变频器的热设计

以下资料主要是在网上搜集来的，加了点个人的理解，目的是将其作为自己在散热知识掌握程度的一个小结，希望对同行设计人员有个参考作用以18.5KW变频器举例”通常散热器的设计分为三步1：根据相关约束条件设计处轮廓图。2:根据散热器的相关设计准则对散热器齿厚、齿的形状、齿间距、基板厚度进行优化。3:进行校核计算”变频器发热主要是来自功率模块IGBT和整流桥，必须通过散热器导热，采用自然风冷或强迫风冷将热量散发出去。“散热器冷却方式的判断对通风条件较好的场合：散热器表面的热流密度小于0.039W/cm2,可采用自然风冷。对通风条件较恶劣的场合：散热器表面的热流密度小于0.024W/cm2,可采用自然风冷。对通风条件较好的场合，散热器表面的热流密度大于0.039W/cm2而小于0.078W/cm2，必须采用强迫风冷。对通风条件较恶劣的场合：散热器表面的热流密度大于0.024W/cm2而小于0.078W/cm2，必须采用强迫风冷”注：“”中的文字是转摘来的，不知道依据，也不太理解。以下同，不再说明！“自然冷却散热器的设计方法考虑到自然冷却时温度边界层较厚，如果齿间距太小，两个齿的热边界层易交叉，影响齿表面的对流，所以一般情况下，建议自然冷却的散热器齿间距大于12mm，如果散热器齿高低于10mm，可按齿间距31.2倍齿高来确定散热器的齿间距，一般齿间距=<1/4的散热器高度”变频器首先按照模块放置要求，预先确定外形尺寸为宽*长*厚 260*220*50先看看自然风冷，按照上述原则，选择镇江长虹散热器有限公司的DY-V系列散热器，见下图下载(13.48KB)2010-1-1910:30变频器发热量为额定功率P的5%-6%18.5kw变频器发热量计算Q热=6%P=6%*18.5=1.11(kw)=1110(W)P为变频器额定功率型材散热器表面积计算A=UL式中：U散热器翅片横截面的周长，cmL散热器的长度，cmA=2422.5209*220*10-2=5329.545(cm2)散热器表面的热流密度Q热/A=1110/5329.545=0.208(W/cm2)>=0.039W/cm2计算出来的散热器表面的热流密度，远大于限制的0.039W/cm2，就算加长加厚散热器，增大表面积，也远远不够，所以不能采用自然风冷，要采用强迫风冷散热器的布置见下图下载(39.26KB)2010-1-1910:30也有将散热器热阻RTf来作为选择散热器的主要依据。Tj、RTj是半导体器件提供的参，P是耗散功率，RTc可以从热设计专业书籍中查到。下面介绍一下散热器的选择。自然冷却散热器的选择首先按以下式子计算总热阻RT和散热器的热阻RTf，即：RT=(Tjmax-Ta)/PcRTf=RT-RTj-RT算出RT和RTf之后，可根据RTf和P来选择散热器。选择时，根据所选散热RTf和P曲线，在横坐标上查出已知P，再查出与P对应的散热器的热阻R'Tf。按照R'TfWRTf的原则选择合理的散热器即可。强迫风冷散热器的选择强迫风冷散热器在选择时应根据散热器的热阻RTf和风速来选择合适的散热器。”又有见“1.概念元件工作结温Tj：即元件允许的最高工作温度极限。本参数由制造厂提供，或产品标准强制给出要求。元件的损耗功率P：元件在工作时自身产生的平均稳态功率消耗，定义为平均有效值输出电流与平均有效值电压降的乘积。耗散功率Q：特定散热结构的散热能力。热阻R：热量在媒质之间传递时，单位功耗所产生的温升。R=AT/Q散热器的选配设环境温度为Ta。散热器的配置目的，是必须保证它能将元件的热损耗有效地传导至周围环境，并使其热源—即结点的温度不超过Tj。用公式表示为P<Q=(Tj-Ta)/R①(当然，热量的消散除对流传导外，还可辐射。在后面讨论)而热阻又主要由三部分组成：R=Rjc+Rcs+Rsa②Rjc：结点至管壳的热阻；Rcs：管壳至散热器的热阻；Rsa:散热器至空气的热阻。其中，Rjc与元件的工艺水平和结构有很大关系，由制造商给出。Rcs与管壳和散热器之间的填隙介质(通常为空气)、接触面的粗糙度、平面度以及安装的压力等密切相关。介质的导热性能越好，或者接触越紧密，则Rcs越小。(参考值：我厂凸台元件的风冷安装，一般可考虑Rcs^0.1Rjc)Rsa是散热器选择的重要参数。它与材质、材料的形状和表面积、体积、以及空气流速等参量有关。综合①和②，可得Rsa<〔(Tj-Ta)/P〕-Rjc-Rcs③上式③即散热器选配的基本原则。