损耗与散热设计
[指南]电机通风散热计算简介
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电机通风散热计算简介一、电机通风散热计算目的和意义电机通风散热计算是电机设计的主要内容之一。
电机温升直接影响绕组绝缘寿命，从而关系到电机的运行寿命和可靠性。
现代电机设计多采用较高的电磁负荷，导致电机运行时的温升明显增大，因此，电机热分析显得尤为重要。
电机的热源来源于它自身的损耗，包括铁芯损耗，绕组损耗，机械损耗。
铁芯损耗包括铁芯中主要磁场变化时产生的铁芯损耗，这种损耗一般称为基本损耗。
包括定转子开槽引起气隙磁导谐波磁场在对方铁芯中引起的损耗，以及电机带负载后，由于存在漏磁场和谐波磁场而产生的损耗。
前者称为空载附加损耗，后者称为负载附加损耗。
绕组损耗包括电流在绕组中产生的损耗，这种损耗为基本铜耗。
包括电刷与集电环或换向器接触而产生的损耗，以及工作电流产生的漏磁场和谐波磁场在绕组中产生的损耗，前者称为接触损耗，后者称为绕组附加铜耗。
机械损耗包括轴承波擦损耗，电刷摩擦损耗，转子旋转时引起转自表面与气体间的摩擦损耗以及电机同轴的风扇所需的功率。
一般小型电机损耗所占比重：定子铜耗>转子铜耗>铁耗>机械损耗。
电机本身是一个热源的传导体，其热量传递过程主要是热传导和对流换热过程，即导热和对流的综合过程。
由传热的基础知识可知，上述过程与介质的导热系数和表面传热系数直接有关。
导热系数适当温度梯度为1时，单位时间内通过单位面积的导热量。
导热系数的大小与材料的性质有关，同一材料的导热系数随温度，压力，多孔性和均匀性等因素而变化。
通常温度是决定性因素。
对于绝大多数物质而言，当材料温度尚未达到融化或气化以前，导热系数可以近似地认为是线性规律变化，即：0(1)btλλ=+。
其中λ指温度为零时的导热系数b是由试验确定的常数。
气体固体液体的导热系数彼此相差悬殊。
一般情况下金属>液体>气体>绝缘材料。
由上述内容可知大型电机本身是一个由多种材料组合而成的组合体，它的发热过程较复杂，因而它的温升过程也较复杂，但在一定的容量下，各部分的温升是一定的，温度分布也是一定的。
MOSFET损耗计算
MOSFET损耗计算MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种常用的功率开关器件，广泛应用于电力电子领域。
在使用MOSFET进行功率开关时，会产生一定的损耗，包括导通损耗和关断损耗。
正确计算MOSFET的损耗对于设计和选择合适的散热系统非常重要，下面将详细介绍MOSFET的损耗计算方法。
1.导通损耗计算：导通损耗是指MOSFET在导通状态下产生的功耗。
导通损耗可以通过以下公式计算：P_cond = I^2 * Rds(on)其中，P_cond为导通损耗，I为MOSFET的导通电流，Rds(on)为MOSFET的导通电阻。
导通损耗主要由两部分组成：静态导通损耗和动态导通损耗。
静态导通损耗是指MOSFET在导通状态下的稳态功耗，可以通过上述公式计算得到。
动态导通损耗是指由于MOSFET的导通电阻在开关过程中的变化引起的功耗，通常可以通过MOSFET的参数手册或者开关特性曲线来得到。
2.关断损耗计算：关断损耗是指MOSFET在关断状态下产生的功耗。
关断损耗由MOSFET 的关断电流和关断电压引起，可以通过以下公式计算：P_sw = Vds * Id * t_sw其中，P_sw为关断损耗，Vds为MOSFET的关断电压，Id为MOSFET 的关断电流，t_sw为关断时间。
关断损耗由两部分组成：静态关断损耗和动态关断损耗。
静态关断损耗是指MOSFET在关断状态下的稳态功耗，可以通过上述公式计算得到。
动态关断损耗是指由于开关过程中MOSFET的关断电流和关断时间的变化引起的功耗，通常可以通过MOSFET的参数手册或者开关特性曲线来得到。
3.总损耗计算：总损耗是指MOSFET在导通和关断状态下产生的功耗之和。
总损耗可以通过以下公式计算：P_total = P_cond + P_sw4.散热设计：4.1确定MOSFET的最大工作温度，一般来说，MOSFET的最大工作温度应该低于其额定温度。
4.2 计算MOSFET的热阻（Rth）：Rth = (Tj - Ta) / P_total其中，Tj为MOSFET的结温，Ta为环境温度，P_total为MOSFET的总损耗。
高压低压配电柜的散热设计与优化
高压低压配电柜的散热设计与优化一、引言在现代工业生产中，高压低压配电柜广泛应用于电力系统中，它是系统中的一个重要部分，负责对电能进行分配和控制。
然而，高压低压配电柜在长时间运行中会产生大量的热量，如果散热不良，将会对设备的运行稳定性和寿命造成严重影响。
因此，本文旨在探讨高压低压配电柜的散热设计与优化方法，以提高设备的散热效果和工作效率。
二、散热设计要考虑的因素1. 高压低压配电柜的结构高压低压配电柜通常由外壳、散热器、风扇、散热片等部分组成。
在设计过程中，需要充分考虑散热器的位置、大小以及散热片的密度，以便达到最佳的散热效果。
2. 热量产生的因素高压低压配电柜在运行中会产生大量的热量，主要源自电器元件的功耗和损耗。
因此，在设计过程中，需要准确计算电器元件的功耗，并根据功耗大小确定散热器和风扇的规格。
3. 空气流动的影响空气流动是高压低压配电柜散热的重要因素之一。
合理调整散热器和风扇的位置，可以有效提高空气流通，增强散热效果。
此外，还可以通过增加散热孔和散热槽等设计来改善空气流动。
三、散热设计与优化方法1. 合理选择散热器和风扇散热器和风扇是高压低压配电柜散热设计的核心。
在选择散热器和风扇时，需要考虑功率因数、风量、噪音等因素。
同时，根据实际情况，可以选择不同类型的散热器和风扇组合，以达到最佳散热效果。
2. 加强散热片的设计散热片是提高高压低压配电柜散热效果的重要组成部分。
通过增加散热片的密度和表面积，可以提高热量的散发速度，从而提高散热效果。
此外，还可以采用铝制散热片，因其导热性能好，可以更好地散热。
3. 调整散热器和风扇的位置根据高压低压配电柜内部的空间布局，可以合理调整散热器和风扇的位置。
通过使空气流通畅通，可以提高热量的传导效率，从而减少设备运行时的温度。
4. 设计散热孔和散热槽散热孔和散热槽是高压低压配电柜散热设计中常用的手段。
通过增加合理的散热孔和散热槽，可以增强空气流动，加快热量的散发速度，从而改善整体散热效果。
DCDC变换器热损耗分析与散热系统设计工具
DCDC变换器热损耗分析与散热系统设计工具DCDC变换器是一种常见的电力转换器件，用于将电源中的直流电压转换为所需的电压等级。
然而，这种转换过程通常伴随着热损耗的产生，如果不能有效地散热，可能会导致变换器的过热甚至损坏。
因此，在DCDC变换器的设计过程中，热损耗的分析和散热系统的设计变得至关重要。
热损耗分析是DCDC变换器设计中不可或缺的一步。
热损耗的分析能够帮助工程师们了解电路中的功耗分布，并确定哪些部分会产生较大的热量。
一般来说，DCDC变换器的主要热源包括开关管、电感和电容等元件。
通过对这些元件的热耦合和传导进行深入分析，可以准确计算出它们的热损耗，并进而为散热系统的设计提供依据。
在热损耗分析之后，散热系统的设计就成为了关注的重点。
散热系统的设计需要综合考虑多个因素，如空间限制、散热材料的选择和散热结构等。
首先，根据电路板的尺寸和布局，确定散热器的大小和形状。
然后，选择合适的散热材料，如铝、铜或其他导热性能良好的材料，以提高散热效果。
最后，根据热损耗分析的结果，设计合适的散热结构，如散热片、散热鳍片或导热管等，以增加散热面积和散热效率。
为了更方便地进行DCDC变换器的热损耗分析和散热系统的设计，工程师们通常会使用专门的工具。
这些工具通常包括热仿真软件和散热设计软件。
热仿真软件可以帮助工程师们建立准确的热传导模型，并进行热分析和热仿真，以预测变换器在不同工况下的温度分布。
散热设计软件则可以提供各种散热器的参数选择和设计方案，如散热片的数量和尺寸、风扇的转速和风量等，以满足变换器的散热需求。
综上所述，DCDC变换器的热损耗分析和散热系统的设计是变换器设计过程中十分重要的一环。
通过准确的热损耗分析和合理的散热系统设计，可以有效地避免变换器的过热问题，提高系统的可靠性和稳定性。
同时，借助热仿真软件和散热设计软件等工具，可以帮助工程师们更快、更准确地完成DCDC变换器的设计工作。
总结：本文描述了DCDC变换器热损耗分析与散热系统设计工具的重要性以及设计的基本步骤。
Pcb热设计原则
千里之行，始于足下。
Pcb热设计原则PCB热设计原则是指在PCB设计过程中，考虑到电子元器件的热耗散和散热问题，采取一系列的设计措施，以保证电子器件在工作过程中能够保持稳定的温度，提高系统的可靠性和性能。
下面将从四个方面介绍PCB热设计原则。
一、散热设计散热设计是保证PCB工作稳定的重要措施之一。
在设计时，应尽量减少热量的产生和积聚，通过散热装置将热量有效地散出。
具体措施包括：1. PCB布局时，应合理地布置元器件和散热器，避开集中布置热量较大的元器件。
2. 选择合适的散热材料和散热装置，如散热片、散热鳍片等。
同时，要考虑散热装置与元器件之间的接触良好，以提高散热效果。
3. 加强散热设计时，也要考虑到电磁兼容和机械强度等问题。
避免散热装置对其他元器件产生干扰或破坏。
二、电路布局合理的电路布局能够提高电路的性能和散热效果。
具体措施包括：1. 根据电路的功能需求，合理划分电路板的布局区域，并在不同区域放置相应的元器件。
例如，可以将功耗较大的元器件集中在一起，方便散热。
第1页/共3页锲而不舍，金石可镂。
2. 路线布局时，要尽量缩短导线的长度，减小电阻和电感，降低热量的产生。
3. 多层布局时，要注意在内层布局热量较大的元器件，以避免热量积聚。
三、电源设计电源稳定性是保证系统正常工作的关键因素之一。
电源设计中需要考虑热的因素主要包括：1. 根据系统需求选择合适的电源，以确保电路的功率供应稳定。
2. 对电源元器件进行降温设计，如加装散热片、散热器等。
3. 合理设计电源线路，尽量减小线路的损耗和热量产生。
四、材料选择在PCB热设计中，选择合适的材料能够提高散热效果和电路的可靠性。
具体措施包括：1. 选择导热性能好的基板材料，如高导热薄膜、金属基板等。
2. 选择低温系数的封装材料，以确保元器件在温度变化时不会受到损害。
3. 合理选择元器件的封装形式，如QFN、BGA等封装形式有利于热传导和散热。
总结千里之行，始于足下。
变频器中的IGBT模块损耗计算及散热系统设计
变频器中的IGBT模块损耗计算及散热系统设计一、本文概述随着电力电子技术的快速发展，变频器作为电能转换与控制的核心设备，在工业自动化、新能源发电、电动汽车等领域得到了广泛应用。
绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为变频器的关键功率器件，其性能直接影响到变频器的效率和可靠性。
IGBT模块的损耗计算和散热系统设计是变频器设计中的重要环节，对于提高变频器性能、降低运行成本、延长设备寿命具有重要意义。
本文旨在探讨变频器中IGBT模块的损耗计算方法和散热系统设计原则。
我们将分析IGBT模块的工作原理和损耗产生机制，包括通态损耗、开关损耗等。
在此基础上，我们将介绍损耗计算的数学模型和计算方法，以及如何通过实验手段验证计算结果的准确性。
我们将重点讨论散热系统的设计原则和优化方法，包括散热器结构设计、散热风扇的选择与控制、散热系统的热仿真分析等。
本文将总结一些实际应用中的经验教训，提出针对IGBT模块损耗计算和散热系统设计的优化建议，为变频器设计工程师提供有益的参考。
通过本文的研究，我们期望能够为变频器设计中的IGBT模块损耗计算和散热系统设计提供理论支持和实践指导，推动变频器技术的持续发展和应用创新。
二、IGBT模块损耗计算绝缘栅双极晶体管（IGBT）是变频器中的关键元件，其性能直接影响变频器的效率和可靠性。
IGBT模块的损耗计算是散热系统设计的基础，对于确保变频器的稳定运行具有重要意义。
IGBT模块的损耗主要包括通态损耗和开关损耗两部分。
通态损耗是指IGBT在导通状态下，由于电流通过而产生的热量损耗。
开关损耗则发生在IGBT的开通和关断过程中，由于电压和电流的乘积在时间上的积分不为零，导致能量损失。
通态损耗的计算公式为：Pcond = Icoll * Vce(sat)，其中Icoll 为集电极电流，Vce(sat)为饱和压降。
饱和压降是IGBT导通时电压降的一个重要参数，它与集电极电流、结温和门极电流等因素有关。
电源散热解决方案
电源散热解决方案随着电子设备的不断发展和普及，电源的功率也越来越大，导致电源的散热问题变得愈发重要。
过高的温度会对电源的稳定性和寿命产生不利影响，甚至可能造成短路、火灾等安全隐患。
因此，如何解决电源散热问题成为了电源设计中需要重点考虑的一个方面。
一、散热原理电源散热的原理主要有传导、对流、辐射，其中对流散热是最常用的方式。
传导散热是指通过材料之间的热传导方式进行散热，就像把手放在火上感觉到的热度。
二、解决散热问题的方法1.提高散热面积增大散热面积可以提高热量的分散程度，从而降低电源的温度。
可以通过增加散热片、散热器等方式来增大散热面积。
2.优化散热结构合理设计电源的散热结构可以提高散热效果。
例如，在散热片上加装风扇可以加速空气对流，增大散热效果。
同时，还可以加装散热胶和散热硅脂等热导材料，提高散热效果。
3.控制设备温度通过控制电源的运行温度，可以减少电源产生的热量，从而降低温度。
可以使用温度传感器和风扇控制模块来实现。
4.优化电路设计合理的电路设计可以减少功率损耗，减少发热量。
例如，选择低功耗元件和高效电源设计，合理设计散热减阻等。
5.使用散热材料选择热导率高的散热材料，例如铜材、铝材等，可以提高热量的传导速度，加快散热速度。
6.控制电源负载合理控制电源的负载可以减少功率的损耗，从而减少散热问题。
可以根据实际需求选择合适的电源容量。
7.定期清理散热器定期清理电源散热器，减少灰尘的堆积，可以提高散热效果，避免散热器堵塞。
8.使用外置电源外置电源相对于内置电源来说，更容易散热。
如果设备允许，可以考虑使用外置电源，减少对设备内部的热量产生。
以上是一些常见的解决电源散热问题的方法，但是具体的解决方案需要根据具体电源的参数和要求，进行综合评估和优化设计。
同时需要注意的是，在解决散热问题时一定要保证安全可靠，防止发生火灾等安全事故。
svg热损耗计算及散热设计
ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９５－５０９Ｘ.２０１９.１２.０１７ＳＶＧ热损耗计算及散热设计张中胜ꎬ于海波ꎬ盛晓东ꎬ刘国伟(南京南瑞继保工程技术有限公司ꎬ江苏南京㊀２１１１０２)摘要:可靠的散热设计是ＳＶＧ产品长期稳定运行的关键ꎬ在详细分析ＩＧＢＴ模块热功耗构成的基础上ꎬ通过ＩＣＥＰＡＫ热仿真软件对某ＳＶＧ产品的整机热设计进行全面优化ꎬ最终实现温升低于３７Ｋ㊁保证ＳＶＧ产品长期稳定运行的控制目标ꎬ并结合实验测试验证了设计数据ꎮ关键词:ＳＶＧꎻ热损耗计算ꎻ离心风机ꎻＩＣＥＰＡＫꎻ风冷散热器中图分类号:ＴＭ７６２㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:２０９５－５０９Ｘ(２０１９)１２－００７６－０４㊀㊀静止无功发生器(ｓｔａｔｉｃｖａｒｇｅｎｅｒａｔｏｒꎬＳＶＧ)依靠大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换ꎮ基本原理是将自换相桥式拓扑电路通过电抗器直接并联在电网上ꎬ通过调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值或者直接控制其交流侧电流相位或幅值ꎬ实现动态无功补偿的目的ꎮＳＶＧ系统工作时ꎬ功率器件在开通㊁关断过程中会产生大量的功率损耗ꎬ产生的损耗会以热量的形式耗散出来[１]ꎬ因此能否保证ＳＶＧ系统可靠散热ꎬ对ＳＶＧ系统运行寿命至关重要ꎮ本文以某ＳＶＧ系统为例ꎬ对产品的散热设