用的技术，并不是机械行业专用的技术。在电力电子行业中，应用虚拟空间设计技术进行设计研发是使我国电力电子行业成为世界一流水准的加速器。