Оптимизация теплового режима стабилизатора напряжения

Учитывая, что предельно допустимые температуры элементов стабилизатора находятся в широком диапазоне температур (100-170⁰С)

Все электронные компонентырасположенные на радиаторе можно разделить на три группы:

1 группа от +86⁰С и до +100⁰С

2 группа от +101⁰С и до +150⁰С

3 группа от +151⁰С и до +170⁰С

Поскольку допустимая температура сильно отличается то целесообразно размещать на своем радиаторе, температура этих радиаторов в общем случаи будут различаться.

Учитывая, что коэффициент теплообмена при вынужденной конвекции зависит от длины радиатора (увеличивается при уменьшении длины), целесообразно вентилятор разместить в центральной зоне радиатора.

Поэтому учитывая эти два обстоятельства мной предложено новая схема организации воздушного охлаждения рис. 4.1.

Для определения новых длин радиаторов введем параметр К, отражающий долю длины радиатора выбранной группы относительно исходного радиатора.

Параметр К1 для каждой группы есть отношение к обшей проводимости групп собственной необходимой проводимости, определяемой как отношение мощности данной группы к разности температур (Тдоп-Тср).

Параметр К2 для каждой группы есть отношение мощности данной группы к обшей мощности групп.

Результаты расчета приведены в таблице 4.1

 

Радиатор группы 2

Вентилятор

Печатные платы

Радиатор группы 1

Радиатор группы 3

Рис. 4.1. Предложенная схема организации воздушного потока и охлаждения

 

Выбор параметров радиатора. Таблица 4.1

где: К1 - доля от общей проводимости σ

К2 - доля от общей мощности

К - принятая доля длины радиатора

L-длина радиатора группы, м
Таким образом нами принята для группы 1 длина радиатора 36 мм

для группы 2 длина радиатора 72 мм

для группы 3 длина радиатора 192 мм

Расчеты параметров радиаторов представлены в приложении 1.

 

В таблице 4.2 приведены результаты расчета температурных полей радиаторов групп. Из таблицы видно, что запас по температуре в первой группе составляет 30 К, запас по температуре во второй группе составляет 68 К, запас по температуре в третей группе составляет 69 К.

Таким образом применение данного подхода оптимизации теплового режима силовой электронной техники позволяет существенно снизить температур элементов и дает возможность увеличить выходную мощность прибора.

 

 

Таблица 4.2

Элемент	Мощность Вт	Площадь контакта м2	Контактное сопротивление К/Вт	Допустимая температура0С	Температура радиатора под элементом 0С	Температура корпуса элемента 0С
FES16AT-JT		0, 00015	0, 6667			81, 7
FES16AT-JT		0, 00015	0, 6667			81, 7
FES16AT-JT		0, 00015	0, 6667			80, 7
FES16AT-JT		0, 00015	0, 6667			79, 7
КД638АС		0, 00015	0, 6667			70, 3
КД638АС		0, 00015	0, 6667			70, 3
КД638АС		0, 00015	0, 6667			70, 3
IRGS30В120К		0, 000225	0, 4444			86, 7
IRGS30В120К		0, 000225	0, 4444			86, 7
IRGS30В120К		0, 000225	0, 4444			86, 7
IRGS30В120К		0, 000225	0, 4444			85, 7
IRGS30В120К		0, 000225	0, 4444			91, 1
IRGS30В120К		0, 000225	0, 4444			91, 1

Методика оптимизации теплового режима блока питания

Анализрасчетов и исследований по оптимизации конструкции систем охлаждений позволяет сформулировать основные положения методики

- определить основные тепловыделяющие элементы

- выяснить допустимые температуры работы для основных тепловыделяющих элементов

- распределить основные тепловыделяющие элементы по группам в соответствии с допустимыми температурами

- определить максимальную суммарную мощность, выделяемую в группах

- выбрать компоновку радиаторов отдельных групп и схему направления потока хладагента

- рассчитать (подобрать) радиаторы и вентиляторы необходимые для нормальной работы элементов в группах

 

Выводы

В результате проделанной работы провели расчет температур корпусов силовых элементов размешенных на ребристом радиаторе обдуваемым принудительным потоком воздуха. Расчет показал, что прибор работает в предельном температурном режиме. Базируясь на анализе допустимых температур и выделяемой мощности элементов был предложен подход, для оптимизации конструкции без изменения электрической схемы и габаритов прибора. Тепловыделяющие элементы были сгруппированы по величине предельно допустимой температуры. Для каждой из групп создавались свои радиаторы. Была предложена более рациональная схема вентиляции. В результате температура корпусов элементов для каждой группы стала заметно ниже и стала удовлетворять условиям эксплуатации.

