Υπολογισμός υδροψυκτικής θερμικής αντίστασης καλοριφέρ IGBT υψηλής ισχύος

Υπολογισμός υδρόψυξης θερμικής αντίστασης καλοριφέρ IGBT υψηλής ισχύος

Περίληψη: Προκειμένου να βελτιστοποιηθεί η ικανότητα απαγωγής θερμότητας του υδρόψυκτου καλοριφέρ και να διασφαλιστεί η αξιόπιστη λειτουργία του, αναφέρονται οι βασικές αρχές και τύποι στη μεταφορά θερμότητας και οι μηχανικές διαστάσεις του σχήματος του ψυγείου, ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας με εξαναγκασμένη συναγωγή του νερού και η θερμική αγωγιμότητα του νερού χρησιμοποιούνται ως παράμετροι και οι μεταβλητές εξάγουν τον τύπο για τον υπολογισμό της θερμικής αντίστασης της ψύκτρας στο νερό ψύξης.Ταυτόχρονα, για να ανταποκριθεί στην πρακτική εφαρμογή, έχει αναπτυχθεί ένα ειδικό λογισμικό υπολογισμού θερμικής αντίστασης υδρόψυκτου καλοριφέρ και σχεδίασης καμπυλών, το οποίο μπορεί να εμφανίσει διάφορες καμπύλες θερμικής αντίστασης που αλλάζουν με αλλαγές παραμέτρων και μπορεί επίσης να υπολογίσει και να εμφανίσει απευθείας τιμές θερμικής αντίστασης.Παρέχει μια διαισθητική και βολική αναφορά για τη βέλτιστη επιλογή παραμέτρων στο σχεδιασμό του ψυγείου.

Λέξεις κλειδιά: υδρόψυκτο καλοριφέρ;υπολογισμός θερμικής αντίστασης.λογισμικό;καλοριφέρ IGBT υψηλής ισχύος

Η ηλεκτρική ατμομηχανή Harmony είναι μια ηλεκτρική ατμομηχανή μετατροπέα AC-DC-AC που χρησιμοποιεί τεχνολογία ημιαγωγών υψηλής ισχύος.Λόγω των τεχνικών χαρακτηριστικών του, όπως η προηγμένη ρύθμιση ταχύτητας μετατροπής συχνότητας εναλλασσόμενου ρεύματος, η αναγεννητική πέδηση, ο έλεγχος κινητήρα AC υψηλής ισχύος και ο υψηλός βαθμός αυτοματισμού, χρησιμοποιείται ευρέως σε ατμομηχανές υψηλής ταχύτητας και υψηλής ισχύος στη μεταφορά σιδηροδρομικών γραμμών κορμού.Ο μετατροπέας κάθε ατμομηχανής χρησιμοποιεί τρία είδη μονάδων IGBT, συγκεκριμένα: μονάδα κόφτη τεσσάρων τεταρτημορίων (4QC), μονάδα μετατροπέα πλευράς κινητήρα (Inv) και βοηθητική μονάδα μετατροπέα.Ερεύνησε τις βλάβες 305 μετατροπέων ηλεκτρικών ατμομηχανών HXD1B σε μια συγκεκριμένη αποθήκη ατμομηχανών από τον Ιούλιο του 2009 έως τις 4 Μαΐου 2011 και διαπίστωσε ότι χρησιμοποιήθηκαν συνολικά 4.880 μονάδες, με 255 σφάλματα, και ο αριθμός των βλαβών Η μονάδα IGBT δείχνει ότι σε τουλάχιστον ένα τσιπ IGBT έχει αποτύχει.Μέχρι στιγμής, δεν έχει σημειωθεί βλάβη μονάδας που να προκλήθηκε από άλλους λόγους εκτός από συσκευές ημιαγωγών ισχύος.Αυτό το είδος αστοχίας αυξάνεται με την αύξηση της εποχικής θερμοκρασίας περιβάλλοντος.Μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η αστοχία του IGBT σχετίζεται στενά με τη διάχυση της θερμότητάς του, επομένως η ψύξη και η ψηφιακή θερμότητα των ηλεκτρονικών συσκευών έχουν γίνει ένα από τα σημεία εστίασης της μεταγενέστερης έρευνας.Μελετώντας τα προβλήματα ψύξης και απαγωγής θερμότητας της συσκευής, οι συνθήκες απαγωγής θερμότητας βελτιστοποιούνται και μετασχηματίζονται, ώστε να μπορεί να λειτουργήσει όσο το δυνατόν περισσότερο σε περιβάλλον με κατάλληλη θερμοκρασία και να μειώσει την συχνότητα ατυχημάτων, κάτι που παίζει σημαντικό ρόλο στην διατήρηση της ασφαλούς λειτουργίας των σιδηροδρομικών μηχανών.