计进行了较为详细的阐述ꎮ１㊀ＳＶＧ系统介绍无功补偿技术发展历程是一个不断创新㊁发展㊁完善的过程ꎬ如图１所示ꎮ其经历了固定补偿㊁以调压调容(ＶＣＱＶ/ＴＳＣ)的方式进行无功补偿㊁动态无功补偿等阶段ꎮ图１㊀无功补偿技术发展历程图㊀㊀ＳＶＧ系统装置可提供连续快速可调的感性和容性无功ꎬ装置无级动态补偿调节范围大ꎬ响应速度快[２]ꎬ整机响应时间<５ｍｓꎮ同时控制灵活ꎬ可单独补偿电压㊁无功㊁功率因数ꎬ各种模式可无缝切换ꎮＳＶＧ系统完全能满足电网无功补偿及谐波治理的要求ꎬ是目前最先进的无功补偿技术之一ꎮ２㊀功率模块功耗计算在ＳＶＧ系统中ꎬＩＧＢＴ模块是控制整个系统关断㊁整流逆变的核心器件ꎬＳＶＧ系统运行时ＩＧＢＴ模块会产生大量的热量ꎬ是ＳＶＧ系统损耗的主要来源ꎮＩＧＢＴ模块损耗包括通态损耗和开关损耗ꎬ将ＩＧＢＴ的输出特性曲线运用线性化思想近似为一条直线ꎬ由于开关过程分为开通㊁关断和恢复３个时刻[３]ꎬ因此相应地将ＩＧＢＴ模块的总损耗分为４部分ꎬ即通态损耗㊁开通损耗㊁关断损耗和恢复损耗ꎮ本文所述ＳＶＧ系统的工作参数见表１ꎮ表１㊀ＳＶＧ系统工作参数参数数值额定集电极电流ＩＣＮ/Ａ６５０ＳＶＧ额定电流ＩＣＱ/Ａ４６２额定压降ＶＣＥＮ/Ｖ１.６额定的开通时间ｔｒＮ/μｓ０.１２额定关断时间ｔｆＮ/μｓ０.５７反向恢复时的额定峰值电流ＩｒｒＮ/Ａ６５３续流二极管反向恢复时间ｔｒｒＮ/μｓ０.５０ＩＧＢＴ开启电压ＶＣＥ０/Ｖ１.０续流二极管门槛电压ＶＦ０/Ｖ１.０集电极峰值电流ＩＣＭ/Ａ６５３集电极电压Ｖｃｃ/Ｖ１０００开关频率ｆｓ/Ｈｚ４５０㊀㊀把各个参数数值代入损耗计算公式ꎬ得到ＩＧ￣ＢＴ模块各部分损耗值如下ꎮ收稿日期:２０１８－０６－２９作者简介:张中胜(１９８５ )ꎬ男ꎬ工程师ꎬ硕士ꎬ主要从事电力系统一次设备的结构设计工作ꎬｚｈａｎｇｚｓ＠ｎａｒｉ－ｒｅｌａｙｓ.ｃｏｍ.６７ ２０１９年１２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀机械设计与制造工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｄｅｃ.２０１９第４８卷第１２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＭａｃｈｉｎｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.４８Ｎｏ.１２㊀㊀１)通态损耗Ｐｆｗ/ＶꎮＰｆｗ/Ｖ＝１２πʏπ０νＣＥｉＣδｄα＝１２πʏπ０(ＶＣＥ０＋ｒＣＥｓｉｎα)ˑ(ＩＣＭｓｉｎα)ˑ{１２[１＋Ｍｓｉｎ(α＋θ)]}ｄα＝(１８＋Ｍｃｏｓθ３π)ＶＣＥＮ－ＶＣＥＯＩＣＮＩ２ＣＭ＋(１２π＋Ｍｃｏｓθ８)ˑＶＣＥ０ＩＣＭ＝２３２Ｗ式中:νＣＥ为ＩＧＢＴ的通态电压ꎻδ为占空比ꎻｉＣ为集电极电流ꎻｒＣＥ为通态电阻ꎻＭ为调制度ꎻθ为电压和电流之间的相角ꎻα为调制角度ꎮ２)开通损耗ＰｏｎꎮＰｏｎ＝１８ＶｃｃｔｒＮＩ２ＣＭＩＣＮｆｓ＝４.５Ｗ３)关断损耗ＰｏｆｆꎮＰｏｆｆ＝ＶｃｃＩＣＭｔｆＮｆｓ(１３π＋１２４ＩＣＭＩＣＮ)＝２５Ｗ４)恢复损耗Ｐｒｒꎮ开通ＩＧＢＴ时其集电极电流达到ｉＣ后会继续上升ꎬ一直达到峰值后再下降到ｉＣꎬ因此会出现一段超调量ꎮＰｒｒ＝ｆｓＥｏｆｆ＝ｆｓＶｃｃ{[０.２８＋０.３８ＩＣＭπＩＣＮ＋０.０１５ˑ(ＩＣＭＩＣＮ)２]ˑＩｒｒＮｔｒｒＮ２＋(０.８π＋０.０５ＩＣＭＩＣＮ)ＩＣＭｔｒｒＮ}＝７５Ｗ式中:Ｅｏｆｆ为功率谱密度ꎮ综上ꎬ１个ＩＧＢＴ模块由４个ＩＧＢＴ器件(注:本文所述的１个ＩＧＢＴ模块封装中含有２个ＩＧＢＴ器件)和１个电阻组成ꎬ电阻损耗值为１００Ｗꎬ所以单模组总的热损耗ＰＩＧＢＴ为:ＰＩＧＢＴ＝２ˑ２ˑ(Ｐｆｗ/Ｖ＋Ｐｏｎ＋Ｐｏｆｆ＋Ｐｒｒ)＋１００＝１４４６Ｗ３㊀散热仿真计算３.１㊀冷却方式选择对于ＳＶＧ等大功率大损耗系统ꎬ自然冷却是无法满足设计需求的ꎮ常规的强迫冷却方式主要有风冷㊁水冷和油冷ꎮ鉴于水冷和油冷成本高ꎬ维护工作量大等原因ꎬ本文采用强迫风冷[４]进行系统冷却ꎮＳＶＧ功率单元在柜体内呈阵列放置ꎬ为保证功率单元的风量均匀性ꎬ选用离心风机进行抽风冷却ꎮ３.２㊀结构描述图２为ＳＶＧ散热器热源分布图ꎬ其中２个ＩＧ￣ＢＴ模块和１个电阻安装在散热器上组成散热器组件ꎮ散热器组件和电容㊁控制板卡等共同组成ＳＶＧ功率单元ꎬ如图３所示ꎮ６个功率单元分３层放置于１个功率柜体内ꎬ功率柜后侧安装１个离心风机ꎬＳＶＧ功率柜结构如图４所示ꎮ图２㊀ＳＶＧ散热器热源分布图㊀图３㊀ＳＶＧ功率单元结构３.３㊀热仿真计算模型搭建根据２中计算的损耗结果ꎬ结合ＩＧＢＴ模块和电阻尺寸ꎬ散热器尺寸选定为２６０ｍｍˑ３８０ｍｍˑ１００ｍｍꎬ材质选用常规的６０６１ꎬ单齿厚度１.５ｍｍꎬ相邻齿中心距为４ｍｍꎮ根据允许温升和理论计算的功率损耗ꎬ本散热器的热阻为:热阻＝温升损耗＝３７１４４６＝０.０２６Ｋ/Ｗ在ＩＣＥＰＡＫ软件中建立散热器组件模型和功率柜模型[５]ꎬ如图５和图６所示ꎮ㊀图４㊀ＳＶＧ功率柜结构㊀㊀㊀图５㊀ＩＣＥＰＡＫ软件中散㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀热器组件模型图６㊀ＩＣＥＰＡＫ软件中ＳＶＧ功率柜模型７７ ２０１９年第１２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张中胜:ＳＶＧ热损耗计算及散热设计３.４㊀风机选型影响散热器性能的主要因素有散热器体积㊁热源位置㊁热源热密度以及风量ꎮ其中ꎬ风量与风机性能直接相关ꎮ风机选型和散热器的设计往往是相互依赖㊁相互调整㊁相互仿真适配的过程ꎮ柜体风道路径复杂ꎬ功率单元数量多ꎬ对风量要求高ꎬ对不同散热器的风冷均匀性要求较高ꎮ综合以上几点ꎬ离心风机更适合ＳＶＧ类产品ꎮ经过对ＥＢＭ厂家离心风机规格参数的研究ꎬ选择Ｒ３Ｇ－４００－ＡＱ２３型号风机ꎬ风量风压曲线如图７所示ꎮ图７㊀Ｒ３Ｇ－４００－ＡＱ２３风量风压曲线㊀㊀通过ＩＣＥＰＡＫ仿真模型计算ꎬ可以得到各个功率单元风量分布ꎬ如图８所示ꎮ图８㊀各功率单元风量分布图㊀㊀风量计算结果表明ꎬ单个散热器的风量最小为３５０ＣＦＭꎬ环境温度设定为４０ħꎬ利用此边界条件计算单个散热器的温升ꎬ散热器仿真计算结果温度分布如图９所示ꎮ㊀㊀由图可知ꎬＲ３Ｇ－４００－ＡＱ２３风机下散热器的最高温度为７５.８ħꎬ满足设计需求ꎮ图９㊀散热器仿真计算结果温度分布云图４㊀试验为了验证仿真结果的可靠性ꎬ本文对所设计散热器进行试验验证.试验分两步:第一步ꎬ测试单个散热器散热能力ꎻ第二步ꎬ进行工程现场测量ꎬ即在ＳＶＧ满功率运行状态下测试散热器散热能力ꎮ通过和仿真计算值进行对比ꎬ验证热设计的正确性ꎮ４.１㊀散热器试验在单个散热器实验测量中ꎬ使用可加热铜块代替ＩＧＢＴ模块ꎬ铜块外形尺寸和ＩＧＢＴ尺寸相同ꎬ紧固螺钉也相同ꎮ每个可加热铜块通过单独的直流源装置控制功耗ꎬ风量定为３５０ＣＦＭꎮ在散热器上特定的点布置两个热电耦ꎬ进行温度值测试采集ꎮ待系统稳定后(各测点温度值的变化稳定在１ħ范围内)ꎬ进行测量读数ꎮ测试时环境温度为２４ħꎬ试验针对监测点仿真温升与实测温升进行对比ꎬ相关结果见表２ꎮ表２㊀仿真温升与实测温升对比表实测温升/ħ仿真温升/ħ误差/ħ监测点１３３.０３５.１２.１监测点２３４.６３５.８１.２㊀㊀由表２可知ꎬ实测温升与仿真温升的误差在３ħ以内ꎬ即误差在允许范围内ꎬ说明仿真数据是可靠的ꎮ４.２㊀实机满功率试验为进一步验证仿真的可靠性ꎬ选择在工程现场进行测试ꎮ需要指出的是ꎬ产品测温设备采用常规的ＰＴ１００设备ꎬ如图１０所示ꎮ由于其有一定的体积且需要与功率单元其他零件接线ꎬ因此ＰＴ１００设备并不能放置到ＩＧＢＴ的正下方ꎬ选择将ＰＴ１００放置于两个ＩＧＢＴ中间仿真温度最高的地方ꎮ新疆地区某ＳＶＧ工程现场温度监控结果如图１１所示ꎮ８７２０１９年第４８卷㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀机械设计与制造工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图１０㊀ＰＴ１００设备㊀㊀图１１㊀新疆地区某ＳＶＧ工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀现场温度监控图㊀㊀采集时间为２０１６年１２月２４日凌晨３点ꎬ环境温度为－２ħꎮ仿真温升与系统实测温升对比结果见表３ꎮ表３㊀仿真温升与系统实测温升对比表ＳＶＧＡ相功率单元实测温度/ħ温升/ħ仿真温升/ħ仿真与实测差值/ħ功率单元１２８３０３１.