Принудительное воздушное охлаждение

В отличие от естественного воздушного охлаждения, принудительное воздушное охлаждение может уменьшить температурное сопротивление радиатора до 1/5...1/15. На рис.3.16 сравниваются характеристики Z_thha(t) естественного и принудительного воздушного охлаждения до предельного значения R_thha на примере различных радиаторов P/16... SEMIKRON.

Рис. 3.16. Характеристики Z_thha(t), естественное (а) и принудительное (b) воздушное охлаждение

По сравнению со свободной конвекцией, a намного больше при принудительном воздушном охлаждении. Номинальная температура поверхности таких радиаторов не должна превышать 80...90°С при температуре охлаждающего воздуха 35 0С (условие для справочных данных).

Теплопроводность радиатора имеет огромное влияние на эффект охлаждения, что требует толстого основания и максимального числа ребер. Так как конвекция отвечает в основном за рассеивание тепла, черное покрытие радиатора не будет его улучшать при принудительном воздушном охлаждении.

R_thha прямо определяется отношением потока воздуха ко времени V_air/t, зависит от средней скорости охлаждающего воздуха v_air и передаточное сечение А:

V_air/t = v_air · А

Взамен общего плоского потока воздуха, воздушные завихрения на поверхностях ребер вызовет эффект турбуленции между ребрами, что улучшит рассеивание тепла в атмосферу. Передаточное сечение радиатора можно уменьшить с возрастанием числа ребер и их ширины, а также длины радиатора (длина ребер L) и охлаждающее падение давления воздуха Dp вырастет. Следовательно, рассеивание тепла зависит от характеристик вентилятора, что описывается характеристикой Dp = f(V_air/t) (рис.3.17).

Рис. 3.17

Рис. 3.18. Поток воздуха на Р16/... радиаторном профиле при его различной длине

Переходное температурное сопротивление радиаторной конструкции R_thha зависит от скорости потока воздуха, показанного на рис.3.18, который можно определить при сопоставлении характеристик вентилятора и падения давления Dp = f(V_air/t, L) или Dp = f(v_air, L) радиатора.

Кроме воздушного потока, R_thha зависит от распределения и расположения источников тепла (силовых модулей) на радиаторе. Рис.3.19 поясняет эту зависимость на примере выбранной SKiiP сборки.

Рис. 3.19

На рис.3.20 показана стандартная сборка трехзвенного SKiiPPACK на радиаторе с воздушным охлаждением P16/280F.

Рис. 3.20

Для определения оптимальных условий принудительного охлаждения радиаторного профиля, теплопроводность и конвекцию можно также интегрировать при компоновке высоты ребер, которую можно получить по следующей формуле при условии некоторого упрощения:

(a - коэффициент передачи тепла, U: длина окружности ребер, l - коэффициент теплопроводности радиатора, А: сечение ребер, h: высота ребер)

Часто нужно охлаждать несколько радиаторов одним вентилятором, для которого они расположены параллельно (радиаторы расположены рядом) или последовательно (радиаторы под прямым потоком воздуха).

Что касается температурного наложения, которое предпочтительней, например, в трехфазном инверторе со стандартной схемой SKiiPPACK (полумостовые модули), особое внимание нужно уделить тому, что воздух предварительно нагревается для 2-х из 3-х SKiiPPACK, что нужно брать во внимание при температурной компоновке. При потоке воздуха 300 м³/ч, предполагается разность температур около 10 К между источником и выходным воздухом как стандартное значение на 10 кВт рассеиваемой мощности. Температурные особенности даны в п. 3.3.6.1.