Σε αυτό το άρθρο, μέσω της ανάλυσης της διαδικασίας απαγωγής θερμότητας του καλοριφέρ IGBT υψηλής ισχύος, αναφέρονται πρώτα οι βασικές αρχές και τύποι στη μεταφορά θερμότητας και ο υπολογισμός της θερμικής αντίστασης χωρίζεται στη θερμική αντίσταση αγωγιμότητας θερμότητας που δημιουργείται από το στερεό. διαδικασία μεταφοράς θερμότητας στο ψυγείο και το ψυγείο και το σύστημα ψύξης.Η θερμική αντίσταση μεταφοράς θερμότητας που παράγεται από τη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας μεταξύ των υγρών είναι δύο μέρη και ο υπολογισμός της θερμικής αντίστασης ψύξης νερού του ψυγείου προκύπτει λαμβάνοντας το μηχανικό μέγεθος του σχήματος του ψυγείου, τον εξαναγκασμένο συντελεστή μεταφοράς θερμότητας του νερού και ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του νερού ως παράμετρος και τύπος μεταβλητών.Για να απλοποιηθεί η ανάλυση, καταρτίστηκε λογισμικό για υπολογισμούς θερμικής αντίστασης.Το λογισμικό έχει μια απλή και ξεκάθαρη διεπαφή λειτουργίας, η οποία μπορεί να εμφανίσει διάφορες καμπύλες θερμικής αντίστασης που αλλάζουν με παραμέτρους και μπορεί επίσης να υπολογίσει και να εμφανίσει απευθείας τιμές θερμικής αντίστασης.Παρέχει μια διαισθητική και βολική αναφορά για την ανάλυση σχεδιασμού του ψυγείου.

1 Βασικοί τύποι και αρχές μεταφοράς θερμότητας

1.1 Η αρχή και ο βασικός τρόπος μεταφοράς θερμότητας

Ο βασικός τύπος αγωγιμότητας θερμότητας είναι:

Q=KA△T／△L (1)

Στον τύπο, το Q αντιπροσωπεύει τη θερμότητα, δηλαδή τη θερμότητα που παράγεται ή μεταφέρεται από τη θερμική αγωγή.K είναι ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του υλικού.Το △T αντιπροσωπεύει τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο άκρων.△L είναι η απόσταση μεταξύ των δύο άκρων.Η συναγωγή αναφέρεται στη μεταφορά θερμότητας κατά την οποία ένα ρευστό (αέριο ή υγρό) έρχεται σε επαφή με μια στερεή επιφάνεια, αναγκάζοντας το ρευστό να απομακρύνει τη θερμότητα από τη στερεή επιφάνεια.

Ο τύπος για τη μεταφορά θερμότητας είναι:

Q=hA△T (2)

Στον τύπο: το Q εξακολουθεί να αντιπροσωπεύει τη θερμότητα, δηλαδή τη θερμότητα που αφαιρείται από τη μεταφορά θερμότητας.h είναι η τιμή του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας.Το A είναι η αποτελεσματική περιοχή επαφής της μεταφοράς θερμότητας.Το △T αντιπροσωπεύει τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της στερεάς επιφάνειας και του τοπικού ρευστού.

1.2 Υπολογισμός θερμικής αντίστασης

Η θερμική αντίσταση αντιπροσωπεύει την αντίσταση στη διαδικασία αγωγιμότητας της θερμότητας και είναι μια ολοκληρωμένη παράμετρος που αντανακλά την ικανότητα αποτροπής της μεταφοράς θερμότητας.Προκειμένου να απλοποιηθεί η ανάλυση, μετά την απλούστευση του μοντέλου του ψυγείου, θεωρείται ότι υπάρχουν δύο μορφές θερμικής αντίστασης μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή και θερμική αντίσταση θερμικής αγωγιμότητας.Υπάρχει θερμική αντίσταση αγωγιμότητας στην επίπεδη πλάκα της ψύκτρας.Ο τύπος υπολογισμού είναι:

Rnd=L／KA (3)

Στον τύπο: το L αντιπροσωπεύει το πάχος της πλάκας του ψυγείου.Το K αντιπροσωπεύει τη θερμική αγωγιμότητα του αλουμινίου της πλάκας.Το Α αντιπροσωπεύει το εμβαδόν της διατομής κάθετο προς την κατεύθυνση της ροής θερμότητας, δηλαδή το εμβαδόν της πλάκας.