При тепловом проектировании важнейшим является мощность тепловыделений элемента. Для ее определения предложен калориметрический метод.

На основе анализа проделанных мероприятий удалось сформулировать основные разделы методики оптимизации теплового режима блока питания, которая позволяет не только сделать прибор более надежным но и позволяет увеличить выходную мощность прибора.

 

Список использованных источников

1. Роткоп Л.Л., Спокойный Ю.Е. «Обеспечение тепловых режимов при конструировании РЭА» Москва «Советское радио» 1976г. с 3, 27.

2. Дульнев Г.Н. «Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре» Москва «Высшая школа» 1984г. с 129,

3. Дульнев Г.Н. Семяшкин Э.М. «Теплообмен в радиоэлектронной аппаратуре» Ленинград «Энергия» 1968г. с 36

4. Евзеров И.Х., Фейгельман И.И., Ткаченко А.А. «Конструирование мощных тиристорных электроприводов» Москва «Энергоатомиздат» 1992г. c 108.

5. hppt: //www.platan.ru

6. hppt: //www.cip_dip.ru

7. hppt: //www.micronika.ru

8. hppt: //www.megaelectronika.ru

 

 

Приложение 1.

Расчет радиатора

В системах воздушного охлаждения — широко применяются радиаторы, различающиеся по виду развитой поверхности. На рис.1.1 изображены радиаторы: а — пластинчатые; б — ребристые; в — игольчато-штыревые; г — 'типа " краб". На рисунке приведены геометрические параметры, существенно влияющие на величину рассеиваемого радиатором теплового потока — размеры основания L₁, L₂ (прямоугольное основание), толщина δ основания, высота H (или h), толщина d ребра или штыря и шаг S между ними. Для петельно-проволочных радиаторов характерными геометрическими параметрами являются высота H витка, диаметр d проволоки, шаг навивки S₂ шаг укладки S₁, коэффициент заполнения φ канала, равный отношению площади поперечного сечения спиралей к площади сечения канала. [2]

Для характеристики теплообменных свойств радиатора используют зависимость между средним перегревом = t_s - t_c основания радиатора а рассеиваемой им мощностью Р, эффективным коэффициентом теплообмена основания α _эф, тепловой проводимостью или тепловым сопротивлением R_Σ , cвязанными зависимостями: F = L₁ ^. L₂ — для прямоугольного основания; F = π D /4 — для круглого основания;

 

P = = ;

. (1.1)

Формула (4.1.1) справедлива для радиатора любого из рассмотренных выше типов; вся сложность процессов переноса тепла и конструктивные особенности сосредоточены в одной величине — в эффективном коэффициенте теплообмена. Последний может быть определен экспериментальным и расчетным путем.

Рис. 1.1

Расчет параметров и для ребристых и игольчато-штыревых радиаторов

Необходимость такого анализа связана с непрерывным изменением выпускаемых промышленностью типоразмеров радиаторов. Представим радиатор как некоторую оребренную (N ребер) пластину (основание радиатора). Тепловую модель одиночного ребра или штыря радиатора можно представить в виде стержня (рис. 1.2) произвольного сечения f с периметром U, длиной h, находящегося в среде с температурой t_c и коэффициентом теплоотдачи с боковой поверхности α; коэффициент теплопроводности стержня — λ. В левый торец стержня входит тепловой поток P_i, который кондуктивно передается по ребру, рассеиваясь при этом с его поверхности.

Температурное поле стержня описывается дифференциальным уравнением

 

, (1.2)

 

где

 

с граничными условиями:

 

. (1.3)

 

Решение системы (1.2) – (1.3) имеет вид

 

(1.4)

Рис.1.2

Из равенства (1.4) получаем, что перегрев левого торца стержня, т.е. равен

 

(1.5)

Для учета теплового потока, рассеиваемого с конца стержня (x = L), следует вместо длины h подставить в формулу (1.5) фиктивную длину h’ = h + f/U, т.е.

