電力用的電子散熱器件風冷散熱係統的三個重要因素:散熱器、風機、風道

 
1,風道的作用
  風道是一條風機作用下空氣流動的通道。其作用是迫使空氣必須在“風道”這條通道裏通過,即便前麵有電子散熱器,有阻力。如沒有“風道”,風就會繞過阻力大的散熱器。此時,散熱器的翅片間隔中就很難進風。而在沒有阻力的地方會合“短路”。
  因此在大功率半導體器件冷卻係統中風道是規範空氣流動的一個十分重要措施。晶閘管和散熱器安裝在風道內而風機又強迫空氣在風道內通過。其功能主要是:
  (1)把空氣集中在風道內通過,盡可能用全部流動的空氣參與散熱器的冷卻。
  (2)風機的風量在一定的流阻情況下是一定的。風道的截麵積即為空氣流過的截麵積,風速=風量/風道截麵積。
    (3)如果風道緊貼著散熱器的邊緣去規範空氣的流動,不留或極少留孔隙(所謂的風短路點),則流阻很大,空氣流量下降,風速下降,散熱效果受到極大影響,散熱器溫升高。從實踐來看,在散熱器之間留有適當孔隙,使孔隙處達到較大風速。這兒又是翅片的邊緣部分,熱交換充分,溫升較低,相對來說具有較好的散熱效果。
  2,電力電子裝置中大功率半導體器件風冷散熱係統
  在電力電子電器櫃中大功率半導體器件風冷散熱係統往往自成一個單元,稱為晶閘管(或Igbt)散熱單元。主要包括帶有散熱器的晶閘管(Igbt)、風機、風道三個部分。
  2.1風冷散熱單元結構
  一般說來用風冷來冷卻大功率半導體器件散熱器的結構有:散熱器串聯吹風式(圖一)、散熱器串聯抽風式(圖二)、散熱器並聯吹風式(圖三)、散熱器並聯抽風式(圖四)四種。
  (1)散熱器串聯吹風式
  從圖可看到每個風道三個散熱器串聯安排。下麵兩個風機向上吹晶閘管散熱器,這是因為總體結構要求導電銅排在上方引出。這兩個風機各有自己的風道(上覆蓋有機玻璃),互不幹擾。
  (2)散熱器串聯抽風式
  機櫃內晶閘管散熱器串聯,機櫃頂部有兩台離心風機抽風。抽風式結構利用負壓效應,要求風道除進風口外密封好,否則風道內很難形成足夠的負壓,影響冷卻效率。頂部的兩台離心風機葉輪外一定要用板分隔開、處置好,否則葉輪抽出的高壓空氣會互相幹擾,造成出風阻力。
  (3)散熱器並聯吹風式
  此電器櫃由底部的離心風機向機櫃前部供風(隻一台工作)。前門關閉後(見圖三中圖)前室形成高壓。高壓空氣從前室背部的晶閘管散熱器翅片中吹過,冷卻散熱器,到達後室(見右邊側麵圖),然後從長扁形後室風道向上吹出。此時,盡管散熱器齒間距很窄,流阻很大,由於選擇了離心風機的高風壓加上散熱器短且並聯安排,使風速和風量都達到了要求。
(4)散熱器並聯抽風式
風力發電的變頻櫃。一組Igbt器件散熱單元水平排開,由機櫃後背的離心風機抽風冷卻。由於散熱器上要安裝很多零件,散熱器長度達260m,設計者用風壓較大的離心風機,且單個散熱器並聯的設計方案,滿足了風速、風量的需求。 
  由機櫃背後風機抽風
  2.2 結構中風機的安排
  2.2.1 風機的並聯
  由於機櫃尺寸的限製以及部件尺寸配合需要,為滿足風量需要往往不可能采用一台大直徑風機,代之於兩台或多台小直徑風機的並聯。圖一、圖二都是風機並聯結構。如是抽風型而且風機是同一型號,則在風道中空氣相互幹擾甚微。如是吹風型,則兩台風機吹出的高壓空氣會有較大的幹擾,故圖一中把它們分成兩個風道。
  3.2.2 風機的串聯
  在使用軸流風機時,一台風機的風壓不夠,於是設計者設計兩台風機放在風道的兩端,一吹一抽(一推一拉),想起到兩台風機風壓加倍的效果。實際上不可能。它們疊加的風壓比一台大些,到不了兩倍,是要打折扣的。
  3.2.3 風機調速
  電力電子設備上使用的風機基本上不存在調速問題。總希望風機發揮最大的效能。隻有試驗設備上用的風機才要求調速。


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