Η θερμική αντίσταση μεταξύ του νερού στο ψυγείο και της ψύκτρας είναι η θερμική αντίσταση μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή.Ο τύπος υπολογισμού είναι:

Rnv=1/hAs (4)

Στον τύπο: Όπως αντιπροσωπεύει τη συνολική αποτελεσματική περιοχή μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή.Το h αντιπροσωπεύει τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας, ο οποίος σχετίζεται με τον αριθμό Nusselt.Σύμφωνα με τον τύπο υπολογισμού του αριθμού Nusselt, ο τύπος υπολογισμού του h μπορεί να συναχθεί αντιστρόφως ως εξής:

Στον τύπο: Το Nu αντιπροσωπεύει τον αριθμό Nusselt.Το λf αντιπροσωπεύει τη θερμική αγωγιμότητα του ρευστού.h εδώ πρέπει να είναι η θερμική αγωγιμότητα της εξαναγκασμένης μεταφοράς νερού.Dh είναι το γεωμετρικό χαρακτηριστικό μήκος που αντιπροσωπεύει την επιφάνεια μεταφοράς θερμότητας, εδώ αντιπροσωπεύει την υδραυλική διάμετρο του σωλήνα.

Η συνολική θερμική αντίσταση που ορίζει την ψύκτρα υπολογίζεται ως εξής:

Rtd=RnvλfB+RndKB (6)

Στον τύπο: Το B αντιπροσωπεύει το πλάτος του ψυγείου και άλλες τιμές εισάγονται νωρίτερα.Όταν οι εξωτερικές διαστάσεις του ψυγείου είναι σταθερές, μπορεί να φανεί από τον τύπο (3) ότι το Rnd είναι μια ορισμένη τιμή και τόσο το K όσο και το B είναι σταθερές τιμές.Εάν η λf είναι σταθερή, η συνολική θερμική αντίσταση του ψυγείου σχετίζεται άμεσα με το Rnv.Ας δούμε τη θερμική αντίσταση μεταφοράς θερμότητας του καλοριφέρ.Από τον τύπο (5), ο τύπος (6) μπορεί να πάρει:

Μπορεί να φανεί από τον τύπο (7) ότι η θερμική αντίσταση της μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή είναι ευθέως ανάλογη του Dh και αντιστρόφως ανάλογη του As.Μπορεί να φανεί ότι η υδραυλική διάμετρος του αγωγού δεν μπορεί να αυξηθεί στα τυφλά προκειμένου να αυξηθεί η ποσότητα του νερού που κυκλοφορεί, έτσι ώστε να μην μπορεί να επιτευχθεί καλό αποτέλεσμα ψύξης.Η μείωση του Rnv θα μειώσει αντίστοιχα τη συνολική θερμική αντίσταση του ψυγείου και θα ενισχύσει το φαινόμενο απαγωγής θερμότητας.Αντικαθιστώντας τον τύπο (3) και τον τύπο (7) στον τύπο (6), ο τύπος υπολογισμού της συνολικής θερμικής αντίστασης είναι:

Όπου: le αντιπροσωπεύει το μήκος του ψυγείου.λf είναι η θερμική αγωγιμότητα του νερού και h είναι ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας με εξαναγκασμένη συναγωγή του νερού.

1.3 Παράδειγμα υπολογισμού

Γενικά, όταν το ψυγείο του ηλεκτρονικού εξοπλισμού υιοθετεί τη μέθοδο απαγωγής θερμότητας υδρόψυξης, η κυκλοφορία του υγρού μέσα στο ψυγείο χωρίζεται σε δύο τύπους: κανάλι σειράς και παράλληλο κανάλι.Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1, οι διατομές καναλιών των δύο μοντέλων φαίνονται αντίστοιχα.Μεταξύ αυτών, το μοντέλο Α ​​είναι μια σειρά διανομής καναλιών νερού και το μοντέλο είναι να προστεθούν πολλά πτερύγια ψύξης σε κάθε κανάλι νερού σειράς.Το μοντέλο Β είναι ότι τα παράλληλα κανάλια νερού έχουν μόνο ευθεία κανάλια και το υγρό ρέει μέσω των παράλληλων καναλιών νερού από την είσοδο νερού στην έξοδο του νερού.

