变频器散热器设计资料
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以18.5KW变频器举例
"通常散热器的设计分为三步
1:根据相关约束条件设计处轮廓图。
2:根据散热器的相关设计准则对散热器齿厚、齿的形状、齿间距、基板厚度进行优化。
3:进行校核计算"
变频器发热主要是来自功率模块IGBT和整流桥,必须通过散热器导热,采用自然风冷或强迫风冷将热量散发出去。
“散热器冷却方式的判断
对通风条件较好的场合:散热器表面的热流密度小于0.039W/cm2,可采用自然风冷。
对通风条件较恶劣的场合:散热器表面的热流密度小于0.024W/cm2,可采用自然风冷。
对通风条件较好的场合,散热器表面的热流密度大于0.039W/cm2而小于0.078W/cm2,必须采用强迫风冷。
对通风条件较恶劣的场合:散热器表面的热流密度大于0.024W/cm2而小于0.078W/cm2,必须采用强迫风冷”
“自然冷却散热器的设计方法
考虑到自然冷却时温度边界层较厚,如果齿间距太小,两个齿的热边界层易交叉,影响齿表面的对流,所以一般情况下,建议自然冷却的散热器齿间距大于12mm,如果散热器齿高低于10mm,可按齿间距≥1.2倍齿高来确定散热器的齿间距,一般齿间距=<1/4的散热器高度”
变频器首先按照模块放置要求,预先确定外形尺寸为宽*长*厚 260*220*50
先看看自然风冷,按照上述原则,选择镇江长虹散热器有限公司的DY-V系列散热器,见下图
6862.000
变频器发热量为额定功率P的5%-6% 18.5kw变频器发热量计算
Q热=6%P=6%*18.5=1.11(kw)=1110(W) P为变频器额定功率
型材散热器表面积计算
A=UL
式中:U 散热器翅片横截面的周长,cm
L 散热器的长度,cm
A=2422.5209*220*10-2=5329.545(cm2)
散热器表面的热流密度 Q热/ A =1110/5329.545 =0.208 (W/ cm2)>= 0.039W/cm2
计算出来的散热器表面的热流密度,远大于限制的0.039W/cm2,就算加长加厚散热器,增大表面积,也远远不够,所以不能采用自然风冷,要采用强迫风冷
“也有将散热器热阻RTf来作为选择散热器的主要依据。Tj、RTj是半导体器件提供的参,P是耗散功率,RTc可以从热设计专业书籍中查到。下面介绍一下散热器的选择。
(1)自然冷却散热器的选择
首先按以下式子计算总热阻RT和散热器的热阻RTf,即:
RT=(Tjmax-Ta)/Pc
RTf=RT-RTj-RT。
算出RT和RTf之后,可根据RTf和P来选择散热器。选择时,根据所选散热RTf和P曲线,在横坐标上查出已知P,再查出与P对应的散热器的热阻R'Tf。
按照R'Tf≤RTf的原则选择合理的散热器即可。
(2)强迫风冷散热器的选择
强迫风冷散热器在选择时应根据散热器的热阻RTf和风速来选择合适的散热器。”
又有见
“1. 概念
(1) 元件工作结温Tj:即元件允许的最高工作温度极限。本参数由制造厂提供,或产品标准强制给出要求。
(2) 元件的损耗功率P:元件在工作时自身产生的平均稳态功率消耗,定义为平均有效值输出电流与平均有效值电压降的乘积。
(3) 耗散功率Q:特定散热结构的散热能力。
(4) 热阻R:热量在媒质之间传递时,单位功耗所产生的温升。
R = ΔT / Q
2. 散热器的选配
设环境温度为Ta。散热器的配置目的,是必须保证它能将元件的热损耗有效地传导至周围环境,并使其热源_即结点的温度不超过Tj。用公式表示为
P < Q = ( Tj - Ta ) / R ①
(当然,热量的消散除对流传导外,还可辐射。在后面讨论)
而热阻又主要由三部分组成:
R = Rjc + Rcs + Rsa ②
Rjc:结点至管壳的热阻;
Rcs:管壳至散热器的热阻;
Rsa:散热器至空气的热阻。
其中,Rjc与元件的工艺水平和结构有很大关系,由制造商给出。
Rcs与管壳和散热器之间的填隙介质(通常为空气)、接触面的粗糙度、平面度以及安装的压力等密切相关。介质的导热性能越好,或者接触越紧密,则Rcs越小。
(参考值:我厂凸台元件的风冷安装,一般可考虑Rcs≈0.1Rjc)
Rsa是散热器选择的重要参数。它与材质、材料的形状和表面积、体积、以及空气流速等参量有关。
综合①和②,可得
Rsa <〔( Tj - Ta ) / P〕- Rjc - Rcs ③
上式③即散热器选配的基本原则。
一般散热器厂商应提供特定散热器材料的形状参数和热阻特性曲线,据此设计人员可计算出所需散热器的表面积、长度、重量,并进一步求得散热器的热阻值Rsa。”
此种方法没试过,因为具体到某种型号的散热器的性能曲线,不容量获得。
既已采用强迫风冷,就要选择风机
“设定肋基温度为+80℃,用整机的高温环境温度+50℃作为进口空气温度,设定出口空气温度为+60℃,定性温度为tf =(60+50)/2=55℃
强制风冷所带走的热量大约是总损耗功率的90%,其余10%主要靠电源外壳向外的热辐射以及自然对流散掉”
通风量的计算
Q热'=Cp*ρ*Q风*Δt
Q风=Q热*60/(Cp*ρ*Δt)
式中:CP 空气的比热(J∕kg•℃)1005J/(kg•K);
ρ空气的密度(kg/m3)1.06kg/m3;
Q风通风量(m3∕min);
Q热' 风机带走的热量(W),Q热*90%;
△t 空气出口与进口温差(℃)一般是10℃-15℃;不知道此依据是什么
Q风=Q热'*60/(Cp*ρ*Δt)=90%*Q热*60/(1005*1.06*△t)=0.051*Q热/△t=0.051*1110/10=5.66 (m3/min)
上式 Q风=0.051*Q热/△t变化一下 Q风=0.051*P机*60/△t=3.06*P机/△t 式中P机为变频器额定功率,kw
是我常用的公式,作为计算所需风量的依据,个人以为△t取10偏低,理论风量太大,实际上也没有测量过
正好手头有一本科畅公司的风机说明书,上有风量计算公式,Q风=1.76P/(t2-t1) (CFM)英尺3/min =0.05P/(t2-t1) (m3/min)
举有一例:Air Flow=1.76*1000/(59-20)=45(CFM) (发热量1000W,出口温度59℃,进口温度20℃)
温差达39℃,到底应该是多少比较合适,晕!
理论计算出来的风量值,考虑到风量损失及安全性等因素,要乘以1.5-2倍,Q风‘>=1.5Q 风
选用台湾建准KD2412PMBX_6A 风量120CFM= 3.4m3/min,两只
散热器的校核计算
换热方程式
Q热=h.A·△t·ηf
式中: Q热电子设备的耗热,W
h 总换热系数,W/m2·℃