９１.９功率单元２２７２９３１.２２.２功率单元３２７２９３２.０３.０功率单元４２７２９３１.５２.５功率单元５２７２９３１.１２.１功率单元６２７２９３１.０２.０平均值２７.２２９.２３２.１２.９㊀㊀从表３可以看出ꎬ仿真温升和实测温升误差在３ħ以内ꎮ考虑到热电耦的传递损耗热阻等因素ꎬ可以认为针对ＩＧＢＴ损耗的热设计是可靠㊁准确的ꎮ５㊀结论本文通过功耗计算㊁热仿真㊁试验测试等工作ꎬ完成了整个ＳＶＧ产品的热设计ꎬ计算结果表明:１)推导计算出的ＩＧＢＴ器件损耗是正确的ꎮ２)仿真计算数据与实测数据的误差在ʃ１０％范围内ꎬ仿真计算的结果可以有效指导散热器的设计ꎬ提升产品研发效率ꎮ３)所设计的散热器可有效控制ＩＧＢＴ模块的温升ꎬ满足ＳＶＧ散热设计的目标ꎮ参考文献:[１]㊀张明元ꎬ沈建清ꎬ李卫超ꎬ等.一种快速ＩＧＢＴ损耗计算方法[Ｊ].船电技术ꎬ２００９ꎬ２９(１):３３－３６.[２]㊀李超ꎬ崔大明ꎬ侯庆雷.关于电力系统动态无功功率优化调度的探讨[Ｊ].科技传播ꎬ２０１５(１８):４６ꎬ５６.[３]㊀杜毅ꎬ廖美英.逆变器中ＩＧＢＴ模块的损耗计算及其散热系统设计[Ｊ].电气传动自动化ꎬ２０１１ꎬ３３(１):４２－４６. [４]㊀郭永生ꎬ王志坚.大功率器件ＩＧＢＴ散热分析[Ｊ].山西电子技术ꎬ２０１０(３):１６－１８.[５]㊀毛志云ꎬ王艳ꎬ姚志国ꎬ等.基于ＩＣＥＰＡＫ的ＳＶＧ功率柜散热系统分析[Ｊ].电气技术ꎬ２０１６(１):７２－８６.ＳＶＧｈｅａｔｌｏｓｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｈｅａｔｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎＺｈａｎｇＺｈｏｎｇｓｈｅｎｇꎬＹｕＨａｉｂｏꎬＳｈｅｎｇＸｉａｏｄｏｎｇꎬＬｉｕＧｕｏｗｅｉ(ＮａｎｊｉｎｇＮＲＪｉｂａｏＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＪｉａｎｇｓｕＮａｎｊｉｎｇꎬ２１１１０２ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｈｅａｔｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｉｓａｋｅｙｆａｃｔｏｒｗｈｉｃｈａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｌｏｎｇ￣ｔｅｒｍｒｅｌｉａｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＳＶＧｐｒｏｄ￣ｕｃｔｓ.ＯｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆＩＧＢＴｍｏｄｕｌｅｓꎬｉｔｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙｏｐｔｉｍｉｚｅｓｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｄｅｓｉｇｎｏｆａＳＶＧｐｒｏｄｕｃｔｗｉｔｈＩＣＥＰＡＫｓｏｆｔｗａｒｅꎬｒｅａｌｉｚｅｓｔｈａｔｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｅｉｓｌｏｗｅｒｔｈａｎ３７Ｋ.Ｔｈｉｓｅｎｓｕｒｅｓｔｈｅｌｏｎｇ￣ｔｅｒｍｓｔａｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＳＶＧｐｒｏｄｕｃｔｓ.Ｔｈｅｐａｐｅｒｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｅｓｔｓｖｅｒｉｆｙｔｈｅａｂｏｖｅｄｅｓｉｇｎｄａｔａ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＳＶＧꎻｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍａｌｌｏｓｓꎻｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｆａｎꎻＩＣＥＰＡＫꎻａｉｒｃｏｏｌｅｄｒａｄｉａｔｏｒ９７２０１９年第１２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张中胜:ＳＶＧ热损耗计算及散热设计。
散热方案设计
散热方案设计散热方案设计是建筑、电力、能源等领域中不可或缺的一部分。
它的热学计算和方案设计，有着多方面的应用。
为确保建筑物的安全、节能、稳定运行，散热方案设计是必须要进行的工作。
一、散热方案设计中的重要性建筑物在使用过程中，由于自身存在损耗和外界环境的影响，会产生较高的热量。
通过合理的散热方案设计，减少热量对建筑物和周围环境的影响，保证建筑物稳定运行。
另外，对于某些高温设备，由于产生过多的热量，必须通过散热方案设计进行降温，并将热量排出。
这类设备包括工业生产中的加工设备、冷却塔、空调机组等等。
所以，散热方案设计的重要性不容忽视。
二、散热方案设计的要素（一）散热族群散热族群是指需要使用散热器、散热风扇等器材进行散热的设备和系统。
散热族群中，还可分为制冷设备和制热设备。
（二）散热器散热器是散热方案设计中重要的组成部分。
它通过内外通道和管道的对应关系，实现热传递的目的。
散热器的材料、结构和位置的不同，对其散热效率有着显著的影响。
（三）气流与温度分布气流和温度分布是散热方案设计中的要素，对散热器的放置、数量和大小都有着影响。
（四）散热支持部件散热方案设计还需要考虑散热支持部件，包括散热风扇、散热减震器、电路板等等。
三、如何进行（一）根据散热族群进行分类分类有助于确定每种设备所需散热器的数量和大小。
在分类的基础上，通过选择散热器和确定散热器的放置位置、数量和大小等，来实现散热方案的设计。
（二）选用合适的散热器散热器的选用应该考虑到散热器的材料、结构和散热面积，以及与之配套的散热风扇和管道的匹配。
为最优化散热方案，应该强调散热效率和能耗情况。
（三）考虑气流分布与温度分布散热器的放置、数量和大小，会对气流和温度分布产生影响。
为确保良好的气流分布与温度分布，可通过实验室模拟仿真和现场实测来确定实际情况，并进行相应的调整。
（四）进行完整的散热系统设计散热系统设计也是散热方案设计中的重要部分。
合适的散热风扇、管道、电路板等支持部件，需要与散热器进行匹配，构成合适的散热系统。
MOSFET的设计与损耗计算
MOSFET设计选择 / 损耗组成及计算方法2007年04月17日星期二 22:10一、设计选择MOSFET 的应用选择须综合各方面的限制及要求。
下面主要从应用的安全可靠性方面阐述选型的基本原则。
建议初选之基本步骤：下面详细解释其中各参数选择之原则及注意事项。
1 ）电压应力：在电源电路应用中，往往首先考虑漏源电压 VDS的选择。
在此上的基本原则为 MOSFET 实际工作环境中的最大峰值漏源极间的电压不大于器件规格书中标称漏源击穿电压的 90% 。
即：VDS_peak≤ 90% * V(BR)DSS注：一般地， V(BR)DSS具有正温度系数。
故应取设备最低工作温度条件下之V(BR)DSS值作为参考。
2）漏极电流：其次考虑漏极电流的选择。
基本原则为 MOSFET 实际工作环境中的最大周期漏极电流不大于规格书中标称最大漏源电流的 90% ；漏极脉冲电流峰值不大于规格书中标称漏极脉冲电流峰值的 90% 即： ID_max ≤ 90% * IDID_pulse ≤ 90% * IDP注：一般地， ID_max 及 ID_pulse具有负温度系数，故应取器件在最大结温条件下之 ID_max 及 ID_pulse值作为参考。
器件此参数的选择是极为不确定的—主要是受工作环境，散热技术，器件其它参数（如导通电阻，热阻等）等相互制约影响所致。
最终的判定依据是结点温度（即如下第六条之“耗散功率约束”）。
根据经验，在实际应用中规格书目中之 ID会比实际最大工作电流大数倍，这是因为散耗功率及温升之限制约束。
在初选计算时期还须根据下面第六条的散耗功率约束不断调整此参数。
建议初选于 3~5 倍左右 ID = (3~5)*ID_max。
3）驱动要求：MOSFEF 的驱动要求由其栅极总充电电量（ Qg ）参数决定。
在满足其它参数要求的情况下，尽量选择 Qg 小者以便驱动电路的设计。
驱动电压选择在保证远离最大栅源电压（ V GSS ）前提下使 Ron 尽量小的电压值（一般使用器件规格书中的建议值）。
200w电源模块的发热温度
200w电源模块的发热温度200W电源模块的发热温度是指在正常工作状态下，该电源模块产生的热量所导致的最高温度。
这个温度对于电源模块的安全性和可靠性非常重要，因为过高的温度可能导致电源模块损坏、降低效率甚至发生故障。
要了解200W电源模块的发热温度，需要考虑以下几个方面：1. 功率损耗：200W电源模块的发热主要来源于功率转换过程中的功率损耗。
这些功率损耗包括开关元件的导通和截止过程中的能量损耗、电源模块内部的线路阻抗引起的导线损耗、电源变压器的铜耗和铁耗等。
这些损耗会产生热量，从而使电源模块的温度上升。
2. 散热设计：200W电源模块的散热设计对于控制发热温度至关重要。
散热设计包括散热器的选择和布置、散热风扇的使用、电源模块的散热面积和导热材料的选择等。
优秀的散热设计可以将电源模块的温度维持在一个较低的范围内，提高其工作效率和寿命。
3. 环境温度：环境温度也对200W电源模块的发热温度产生影响。
如果周围环境的温度较高，电源模块的散热效果会下降，进而导致发热温度升高。
因此，在考虑电源模块发热温度时，需要考虑环境温度的因素。
根据以上因素，不同类型的200W电源模块的发热温度可能有所不同。
比如对于低压差线性稳压器电源模块，其发热量较低，一般工作温度在30-60摄氏度；而对于开关型电源模块，发热量较高，工作温度可能高达80-100摄氏度。
一般来说，在设计200W电源模块时，通常会进行详细的热分析和计算，确定电源模块在不同工作条件下的发热温度。
通过使用热敏元件和温度传感器，可以监测电源模块的温度，并根据需要进行散热设计的调整。
除了上述因素，还需要考虑电源模块使用的工作时间长短、负载状态、负载变化频率等因素对发热温度的影响。
例如，如果电源模块处于高负载状态，并且负载变化频率较高，那么电源模块的功率损耗和发热温度都会增加。
总结起来，200W电源模块的发热温度是由功率损耗、散热设计和环境温度等因素共同决定的。
高压低压配电柜的电力损耗分析与改进
高压低压配电柜的电力损耗分析与改进一、引言高压低压配电柜是电力系统中的重要组成部分，用于将高压电能转化为低压电能并分配给各个用电设备。
然而，由于电力传输和变压过程中存在一定的损耗，高压低压配电柜会导致一定的电力损耗。
本文旨在分析高压低压配电柜中的电力损耗问题，并提出改进措施，以减少电力损耗，提高能源利用效率。
二、电力损耗分析1. 输电损耗高压电能在输送过程中会存在电阻损耗，导致电能的部分转化为热能而被浪费掉。
输电损耗与导线长度、截面积、电阻率等因素密切相关。
2. 变压损耗在高压电能通过变压器转换为低压电能的过程中，会伴随着一定的磁损耗和铜损耗。
磁损耗主要由于磁场的逆磁感应效应引起，而铜损耗主要由于变压器的铜线产生的电流经过电阻产生的热量而损失。
3. 配电柜内部损耗配电柜内部的接线件、开关、隔离器等元件会存在一定的接触电阻和导线电阻，导致电能在传输过程中的进一步损耗。
此外，配电柜还会产生一定的热量，进一步导致电能的浪费。
三、电力损耗改进措施1. 优选导线材质和截面积针对输电损耗，选择低电阻率的导线材质，如铜线。
同时，根据电流负载和距离远近，合理选择导线的截面积，以减少电线电阻，降低输电损耗。
2. 优化变压器设计对于变压损耗，可以通过优化变压器的设计来减少损耗。
采用高性能的磁材料制作变压器的铁心，降低磁损耗；合理设计变压器的线圈结构，减小铜损耗。
3. 优化配电柜结构与元件选择针对配电柜内部损耗，可以采用优质的接线件和开关元件，减小接触电阻和导线电阻，降低损耗。
合理的散热设计可以有效降低配电柜产生的热量，减少电能浪费。
4. 增加电能监测与管理系统通过安装电能监测与管理系统，实时监测和分析电力损耗情况，及时发现异常并采取相应的措施，可有效降低电力损耗。
5. 节约能源使用在实际使用过程中，合理规划用电负荷，避免过度使用电力，节约能源消耗，从而减少电力损耗。
四、结论通过对高压低压配电柜的电力损耗进行分析，我们可以看到电力损耗主要来自输电过程、变压过程和配电柜内部。
变频器中的IGBT模块损耗计算及散热系统设计
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断损耗；Ｋ。为桥臂电压；ｋ伽、Ⅵ。协ａ分别为参考电
流和参考电压：墨，叫为电流幅值对ＩＧＢＴ开关损
耗影响的电流系数；墨。Ｔｆ’，为桥臂电压对ＩＧＢＴ开 关损耗影响的电压系数；羁。Ｄ，为电流幅值对快恢 复二极管开关损耗影响的电流系数；墨加Ｐ为桥臂 电压对快恢复二极管开关损耗影响的电压系数；
甄，ｎ ｒ为温度对ＩＧＢＴ开关损耗影响的温度系数；
为ＩＧＢＴ和快恢复二极管２５℃时的额定导通压降； 正Ｔｒ和正Ｄ分别为ＩＧＢＴ和快恢复二极管的实际结
温；ｇｒ Ｔｒ为温度对ＩＧＢＴ通态电阻影响的温度系数；
墨Ｄ为温度对快恢复二极管通态电阻影响的温度系 数；鼠Ｔｒ为温度对ＩＧＢＴ导通压降影响的温度系数； 凰Ｄ为温度对快恢复二极管导通压降影响的温度系 数：ｆ为ＰＷＭ逆变器输出电流。 采用ＳＰＷＭ或ＳＶＰＷＭ时逆变器输出交流电压
Ｈｕ Ｊｉａｎｈｕｉ
ａｎｄ Ｈｅａｔ Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ
Ｌｉ Ｊｉｎｇｅｎｇ Ｚｏｕ Ｊｉｂｉｎ Ｈａｒｂｉｎ Ｔａｎ Ｊｉｕｂｉｎ １ ５０００ １
Ｍｏｄｕｌｅ
（Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｂｓｔｒａｃｔ
提出了一种设计变频器散热系统的实用方法，建立了比较准确且实用的变频器中ＩＧＢＴ
（绝缘栅型双极晶体管）模块的通态损耗和开关损耗的计算方法，考虑了温度对各种损耗的影响， 采用热阻等效电路法推导得出了散热器及功率器件各点温度的计算公式，并给出了散热器热阻的 实用计算公式．在此基础上设计了一套采用强迫风冷的散热系统，计算结果与试验结果的对比， 验证了该设计方法的合理性与实用性． 关键词：变频器 损耗 热阻 散热系统 中图分类号：ＴＭ４６５ Ｌｏｓｓｅｓ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ＩＧＢＴ
大功率三电平变频器损耗计算及散热分析
2011年2月电工技术学报Vol.26 No. 2 第26卷第2期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Feb. 2011大功率三电平变频器损耗计算及散热分析景巍谭国俊叶宗彬（中国矿业大学信息与电气工程学院徐州 221008）摘要准确计算功率器件损耗可优化变频器的散热设计。
功率器件的导通和开关特性对温度比较敏感，损耗计算必须考虑结温的影响。
本文分析了中点钳位式（NPC）三电平变频器功率器件导通和开关规律，在此基础上建立了一套实用的损耗计算方法。
通过热阻等效电路计算了功率器件的结温。
对一台1MVA NPC三电平变频器在逆变和整流两种典型工况下进行了试验分析，采用红外热成像仪对功率器件的温度进行测量，计算和测量结果误差率在5%以内，验证了损耗计算的准确性。
关键词：三电平变频器 IGBT模块损耗结温散热热阻中图分类号：TM464Losses Calculation and Heat Dissipation Analysis ofHigh-Power Three-Level ConvertersJing Wei Tan Guojun Ye Zongbin（China University of Mining and Technology Xuzhou 221008 China）Abstract Thermal design of the converter can be optimized if the power losses are precisely known. The device’s conduction and switching characteristics are very sensitive to the temperatures, so the influence of junction temperatures must be taken into consideration when calculating the power losses. In this paper, a practical loss calculation method is derived based on the analysis of the conduction and switching principles of the neutral point clamping three-level converters. Using thermal resistance equivalent circuit, the devices junction temperatures are acquired. An 1MVA NPC converter is tested in inverter and rectifier operating modes, and the infrared thermal imager is used to measure the devices temperatures. The error rates between measured and calculated temperatures are within 5% range and thus the validity of the loss calculation method is verified.Keywords：Three-level converter, IGBT module, loss, junction temperature, heat dissipation, thermal resistance1引言大功率变频器采用多电平技术可有效地降低变频器输出电压的谐波成分，改善其输出性能[1]。
MOSFET的设计与损耗计算
MOSFET的设计与损耗计算MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种最常用的功率开关器件，广泛应用于电子设备和电力电子系统中。
MOSFET的设计和损耗计算是确保器件正常工作和提高系统效率的重要步骤。
本文将详细介绍MOSFET的设计和损耗计算。
一、MOSFET的设计1.选择合适的MOSFET型号：根据应用需求，选择具有合适电压和电流能力的MOSFET。
常见的参数包括漏源电压VDS、漏流电流ID、开关时间等。
此外，还应考虑MOSFET的导通电阻和关断电压等参数。
2. 确定工作温度：MOSFET的温度特性会影响其性能和可靠性。
因此，需要确定MOSFET在实际工作条件下的最大温度。
通常，MOSFET的最大结温（Tjmax）是一个关键参数。
3.选择散热器：根据MOSFET的功率损耗和最大结温，选择合适的散热器来保持器件温度在安全范围内。
散热器的选择应考虑散热能力、尺寸和成本等因素。
4.确定驱动电路：MOSFET需要驱动电路来控制其导通和关断。
驱动电路应具有足够的电流和电压能力，并能提供适当的信号波形。
常见的驱动电路包括晶体管驱动器和集成电路驱动器。
5.进行电流和功率计算：根据应用需求，计算MOSFET的电流和功率。
电流计算需要考虑导通电阻和开关时间，而功率计算则需要考虑导通和关断过程中的损耗。
二、MOSFET的损耗计算1.导通损耗：MOSFET在导通状态下会有导通电阻的损耗。
导通损耗可以通过以下公式计算：Pcond = I^2 * RDS(on)其中，Pcond为导通损耗，I为电流，RDS(on)为导通电阻。
2.关断损耗：MOSFET在关断状态下会有开关过程中的损耗。
关断损耗可以通过以下公式计算：Psw = 0.5 * VDS * ID * f其中，Psw为关断损耗，VDS为漏源电压，ID为漏流电流，f为开关频率。
3.开关损耗：开关损耗是指MOSFET在开关过程中由于导通和关断之间的过渡所引起的能量损耗。
减少铁芯损耗的方法
减少铁芯损耗的方法铁芯损耗是指在变压器等电力设备中，铁芯材料在磁化过程中产生的能量损耗。
铁芯损耗会导致设备的能效降低，增加能源的消耗，同时还会产生较大的热量，影响设备的运行稳定性。
因此，减少铁芯损耗是电力设备设计和运行中的重要课题之一。
下面我将介绍几种常见的减少铁芯损耗的方法。
1. 选择合适的铁芯材料：铁芯材料的选择对于减少铁芯损耗至关重要。
常见的铁芯材料有硅钢片、镍铁合金等。
硅钢片具有较低的磁滞损耗和涡流损耗，是目前应用最广泛的铁芯材料之一。
而镍铁合金具有更低的涡流损耗，适用于高频电力设备。
根据具体的应用需求，选择合适的铁芯材料可以有效降低铁芯损耗。
2. 优化铁芯结构：铁芯的结构也会对损耗产生影响。
在设计过程中，可以通过优化铁芯的形状和尺寸，减小漏磁通和磁阻，从而降低铁芯损耗。
例如，在变压器的铁芯设计中，采用环形或矩形截面的铁芯，可以减小铁芯的磁阻，降低损耗。
3. 控制磁通密度：磁通密度是指单位面积上通过的磁通量。
在设计和运行过程中，合理控制磁通密度可以有效减少铁芯损耗。
过高的磁通密度会导致铁芯磁化过程中的能量损耗增加，而过低的磁通密度则会降低设备的能效。
因此，需要根据具体的应用需求，选择合适的磁通密度。
4. 降低工作频率：工作频率也是影响铁芯损耗的重要因素之一。
通常情况下，较低的工作频率会导致较低的涡流损耗，从而减少铁芯的能量损耗。
因此，在设计和运行电力设备时，可以适当降低工作频率，以减少铁芯损耗。
5. 合理散热设计：铁芯损耗会产生大量的热量，如果不能及时散热，会导致设备温度升高，进而影响设备的性能和寿命。
因此，在设计电力设备时，需要合理设计散热系统，确保及时有效地散热，降低铁芯损耗对设备的影响。
总结起来，减少铁芯损耗的方法包括选择合适的铁芯材料、优化铁芯结构、控制磁通密度、降低工作频率以及合理散热设计。
通过合理应用这些方法，可以降低铁芯损耗，提高电力设备的能效，减少能源消耗，同时也有助于提高设备的运行稳定性和寿命。
大型电机的损耗、发热和冷却
大型电机的损耗、发热和冷却摘要大型发电机是电网的主要设备之一，是电能的直接生产者。
大型电机的发展在整个国民经济的发展中占有重要地位。
从电力生产，电网运行、管理的经济性和供电质量来看，电网中主力机组的单机容量应与电网总容量维持一定的比例，例如6～8%。
单机容量越大，则单位容量成本下降，材料消耗降低，其经济性能就越好。
但增加容量势必要增加电机的损耗，同时电机的发热和温升也会上升，如何降低损耗、加强冷却系统，也就成为如何提高出力时必须解决的问题，本文着重在这几个方面做一些分析和探讨。
关键词电机损耗；大型电机温升；大型电机冷却方式一、引言电机容量的提高主要通过增大电机的线性尺寸和增加电磁负荷两种途径实现。
然而增大线性尺寸同时会增大损耗(因为电机的损耗是与线性尺寸的三次方成正比)，造成电机效率下降。
而增加磁负荷，由于受到磁路饱和的限制也很难实现。
所以提高单机容量的主要措施就在于增加线负荷了。