Η θερμική αγωγιμότητα του νερού λf επιλέγεται ως 0,5 W/mK και ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας με εξαναγκασμένη συναγωγή του h νερού είναι 1 000 W/m2K.Για την ευκολία του υπολογισμού, αγνοούνται οι μικρές διαστάσεις όπως το πάχος της ψύκτρας.Οι συνολικές διαστάσεις της ψύκτρας της μονάδας τεσσάρων τεταρτημορίων IGBT για ατμομηχανές είναι L=0,005 m, L=0,55 m και B=0,45 m.Δεδομένου ότι οι εξωτερικές διαστάσεις είναι ίδιες, η διαφορά στη θερμική αντίσταση μεταξύ του μοντέλου της σειράς Α και του παράλληλου μοντέλου Β έγκειται στη διαφορά στο As.Ρυθμίστε την περιοχή του άνω και κάτω πάνελ του εσωτερικού τοιχώματος του ψυγείου, την περιοχή του μπροστινού και του πίσω πάνελ, την περιοχή του αριστερού και του δεξιού πάνελ και τη συνολική επιφάνεια της ψύκτρας ως As1, As2, As3, και As4, αντίστοιχα.Το μοντέλο της σειράς Α διαθέτει 19 εσωτερικές ψύκτρες.As1=0,495m2, As2=0,0432m2, As3=0,0528m2, As4=0,8208m2.Η συνολική ενεργός επιφάνεια ψύξης γίνεται: As=As1+As2+As3+As4=1,4118 m2.Αντικαθιστώντας κάθε παράμετρο στον τύπο (9), η θερμική αντίσταση του μοντέλου της σειράς Α προκύπτει ως:

Το μοντέλο Β, όπως φαίνεται από το στιγμιότυπο οθόνης της κατανομής ταχύτητας, το νερό εισέρχεται από την είσοδο του νερού και ρέει μόνο μέσα από το μεσαίο 1/3 του ψυγείου και την ταχύτητα ροής των άλλων τμημάτων στην αριστερή και δεξιά πλευρά είναι σχεδόν 0, το οποίο είναι αμελητέο.Με αυτόν τον τρόπο, η αποτελεσματική περιοχή απαγωγής θερμότητας του άνω και κάτω πάνελ μπορεί να οριστεί ως το 1/3 της συνολικής επιφάνειας και η αποτελεσματική περιοχή απαγωγής θερμότητας του μπροστινού και του πίσω πλαισίου είναι επίσης το 1/3 της συνολικής επιφάνειας.Η απουσία ροής νερού μέσω του αριστερού και του δεξιού πλαισίου δεν υπολογίζεται ως η αποτελεσματική περιοχή απαγωγής θερμότητας.Ο αποτελεσματικός αριθμός ροής νερού μέσω της μεσαίας ψύκτρας είναι 6 τεμάχια.Στη συνέχεια υπάρχουν:

2 Λογισμικό για επίλυση θερμικής αντίστασης ψύκτρας και σχεδίαση καμπύλης θερμικής αντίστασης

2.1 Φόρμα διεπαφής

Η μορφή της κύριας διεπαφής φαίνεται στο Σχήμα 3. Ανάλογα με τις ανάγκες, αυτό το λογισμικό σχεδιάζει κυρίως δύο λειτουργικές μονάδες.Η μία είναι μια μονάδα για τον υπολογισμό συγκεκριμένων τιμών θερμικής αντίστασης υδρόψυξης και η άλλη είναι μια μονάδα για τη χάραξη καμπυλών θερμικής αντίστασης υδρόψυξης.

Η διεπαφή της μονάδας υπολογισμού της θερμικής αντίστασης υδρόψυξης του ψυγείου φαίνεται στο Σχήμα 4.

