電力電子設(shè)備主要電子設(shè)計(jì)

⑴電阻器。電阻器的溫度與其形式、尺寸、功耗、安裝位置及方式、環(huán)境溫度有關(guān)，一般通過本身的輻射、對(duì)流和引出線兩端的金屬熱傳導(dǎo)來散熱，在正常環(huán)境溫度下，經(jīng)試驗(yàn)得知，對(duì)功率小于0.5W的炭膜電阻，通過傳導(dǎo)散去的熱量占50%，對(duì)流散熱占40%，輻射散熱占10%。因此在裝配電阻器時(shí)，要使其引出線盡可能短，以減小熱阻，安裝方式應(yīng)使其發(fā)熱量大的面垂直于對(duì)流氣體的通路，并加大與其他元器件之間的距離，以增加對(duì)流散熱效果，電阻器的表面涂以無光澤的粗糙漆，可提高輻射散熱能力。

⑵變壓器。鐵芯和線包是變壓器的熱源，傳導(dǎo)是其內(nèi)部的主要傳熱途徑，因此要求鐵芯與支架，支架與固定面都要仔細(xì)加工，保證良好接觸，使其熱阻最小，同時(shí)在底板上應(yīng)開通風(fēng)孔，使氣流形成對(duì)流，在變壓器表面涂無光澤黑漆，以加強(qiáng)輻射散熱。

⑴模塊熱設(shè)計(jì)是使模塊在上述任一傳熱路徑上的熱阻足夠低，以保證元器件溫度不超過規(guī)定值，將界面溫度即散熱片或?qū)к壍谋砻鏈囟瓤刂圃?℃～60℃。模塊的熱設(shè)計(jì)有兩類問題：根據(jù)模塊內(nèi)部要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括界面溫度、功耗和元器件的許用溫度等；根據(jù)系統(tǒng)的環(huán)境、封裝、單個(gè)或組合的模塊功耗等要求，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行熱設(shè)計(jì)。

⑵ 模塊內(nèi)部的熱設(shè)計(jì)。為滿足電子模塊的可靠性要求，設(shè)計(jì)上必須保證模塊處于最大功耗時(shí)及在其額定界面溫度下，使所有元器件的溫度低于元器件的臨界溫度(即比有關(guān)規(guī)范規(guī)定的額定值的100%低20℃的溫度)。元器件的瞬態(tài)臨界溫度(指額定值)可看作安全因子，當(dāng)散熱片和導(dǎo)軌溫度達(dá)到80℃(比最高界面溫度高20℃)時(shí)所有元器件的溫度應(yīng)低于或等于元器件的瞬態(tài)臨界溫度。

⑴ 確定整機(jī)的熱耗和分布。

⑵ 根據(jù)整機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸初步確定散熱設(shè)計(jì)方案。

⑶ 對(duì)確定的冷卻方式進(jìn)行分析(如強(qiáng)迫風(fēng)冷的風(fēng)機(jī)數(shù)量，選型，級(jí)聯(lián)方式，風(fēng)道尺寸，風(fēng)量大小，控制方式等)。

⑷ 針對(duì)分析結(jié)果可利用熱分析軟件進(jìn)一步驗(yàn)證。

⑸ 對(duì)散熱方案進(jìn)行調(diào)整進(jìn)而最后確定。

電子設(shè)備的機(jī)殼是接受設(shè)備內(nèi)部熱量，并通過它將熱量散發(fā)到周圍環(huán)境中去的一個(gè)重要熱傳遞環(huán)節(jié)。機(jī)殼的設(shè)計(jì)在采用自然散熱和一些密閉式的電子設(shè)備中顯得格外重要。試驗(yàn)表明，不同結(jié)構(gòu)形式和涂覆處理的機(jī)殼散熱效果差異較大。機(jī)殼熱設(shè)計(jì)應(yīng)注意下列問題：

（1）增加機(jī)殼內(nèi)外表面的黑度，開通風(fēng)孔（百葉窗）等都能降低電子設(shè)備內(nèi)部元器件的溫度；

（2）機(jī)殼內(nèi)外表面高黑度的散熱效果比兩測(cè)開百葉窗的自然對(duì)流效果好，內(nèi)外表面高黑度時(shí)，內(nèi)部平均降溫20℃左右，而兩側(cè)開百葉窗時(shí)（內(nèi)外表面光亮），其溫度只降8℃左右；

（3）機(jī)殼內(nèi)外表面高黑度的降溫效果比單面高黑度的效果好，特別是提高外表面黑度是降低機(jī)殼表面溫度的有效辦法；

（4）在機(jī)殼內(nèi)外表面黑化的基礎(chǔ)上，合理地改進(jìn)通風(fēng)結(jié)構(gòu)（如頂板、底板、左右兩側(cè)板開通風(fēng)孔等），加強(qiáng)空氣對(duì)流，可以明顯地降低設(shè)備的內(nèi)部溫度環(huán)境；

