Тепловые процессы в силовой электронике

June 20, 2013 by admin Комментировать »

Много лет назад автор учавствовал в разработке маленького транзисторного инвертора, предназначенного для космического аппарата. Применительно к этому изделию самой интересной стала проблема отвода тепла в вакууме, где нет ни теплопроводности, ни конвекции. Все тепло надо было отводить излучением. Для этого на наружной поверхности алюминиевого корпуса фрезеровкой были сделаны закругленные бороздки и гребни, обеспечивавшие максимальную площадь поверхности и излучение тепла под разными углами. С тех пор была длинная череда систем с воздушным и водяным охлаждением, но тот преобразователь оставался единственным, в котором приходилось для охлаждения полагаться только на излучение.

Тепло и теплопередача

Вначале рассмотрим основные понятия и соотношения, описывающие процессы передачи тепла:

•                Удельной теплоемкостью вещества называется количество тепла, необходимого для нагрева единицы массы этого вещества на 1 К. AT = Q/ms, где Q — сообщенная телу теплота, m — масса тела, s — удельная теплоемкость вещества, из которого состоит тело.

•                Теплопроводность вещества является скоростью передачи тепла через единичный слой вещества на единичной площади при единичной разности температур. AT = Qfl/ka, где Q — сообщенная телу теплота, d — толщина образца, k — коэффициент теплопроводности, а — площадь образца.

•                Одна калория теплоты вызывает рост температуры одного грамма воды на 1 К за секунду. Одна калория эквивалентна 4.18 Дж. Один джоуль равен одному ватту за секунду.

•                Теплота 1000 кал/с вызывает увеличение температуры потока воды со скоростью 1 л/с на 1 К. Отвод мощности в 1 кВт увеличивает температуру потока воды со скоростью 3.78 л/мин (1 гал/мин) на 3.8 К.

В Табл. i5.i приведены тепловые параметры некоторых материалов.

Таблица 15.1. Тепловые параметры некоторых материалов

Матернал

Цельная плотность [кг/м3]

Удельная

теплоемкость1*

1Дж/кгК]

Коэффнциент

теплопроводностн0

[Вт/мК]

Вода

1.00103

4180

0.598

Сталь

7.70103

500

74

Алюминий

2.70-103

930

217

Медь

8.90-103

390

389

‘* Коэффициент теплопроводности и удельная теплоемкость всех веществ, особенно воды, зависят от температуры. По этой причине значения, приведенные в таблице, следует рассматривать как приблизительные. — Примеч. ред.

Для теплопередачи излучением и конвекцией автором разработано несколько соотношений, весьма близко описывающих реальные процессы теплопередачи в диапазоне температур 0…+50°С.

Для теплопередачи излучением

Для теплопередачи конвекцией

Здесь W — ватты на квадратный метр, TR — рост температуры в градусах Цельсия, r| — коэффициент излучения (излучателъная способность).

Эффективная излучательная поверхность тела приблизительно равна площади листа, вытянутого вдоль линии максимального протяжения тела. Площадь при конвекции складывается из площадей всех боковых и верхней его сторон. При этом боковые стороны, прилегающие к другим объектам, из расчетов исключаются. В Табл. i5.2 приведены излучательные способности некоторых материалов. Как следует из этих данных, окрашивание имеет только эстетическое значение.

Источник: Сукер К. Силовая электроника. Руководство разработчика. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХI, 2008. — 252 c.: ил. (Серия «Силовая электроника»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты