基本介紹
- 中文名：電力電子設備
- 概述：以電力電子器件為主要
- 元器件熱設計：電阻器。電阻器的溫度與其
- 模組的熱設計：模組熱設計是使模組在上
主要電子設計,模組的熱設計,整機散熱設計,機殼的熱設計,強迫風冷設計,
主要電子設計
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、環境溫度有關，一般通過本身的輻射、對流和引出線兩端的金屬熱傳導來散熱，在正常環境溫度下，經試驗得知，對功率小於0.5W的炭膜電阻，通過傳導散去的熱量占50%，對流散熱占40%，輻射散熱占10%。因此在裝配電阻器時，要使其引出線儘可能短，以減小熱阻，安裝方式應使其發熱量大的面垂直於對流氣體的通路，並加大與其他元器件之間的距離，以增加對流散熱效果，電阻器的表面塗以無光澤的粗糙漆，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，傳導是其內部的主要傳熱途徑，因此要求鐵芯與支架，支架與固定面都要仔細加工，保證良好接觸，使其熱阻最小，同時在底板上應開通風孔，使氣流形成對流，在變壓器表面塗無光澤黑漆，以加強輻射散熱。
模組的熱設計
⑴模組熱設計是使模組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定值，將界面溫度即散熱片或導軌的表面溫度控制在0℃～60℃。模組的熱設計有兩類問題：根據模組內部要求進行設計，包括界面溫度、功耗和元器件的許用溫度等；根據系統的環境、封裝、單個或組合的模組功耗等要求，對整個系統進行熱設計。
⑵ 模組內部的熱設計。為滿足電子模組的可靠性要求，設計上必須保證模組處於最大功耗時及在其額定界面溫度下，使所有元器件的溫度低於元器件的臨界溫度(即比有關規範規定的額定值的100%低20℃的溫度)。元器件的瞬態臨界溫度(指額定值)可看作安全因子，當散熱片和導軌溫度達到80℃(比最高界面溫度高20℃)時所有元器件的溫度應低於或等於元器件的瞬態臨界溫度。
整機散熱設計
⑴ 確定整機的熱耗和分布。
⑵ 根據整機結構尺寸初步確定散熱設計方案。
⑶ 對確定的冷卻方式進行分析(如強迫風冷的風機數量，選型，級聯方式，風道尺寸，風量大小，控制方式等)。
⑷ 針對分析結果可利用熱分析軟體進一步驗證。
⑸ 對散熱方案進行調整進而最後確定。
機殼的熱設計
電子設備的機殼是接受設備內部熱量，並通過它將熱量散發到周圍環境中去的一個重要熱傳遞環節。機殼的設計在採用自然散熱和一些密閉式的電子設備中顯得格外重要。試驗表明，不同結構形式和塗覆處理的機殼散熱效果差異較大。機殼熱設計應注意下列問題：
（1）增加機殼內外表面的黑度，開通風孔（百葉窗）等都能降低電子設備內部元器件的溫度；
（2）機殼內外表面高黑度的散熱效果比兩測開百葉窗的自然對流效果好，內外表面高黑度時，內部平均降溫20℃左右，而兩側開百葉窗時（內外表面光亮），其溫度只降8℃左右；
（3）機殼內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殼表面溫度的有效辦法；
（4）在機殼內外表面黑化的基礎上，合理地改進通風結構（如頂板、底板、左右兩側板開通風孔等），加強空氣對流，可以明顯地降低設備的內部溫度環境；
（5）通風口的位置應注意氣流短路而影響散熱效果，通風孔的進出口應開在溫差最大的兩處，進風口要低，出風口要高。風口要接近發熱元件，是冷空氣直接起到冷卻元件的作用；
（6）在自然散熱時，通風孔面積的計算至關重要，圖3示出了通風孔面積與散熱量的關係，可供設計通風口時作依據，亦可根據設備需要由通風口的散熱量用下式計算通風孔的面積。
S0=Q/7.4×10-5·H · △t1. 5 （4）
式中：
S0——進風口或出風口的總面積〔cm2〕；
Q——通風孔自然散熱的熱量〔設備的總功耗減去壁面自然對流和輻射散去的熱量〕〔W〕；
H——進出風口的高度差〔cm〕；
△t ==t2-t1——設備內部空氣溫度t2與外部空氣溫度t1之差〔0C〕。
（7）通風口的結構形式很多，有金屬網，百葉窗等等，設計時要根據散熱需要，既要使其結構簡單，不易落灰，又要能滿足強度，電磁兼容性要求和美觀大方。
（8）密封機殼的散熱主要靠對流和輻射，決定於機殼表面積和黑度，可以通過減小發熱器件與機殼的傳導熱阻，加強內部空氣對流（如風機）增加機殼表面積（設散熱筋片）和機殼表面黑度等來降低內部環境溫度。
強迫風冷設計
當自然冷卻不能解決問題時，需要用強迫空氣冷卻，即強迫風冷。強迫風冷是利用風機進行鼓風或抽風，提高設備內空氣流動速度，達到散熱的目的。強迫風冷的散熱形式主要是對流散熱，其冷卻介質是空氣。強迫風冷在中、大功率的電子設備中套用較廣范，因為它具有比自然冷卻多幾倍的熱轉移能力，與其他形式的強迫冷卻相比具有結構簡單，費用較低，維護簡便等優點。
整機強迫風冷系統有兩種形式：鼓風冷卻和抽風冷卻。
鼓風冷卻的特點是風壓大，風量比較集中。適用於單元內熱量分布不均勻，風阻較大而元器件較多的情況。
抽風冷卻的特點是風量大，風壓小，風量分布較均勻，在強迫風冷中套用更廣泛。
對無管道的機櫃抽風，整個機櫃相當於一個大風管，要求機櫃四周密封好，測壁上也不應開孔，只允許有進、出風口。考慮熱空氣上升，抽風機常裝在機柜上部或頂部，出風口面對大氣，進風口則裝在機櫃下部，這種風冷形式常適用於機櫃內各元件冷卻表面風阻較小的設備。對於在氣流上升部位有熱敏元件或不耐熱元件的設備則必須用風道使氣流避開，並沿需要的方向流入其進風口，通常在機櫃側面，出風口（抽風口機）在機櫃頂部。