 

. (1.6)

 

Найдем из этой формулы тепловое сопротивление одиночного стержня (ребра, штыря):

 

. (1.7)

 

Общая проводимость оребренной части радиатора за счет конвекции равна сумме проводимостей всех N ребер, т.е. . Если конвективная проводимость от неоребренной части радиатора равна , а проводимость за счет лучистой составляющей — , то общая проводимость радиатора равна

 

. (1.8)

 

Рассмотрим методики расчета составляющих уравнения (1.8).

 

Расчет интенсивности конвективного теплообмена от ребер радиатора

 

I. Для вынужденной конвекции воздушной среды могут быть рекомендованы следующие формулы.

Для ребристых радиаторов:

 

Nu = 0, 59Re^{0, 5} при 2^.10³ < Re < 5^.10³ ;

Nu = 0, 033Re^{0, 8} при Re ≥ 5^.10⁵. (1.9)

 

Для игольчато-штыревых радиаторов:

 

Nu = 0, 49Re^{0, 5} при Re < 1000 ;

Nu = 0, 194Re^{0, 65} при Re ≥ 1000. (1.10)

 

В (1.9) и (1.10) приняты следующие обозначения:

Nu = α L/λ; Re = V_pL/ν; λ, ν — теплопроводность и кинематическая вязкость воздуха при температуре набегающего потока, V_p — расчетная для данного вида оребрения скорость движения воздуха, L — определяющий размер.

Особенности теплообмена радиатора учтены в выборе параметров L и V_p, которые равны:

для ребристых радиаторов V_p = 1, 25V; L = L₁ (L₁ — длина ребра в направлении движения омывающего воздуха);

для игольчато-штыревых радиаторов

 

, (1.11)

 

где V — средняя скорость движения набегающего потока воздуха; S — шаг оребрения; d₁, d₂ — диаметры штыря у основания и на конце.

 

II. При естественной конвекции воздушной среды для игольчато-штыревого и ребристого радиаторов интенсивность теплообмена может быть рассчитана по формулам:

 

Nu = 1, 18 (G_r ^. P_r)^{0, 125} при 10^-3 < G_rP_r ≤ 5^.10² ;

Nu = 0, 54 (G_r ^. P_r)^{0, 25} при 5^.10² < G_rP_r ≤ 2^.10⁷ ;

Nu = 0, 135 (G_r ^. P_r)^{0, 33} при G_rP_r > 2^.10⁷. (1.12)

 

Здесь Nu = α L/λ, G_r = β gL³(t_p-t_c)/ν ², P_r = ν /a.

 

β — коэффициент объемного расширения воздуха, g — ускорение свободного падения, ν — коэффициент кинематической вязкости, t_p — температура ребра или штыря, t_c — температура окружающей среды, а — температуропроводность воздуха, L — определяющий размер (L = L₁, L = d_эфф — для ребристого и игольчато-штыревого радиатора соответственно).

Теплофизические свойства воздуха следует выбирать при температуре

 

T_m = 0, 5(t_p + t_c)

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. CAL – выход генератора калибровочного напряжения,
2. I. Свержение шахского режима в 1978—1979 гг.
3. III. Стабилизация исламского режима в 1980-е гг.
4. Анализ теплового оборудования горячего цеха «крем кафе»
5. АХ – это зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного напряжения.
6. В какой последовательности необходимо выполнять технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ со снятием напряжения?
7. Внутренняя оптимизация страницы
8. Внутренняя политика СССР в 1964-1982 годах. Консервация политического режима
9. ВОПРОС-86 Микроклимат, показатели естественной и искусственной освещенности, типы инсоляционного режима, источники загрязнения воздуха больничных помещений. Способы санации воздуха.
10. Выбор и обоснование режима труда и отдыха
11. ВЫБОР МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ КРАТКОВРЕМЕННОГО РЕЖИМА РАБОТЫ
12. ВЫБОР МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ ПОВТОРНО-КРАТКОВРЕМЕННОГО РЕЖИМА РАБОТЫ