但增加线负荷就同时会增加线棒铜损，线圈的温度将增加，可能达到无法容许的程度。
这时就必须采用强化冷却技术，以提高散热强度，从而将电机各部分的温升控制在允许范围内，才能保证电机安全可靠地运行。
所以冷却技术的进步是电机向大容量发展的保证。
电机的冷却方式分为气冷和液冷两大类。
气冷的冷却介质包括空气和氢气。
液冷的介质有水、油及蒸发冷却所使用的氟里昂类介质及新型无污染化合物类氟碳介质。
汽轮发电机所采用的冷却方式较为丰富，包括空冷、氢冷、水冷、油冷及蒸发冷，以下将从损耗、温升和冷却方式两个方面来作展开。
二、电机的损耗2.1 关于电机的损耗异步电机中的损耗主要由下列五部份组成：1.定子绕组中电流通过所产生的铜耗（PCu1）；2.转子绕组中电流通过所产生的导体（铝或铜）损耗（PCu2）；3.铁心中磁场所产生的涡流和磁滞损耗（PFe）；4.由于风扇和轴承转动所引起的通风和摩擦损耗（Pfw）；5.由气隙磁场高次谐波所产生的负载杂散损耗（Ps）。
什么是功率损耗
什么是功率损耗功率损耗是指在能量转换或传输的过程中，由于各种因素的作用导致能量损失的现象。
功率损耗可以发生在各种设备、电路和系统中，影响着能源的有效利用和系统的性能。
1. 定义功率损耗功率损耗是指能量在转换或传输的过程中因阻力、摩擦、电阻、散热等因素而消耗的能量。
它通常以瓦特（W）为单位计量，表示能量转化或传输过程中消耗的速率。
2. 功率损耗的原因2.1 阻力损耗：在机械系统中，当物体运动时，由于摩擦和粘滞阻力的作用，会产生阻力损耗，使能量转换成热能散失。
2.2 电阻损耗：电阻是电流通过导体时产生的阻碍，电阻会引起电能的转化和传输过程中损耗。
常见的电阻损耗包括电线的电阻、电子元器件的电阻等。
2.3 散热损耗：在能量转换或传输过程中，设备内部产生的热量需要散发出去，如果散热不良就会引起能量的损失。
2.4 信号损耗：在通信和电路传输中，信号会受到衰减、干扰和失真等因素的影响，导致信号能量的损失。
2.5 空气阻力：在空气中高速运动的物体会受到空气阻力的作用，导致能量的损耗。
3. 降低功率损耗的方法3.1 设备优化：改进设备的结构和材料，减少摩擦和能量散失。
3.2 散热设计：合理设计散热系统，提高散热效率，降低能量转化过程中的热量损失。
3.3 电路优化：采用低电阻材料，减小电阻损耗；合理选择元器件，降低信号损耗。
3.4 系统优化：优化传输线路、信号放大和补偿技术，降低信号传输过程中的衰减和失真。
4. 功率损耗的影响4.1 能源浪费：功率损耗导致能量的浪费，降低了能源的有效利用率。
4.2 性能降低：功率损耗会导致设备的效率下降，性能受到影响，可能出现故障或性能下降的情况。
4.3 经济成本：功率损耗意味着额外的能源消耗，增加了能源成本的支出。
4.4 环境影响：能源消耗和能量转换中的损耗会导致环境污染，如热污染和二氧化碳排放。
5. 功率损耗的应用与解决方案5.1 可再生能源利用：通过利用可再生能源，如太阳能和风能，可以减少对传统能源的依赖，降低功率损耗。
芯片发热的机理
芯片发热的机理芯片是现代电子设备中非常重要的组成部分，它们广泛应用于计算机、手机、电视等各种电子产品中。
然而，随着电子设备的不断发展，芯片的功率密度也越来越高，因此发热问题成为了一个突出的挑战。
了解芯片发热的机理对于解决这个问题至关重要。
芯片发热的机理主要可以归结为以下几个方面：1. 能量损耗：芯片在工作过程中会不可避免地产生一些能量损耗，其中包括电阻损耗、开关损耗和漏电流损耗等。
这些损耗会转化为热能，导致芯片发热。
2. 导热不良：芯片的发热还与其周围的散热条件有关。
如果芯片周围的导热性能较差，无法有效地将热量传递到外部环境中，就会导致芯片温度升高。
3. 尺寸缩小：随着科技的进步，芯片不断地变得更小更紧凑。
然而，尺寸的缩小会导致芯片内部元器件之间的集成度增加，从而增加了单位面积上的功率密度，加剧了发热问题。
4. 工作频率增加：为了追求更高的性能，芯片的工作频率也不断提高。
高频工作会导致芯片内部元器件频繁地开关，产生更多的能量损耗，进而增加芯片的发热量。
为了解决芯片发热问题，人们采取了一系列措施：1. 散热设计：为了提高芯片的散热性能，可以在芯片上设置散热片、散热风扇等散热装置，以增加热量的传导和散发。
2. 材料优化：选择导热性能较好的材料作为芯片的封装材料，以提高热量的传导效率。
3. 降低功率密度：通过优化电路设计，减少芯片的功率损耗，降低芯片的发热量。
4. 功耗管理：控制芯片的工作温度，避免温度过高引发故障。
可以通过降低工作频率、降低电压等方式来实现。
5. 智能散热：使用智能散热系统，根据芯片的工作状态和温度变化，自动调整散热装置的运行状态，以提高散热效果。
芯片发热是一个复杂的问题，涉及到能量损耗、导热性能、尺寸缩小和工作频率增加等多个方面。
通过合理的散热设计、材料优化、功耗管理和智能散热等措施，可以有效地解决芯片发热问题，确保电子设备的正常工作。
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第8章 损耗与散热设计开关电源是功率设备，功率元器件损耗大，损耗引起发热，导致元器件温度升高，为了使元器件温度不超过最高允许温度，必须将元器件的热量传输出去，需要散热器和良好的散热措施，设备的体积重量受到损耗限制。
同时，输出一定功率时损耗大，也意味着效率低。
8.1热传输电子元器件功率损耗以热的形式表现出来，热能积累增加元器件内部结构温度，元器件内部温度受最高允许温度限制，必须将内部热量散发到环境中，热量通过传导、对流和辐射传输。
当损耗功率与耗散到环境的功率相等时，内部温度达到稳态。
1. 传导传导是热能从一个质点传到下一个质点，传热的质点保持它原来的位置的传输过程，如图8-1固体内的热传输。
热量从表面温度为T 1的一端全部传递到温度为T 2的另一端，单位时间传递的能量，即功率表示为 T R T l T T A P ∆=-=)(21λ （8-1） 式中 Al R T λ= （8-2） 称为热阻（℃/ W ）；l －热导体传输路径长度(m)；A －垂直于热传输路径的导体截面积(m 2)；λ－棒材料的热导率(W/m ℃)，含90%铝的热导率为220W/ m ℃，几种材料的热导率如表8-1所示;ΔT ＝T 1－T 2温度差(℃)。
例：氧化铝绝缘垫片厚度为0.5mm ，截面积2.5cm 2，求热阻。
解：由表8-1查得λ＝20 W/m ℃，根据式（8-2）得到340.5100.120 2.510t R --⨯==⨯⨯℃/ W 式（8-1）类似电路中欧姆定律：功率P 相当于电路中电流，温度差;ΔT 相当于电路中电压。
半导体结的热量传输到周围空气必然经过几种不同材料传输，每种材料有自己的热导率，截面积和长度，多层材料的热传输可以建立热电模拟的热路图。
图8-2是功率器件由硅芯片的热传到环境的热通路(a)和等效热路(b)。
由结到环境的总热阻为 sa cs jc js RRR R ++= （8-3） 上式右边前两个热阻可以按式（8-2）计算，最后一项的热阻在以后介绍的方法计算。
如果功率器件损耗功率为P ，则结温为 a sa cs jc j T R R R P T +++=)( （8-4） 式中R jc ， R cs 及R sa 分别表示芯片结到管壳，管壳到散热器和散热器到环境热阻。
除了散热器到环境的热阻R sa 外，其余两个热阻可以按式(8-2)计算。
(a)(b) 图8-2功率器件热传输和等效热路图从式（8-4）可见，要使结温T j 不超过最高允许温度T jM ，应当器件降低功耗P ，或者减少热阻。
一定的封装，决定了管壳和芯片结构，也就决定了结到壳的内热阻R jc 。
如果希望R jc 小，热传输路径l 要尽可能短，但受到器件承受的电压、机械平整度等限制；还要使传输截面积尽可能大，但这受到例如寄生电容等限制。
封装一般采用高热导率材料减小热阻。
高功率器件直接安装在空气冷却，甚至水冷散热器上。
尽量减少结到壳热阻R jc ，一般可以小于1W/℃。
手册中常给出结到壳热阻R jc ，最高允许结温T jM 和最大允许损耗P M ，或最高允许结温T jM 最大允许功率损耗P M 和允许壳温T c 。
如果是后者，根据已知数据就可以知道结到壳热阻 jM cjc M T T R P -= W/℃ （8-5）壳到散热器通常有一层绝缘导热垫片，绝缘垫片可以用氧化铝、氧化铍、云母或其他绝缘导热材料。
壳到散热器热阻R cs 包含两部分：绝缘垫片热阻和接触热阻。
绝缘导热垫片热阻可按式（8-2）计算。
例如用于TO －3封装的75μm 绝缘云母片热阻大约1.3℃/ W 。
但是，固体表面再好精加工，表面总是点接触，存在很大接触热阻，应当施加适当的装配压力，增大接触面，即便如此，表面之间仍有空气隙存在，对热阻影响很大。
太大的压力会使器件内部结构变形，可能适得其反,一般使用力矩板手保证确定的压力，又不致器件安装变形。
同时，材料接触表面应当平整、无瘤、坑，并在适当压力的前提下，绝缘垫片涂有混合导热良好氧化锌的硅脂，驱赶表面间空气，使接触热阻下降50%～30%。
TO3封装当涂有硅脂或导热材料时热阻大约0.4℃/ W 。
如果应用复合材料过多，层太厚将增加热阻。
接触热阻可按下式计算 'cs R A β= W/℃ (8-6)A 为接触表面积，cm 2；β－金属对金属为1,金属对阳极化为2；如果有硅脂分别为0.5和1.4。
2. 瞬态热抗众所周知，物体在传输热量之前，必须吸收一定的热能加热本身到高于环境的相应温度；而当热源去掉后，这部分热能经过一定时间释放掉，温度降低到环境温度。
这相似电容的充电和放电效应。
在热电模拟等效热路中引入热容的概念。
在电源开机、关机和瞬态过载等情况下，功率器件往往在瞬间损耗（浪涌）大大超过平均损耗，引起芯片结温瞬间升高，结温是否超过最大允许结温，这与功率浪涌持续时间以及器件的热特性有关。
在瞬态情况下，热传输的热路中必须考虑热容C s 。
材料的单位体积（或质量）的热容定义为热能Q 相对于材料温度T 的变化率，即 /v dQ dT C = 其中C v 是单位体积热容，每度（K ）单位体积的焦耳，或称为比热。
对于矩形截面A 材料，长度（热传输方向）d 的热容C s 如下 s v C C Ad = （8-7） 结温瞬态特性类似于电力传输线，等效电路方程的解很复杂。
通过热电模拟可以得到方程的近似解，稳态模型如图8-2所示。
如果输入功率P(t)是阶跃函数(图8-3(a))，考虑热容的等效热路如图8-3(a)所示，短时间温升T j (t)为()120()4/j t s a T t P t R C T π=+⎡⎤⎣⎦ (8-8)式中P 0为功率阶跃幅值，并假定t 小于热时间常数近似解为/4t s R C τπ= (8-9)Pa t(c) 图8-3 等效热路瞬态热抗(a)，阶跃输入(b)和瞬态热阻抗响应如果时间大于时间常数τ，T j 接近稳态值P 0R t ＋T a 。
图的纵轴T j /P 0是瞬态热阻抗Z t (t)＝T j (t)/P 0。
但是，热传输相似于电网传输线，不是集中参数，热时间常数不能简单使用类似电路中的RC 时间常数。
式(8-9)是时间小于τ时的级数展开项，是t 的1/2次方，而不是简单的指数关系。
在实际器件中，热传输路径中不是一种材料，而是多种材料的多层结构，实际热系统是非线性高阶系统。
制造厂在功率器件手册中常提供如图8-4所示的瞬态阻抗曲线。
如果输入功率的时间函数已知，可以利用热抗曲线预计结温：()()()j a T t P t Z t T =+ （8-10）例如，IRFI4905通过启动时瞬时矩形功率脉冲150W ，脉冲宽度20μs ，占空比D ＝0.2，查得Z tjc =0.53W/℃,环境温度35 ℃于是1500.5335114.5j T =⨯+=℃实际上，功率脉冲一般不是矩形的，可以用幅值相等、能量（功率时间积分）相等原则求出脉冲宽度。
3. 散热器在式(8-3)中，我们已经解决了R jc 和R cs ，前者由器件厂商提供，后者可以根据绝缘要求选取适当的材料计算求得。
在一定的损耗功率P 时，要选择恰当的散热器，保证器件结温不超过最大允许结温。
目前使用的散热器平板、叉指型和翼片铝型材。
自然冷却散热器翼片之间的距离较大，至少应当10~15mm 。
散热器表面黑色阳极化使热阻减少25%，但成本增加。
自然对流冷却热时间常数在4~15分钟。
如果加风扇，热阻下降，使得散热器小而轻，同时也减少热容C s 。
对于强迫风冷散热器大大小于自然对流冷却散热器。
强迫风冷散热器的热时间常数典型值可以小于1分钟。
用于强迫风冷散热器叶片之间距离可以为几个mm 。
在高功率定额，采用热管技术或油冷、水冷进一步改善热传导。
散热器大小与器件可以允许的最高结温有关。
对于最坏情况设计，规定了最高结温T jM ，最高环境温度T amax ，最高工作电压和最大通态电流。
如果最大占空比、最大通态电流和最大通态电阻已知（由手册可以查得T jM 和最大电流）就可以计算功率器件中最大功率损耗。
如果器件结温125℃，TO －3晶体管，其功耗为26W ，制造厂提供R jc ＝0.9℃/ W 。
使用带有硅脂的75μm 云母垫片，其综合热阻为0.4℃/ W 。
散热器安装处最坏环境温度是55℃，根据式（8-4）求得散热器到环境的热阻为 12555(0.90.4) 1.3926t R -=-+=℃/ W图8-4 IRFI4905 MOSFET 结到壳最大瞬态热抗图(International Rectifier -IR) 矩形脉冲宽度(s) 单脉冲（热抗） 热阻抗（Z t j c ）占空比峰值T j ＝P DM ×Z tjc ＋T c注：手册中常给出铝型材单位长度热阻，由计算出的散热器热阻求出需要该散热器型材的长度。
4. 对流和辐射传热生产厂提供的散热器数据是该散热器在规定环境温度散热器到环境的热阻R sa 。
此热阻包含了辐射和对流热阻，它们与环境温度有关。
因此有必要了解散热器对流和辐射热传输机理。
对流和辐射热阻与传导热阻并联。
辐射热阻根据斯蒂芬－波尔兹曼定律，经辐射传输的热能()8445.710s a P EA T T -=⨯- （8-11a ）P 为辐射功率(W)；E 为表面发射率；T s 为表面温度(°K) ；T a 为环境温度或周围温度(°K);A 为散热器外表面（包括叶片）(m 2)。
对于黑色表面如黑色阳极化铝散热器E ＝0.9。
对于磨光铝，E 可能小到0.05。
对于黑色阳极化铝散热器可以将上式重新写成 445.1100100s a T T P A ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ （8-11b ） 根据热路欧姆定律，辐射热阻为 445.1100100rt s a TR T T A ∆=⎡⎤⎛⎫⎛⎫-⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦如果T s ＝120℃=393K ；T a ＝20℃=293K ，则辐射热阻 0.12rt R A=℃/ W 例：每边10cm 表面阳极化的黑色立方体，表面温度T s ＝120℃，环境温度为T a ＝20℃，辐射热阻 20.12260.1rt R ==⨯℃/ W 对流热阻 如果垂直高度d 小于1m ，对流带走的热能 ()1.250.251.34T P A d ∆=（W ） (8-12)ΔT 为物体温度与环境空气的温度差（℃），A 是垂直表面积（或物体总表面积）(m 2)，d 物体垂直高度(m)。
根据热欧姆定律，对流热阻 1/411.34ct d R A T ⎛⎫= ⎪∆⎝⎭（8-13） 如果d=10cm ，ΔT ＝100℃ 0.13ct R A=℃/ W 例：有一个薄板表面温度为120℃，环境温度为20℃，板高10cm ，宽30cm ，求R ct ： 1/410.1 2.21.3420.10.3100ct R ⎛⎫== ⎪⨯⨯⨯⎝⎭℃/ W如果立方体与薄板面积相同，对流热阻与上例相同，则辐射和对流总热阻为ct rt rct ct rt R R R R R =+＝1℃/ W 热从水平向上表面比垂直表面移开多15％~25%。