（5）通風(fēng)口的位置應(yīng)注意氣流短路而影響散熱效果，通風(fēng)孔的進(jìn)出口應(yīng)開在溫差最大的兩處，進(jìn)風(fēng)口要低，出風(fēng)口要高。風(fēng)口要接近發(fā)熱元件，是冷空氣直接起到冷卻元件的作用；

（6）在自然散熱時(shí)，通風(fēng)孔面積的計(jì)算至關(guān)重要，圖3示出了通風(fēng)孔面積與散熱量的關(guān)系，可供設(shè)計(jì)通風(fēng)口時(shí)作依據(jù)，亦可根據(jù)設(shè)備需要由通風(fēng)口的散熱量用下式計(jì)算通風(fēng)孔的面積。

S0=Q/7.4×10-5·H · △t1. 5 （4）

式中：

S0——進(jìn)風(fēng)口或出風(fēng)口的總面積〔cm2〕；

Q——通風(fēng)孔自然散熱的熱量〔設(shè)備的總功耗減去壁面自然對(duì)流和輻射散去的熱量〕〔W〕；

H——進(jìn)出風(fēng)口的高度差〔cm〕；

△t ==t2-t1——設(shè)備內(nèi)部空氣溫度t2與外部空氣溫度t1之差〔0C〕。

（7）通風(fēng)口的結(jié)構(gòu)形式很多，有金屬網(wǎng)，百葉窗等等，設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)散熱需要，既要使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不易落灰，又要能滿足強(qiáng)度，電磁兼容性要求和美觀大方。

（8）密封機(jī)殼的散熱主要靠對(duì)流和輻射，決定于機(jī)殼表面積和黑度，可以通過減小發(fā)熱器件與機(jī)殼的傳導(dǎo)熱阻，加強(qiáng)內(nèi)部空氣對(duì)流（如風(fēng)機(jī)）增加機(jī)殼表面積（設(shè)散熱筋片）和機(jī)殼表面黑度等來降低內(nèi)部環(huán)境溫度。

當(dāng)自然冷卻不能解決問題時(shí)，需要用強(qiáng)迫空氣冷卻，即強(qiáng)迫風(fēng)冷。強(qiáng)迫風(fēng)冷是利用風(fēng)機(jī)進(jìn)行鼓風(fēng)或抽風(fēng)，提高設(shè)備內(nèi)空氣流動(dòng)速度，達(dá)到散熱的目的。強(qiáng)迫風(fēng)冷的散熱形式主要是對(duì)流散熱，其冷卻介質(zhì)是空氣。強(qiáng)迫風(fēng)冷在中、大功率的電子設(shè)備中應(yīng)用較廣范，因?yàn)樗哂斜茸匀焕鋮s多幾倍的熱轉(zhuǎn)移能力，與其他形式的強(qiáng)迫冷卻相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，費(fèi)用較低，維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

整機(jī)強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng)有兩種形式：鼓風(fēng)冷卻和抽風(fēng)冷卻。

鼓風(fēng)冷卻的特點(diǎn)是風(fēng)壓大，風(fēng)量比較集中。適用于單元內(nèi)熱量分布不均勻，風(fēng)阻較大而元器件較多的情況。

抽風(fēng)冷卻的特點(diǎn)是風(fēng)量大，風(fēng)壓小，風(fēng)量分布較均勻，在強(qiáng)迫風(fēng)冷中應(yīng)用更廣泛。

對(duì)無管道的機(jī)柜抽風(fēng)，整個(gè)機(jī)柜相當(dāng)于一個(gè)大風(fēng)管，要求機(jī)柜四周密封好，測(cè)壁上也不應(yīng)開孔，只允許有進(jìn)、出風(fēng)口?？紤]熱空氣上升，抽風(fēng)機(jī)常裝在機(jī)柜上部或頂部，出風(fēng)口面對(duì)大氣，進(jìn)風(fēng)口則裝在機(jī)柜下部，這種風(fēng)冷形式常適用于機(jī)柜內(nèi)各元件冷卻表面風(fēng)阻較小的設(shè)備。對(duì)于在氣流上升部位有熱敏元件或不耐熱元件的設(shè)備則必須用風(fēng)道使氣流避開，并沿需要的方向流入其進(jìn)風(fēng)口，通常在機(jī)柜側(cè)面，出風(fēng)口（抽風(fēng)口機(jī)）在機(jī)柜頂部。

株洲金源電力電子設(shè)備有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱株洲金源）是以計(jì)算機(jī)控制為發(fā)展方向、專注于大功率整流器的研制開發(fā)、設(shè)計(jì)制造、生產(chǎn)和銷售的技術(shù)性企業(yè)，地處江南工業(yè)新城——株洲市，交通便利，環(huán)境宜人。

株洲金源電力電子設(shè)備有限責(zé)任公司主要產(chǎn)品有電化學(xué)、電冶金用的整流裝置，電解電源，直流電機(jī)調(diào)速裝置，電鍍電源、蓄電池充電電源，交流電機(jī)調(diào)整裝置，同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)裝置和各種裝置用的控制板。同時(shí)銷售整流變壓器、動(dòng)力變壓器、高低壓開關(guān)柜、純水油水冷卻器等成套裝置。

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