Μεταξύ αυτών, l είναι το μήκος του ψυγείου, η μονάδα είναι m.B είναι το πλάτος του ψυγείου, η μονάδα είναι μέτρο.L είναι το πάχος του ψυγείου, η μονάδα είναι μέτρο.A είναι η συνολική ενεργός επιφάνεια ψύξης του ψυγείου, η μονάδα είναι τετραγωνικό μέτρο.h είναι ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας με εξαναγκασμένη συναγωγή νερού, μονάδα W/m2K.λ είναι η θερμική αγωγιμότητα του νερού, μονάδα είναι W/mK.Το αποτέλεσμα του υπολογισμού είναι η τιμή θερμικής αντίστασης του υδρόψυκτου ψυγείου και η μονάδα είναι cm2K/W.Η λειτουργία αυτής της μονάδας έχει τη φύση του υπολογισμού, η οποία μπορεί να πραγματοποιήσει τον υπολογισμό της αντίστοιχης τιμής θερμικής αντίστασης του ψυγείου υπό τις συνθήκες του γεωμετρικού μεγέθους του ψυγείου, του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας εξαναγκασμένης συναγωγής του νερού και της θερμικής αγωγιμότητας του νερό.Η μονάδα σχεδίασης της καμπύλης θερμικής αντίστασης του υδρόψυκτου ψυγείου φαίνεται στο Σχήμα 5 και στο Σχήμα 6. Η σημασία των παραμέτρων του είναι η ίδια με αυτή στο Σχήμα 4. Η καμπύλη υδρόψυκτου ψυγείου δίνει την ποσοτική σχέση μεταξύ του συνόλου περιοχή του ψυγείου, ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας με εξαναγκασμένη συναγωγή του νερού και η θερμική αντίσταση.Δύο προβλήματα λύνονται.για ένα καλοριφέρ με δεδομένη αποτελεσματική περιοχή απαγωγής θερμότητας, προκειμένου να επιτευχθεί μια συγκεκριμένη θερμική αντίσταση, πόσος συντελεστής μεταφοράς θερμότητας με εξαναγκασμένη συναγωγή νερού πρέπει να επιτευχθεί, δηλαδή πόση διάμετρος σωλήνα χρειάζεται.Για έναν συγκεκριμένο συντελεστή μεταφοράς θερμότητας με εξαναγκασμένη συναγωγή νερού, πώς να ελέγξετε τη θερμική αντίσταση μέσω της περιοχής απαγωγής θερμότητας του ψυγείου.

2.2 Οδηγίες υπολογισμού θερμικής αντίστασης

Η διαδικασία σχεδίασης των καμπυλών θερμικής αντίστασης στο Σχ. 5 και στο Σχ. 6 απεικονίζεται παρακάτω με παραδείγματα.Στα «1.3 Παραδείγματα», έχει υπολογιστεί η συνολική θερμική αντίσταση του μοντέλου της σειράς Α και του μοντέλου Β.Αρχικά συμπληρώνουμε τα αντίστοιχα κενά με τη θερμική αγωγιμότητα του νερού λ=0,5 W/mk, L=0,005 m, ls=0,55 m, B=0,45 m.Στη συνέχεια επιλέξτε τον τύπο καμπύλης.Κάτω από διαφορετικούς συντελεστές μεταφοράς θερμότητας με εξαναγκασμένη συναγωγή, η σχέση μεταξύ της αποτελεσματικής περιοχής απαγωγής θερμότητας του καλοριφέρ και της θερμικής αντίστασης φαίνεται στο Σχήμα 5. Κάτω από διαφορετικές περιοχές αποτελεσματικής απαγωγής θερμότητας, η σχέση μεταξύ του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας με εξαναγκασμένη συναγωγή του νερού και της θερμικής αντίστασης. η θερμική αντίσταση φαίνεται στο Σχήμα 6. Υπάρχει επίσης "Υπολογισμός Θερμικής Αντίστασης Ψύξης νερού" κάτω αριστερά στη διεπαφή, κάντε κλικ για να εισέλθετε στη διεπαφή υπολογισμού θερμικής αντίστασης, όπως φαίνεται στο σχήμα.Συμπληρώστε κάθε τιμή παραμέτρου όπως απαιτείται: λ=0,5 W/mK, L=0,005 m, ls=0,55 m, B=0,45 m, h=1 000W/m2K όταν η περιοχή εισόδου είναι 1,4118 Η υπολογιζόμενη τιμή θερμικής αντίστασης είναι 92,502 801 066 337 cm2K/W, που είναι σύμφωνο με το μοντέλο υπολογισμού Αποτέλεσμα του παραπάνω τύπου 92,503 cm2K/W.