变频器的热设计.doc

以下资料主要是在网上搜集来的，加了点个人的理解，目的是将其作为自己在散热知识掌握程度的一个小结，希望对同行设计人员有个参考作用 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” 注：“ ”中的文字是转摘来的， 不知道依据，也不太理解 。 以下同，不再说明！ “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 下载 (13.48 KB) 2010-1-19 10:30 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 散热器的布置见下图 下载 (39.26 KB) 2010-1-19 10:30 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RTf。 按照RTf≤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 Rs