一般散热器厂商应提供特定散热器材料的形状参数和热阻特性曲线，据此设计人员可计算出所需散热器的表面积、长度、重量，并进一步求得散热器的热阻值Rsa。”此种方法没试过，因为具体到某种型号的散热器的性能曲线，不容量获得既已采用强迫风冷，就要选择风机“设定肋基温度为+80r，用整机的高温环境温度+50r作为进口空气温度，设定出口空气温度为+60r，定性温度为tf=(60+50)/2=55r强制风冷所带走的热量大约是总损耗功率的90%，其余10%主要靠电源外壳向外的热辐射以及自然对流散掉”通风量的计算Q热'=Cp*p*Q风*八tQ风=Q热*60/(Cp*p*△t)式中：CP空气的比热(J/kg・°C)1005J/(kg・K)；p 空气的密度(kg/m3)1.06kg/m3；Q风通风量(m3/min)；Q热’ 风机带走的热量(W)，Q热*90%；△t空气出口与进口温差(C)一般是10C-15C；不知道此依据是什么Q风=Q热'*60/(Cp*p*△t)=90%*Q热*60/(1005*1.06*△t)=0.051*Q热/△t=0.051*1110/10=5.66(m3/min)上式Q风=0.051*Q热/^t变化一下Q风=0.051*P机*60/△t=3.06*P机/^t式中P机为变频器额定功率，kw是我常用的公式，作为计算所需风量的依据，个人以为△取10偏低，理论风量太大，实际上也没有测量过正好手头有一本科畅公司的风机说明书，上有风量计算公式，Q风=1.76P/(t2-t1)(CFM)英尺3/min=0.05P/(t2-t1)(m3/min)举有一例：AirFlow=1.76*1000/(59-20)=45(CFM)(发热量1000W，出口温度59C，进口温度20C)温差达39r，到底应该是多少比较合适，晕！理论计算出来的风量值，考虑到风量损失及安全性等因素，要乘以1.5-2倍，Q风‘>=1.5Q风选用台湾建准KD2412PMBX_6A风量120CFM=3.4m3/min，两只根据冷却方案，确定了强迫风冷，重新选定散热器，选择无锡鸿祥散热器有限公司的插片式散热器，见图，轮廓尺寸是根据元器件的放置大致初定的，下面就要校核。下载(14.34KB)2010-1-1910:30散热器的校核计算换热方程式Q热=h.A•△t•nf式中：Q热 电子设备的耗热，Wh 总换热系数，W/m2・°CA 有效换热面积，m2△t 对流平均温差，Cnf 换热效率这个公式是电子设备热设计标准手册上查到的，不会有错，就看怎么理解参数了。但中国电子科技集团公司第14研究所夏爱清的那篇文章上的公式与之相比有点区别，摘录如下：以下简称夏文“Q0=hPLC・(t0-tf)设定nf为肋片散热效率，则实际散热量为：q=qo•nf=hPLC•△t•nf式中，h为对流换热系数，W/m2•C；P为肋片横截面周长，m；Lc为修正长度，m；At为流体与壁面的温差，C。设定肋基温度为+80C，用整机的高温环境温度+50C作为进口空气温度，设定出口空气温度为+60C，则：△t=80-50=30C 定性温度为tf=(60+50)/2=55C”这里将△t=30C，我理解为散热器铝片与环境温度差但P.LC不理解，肋片横截面周长*修正长度，得到的结果是什么面积呢？回到换热公式，先来求h，总换热系数h=X.Nu/d式中：h换热系数W/m2.C入 空气的换热系数W/m.C 0.029W/(m•K)Nu 努谢尔特数d 当量直径，m当量直径d=4A/U式中：A散热片中每两个肋片围成的面积，m2U散热片中每两个肋片围成的周长，m从图3可以看出每两个肋片围成的尺寸是5.2*79d=4A/U=4*0.0052*0.079/2(0.0052+0.079)=0.00976m下面求努谢尔特数Nu要求出努谢尔特数Nu，先要求出雷诺数ReRe=vd/v式中：Re雷诺数v 空气流速 m/sd 当量直径 mv 运动粘度 18.9X10A-6m2/s空气流速v和风机相关，v=Q风*90%/AQ风 风机的标称通风量考虑到侧隙和底缝及同风量不均匀等因素，所以按90%计算A 通风孔的面积这个我也有疑虑，是机箱出风口面积还是进风口的面积，又或是散热器的肋板风道面积呢？《夏》文中，风机是贴着板壁放置，向里吹风，所以此面积是机箱板壁进风口的面积，我的这个没有板壁阻挡，只有安全罩，向外排风的，面积应该采用哪个呢，我这里采用机箱上部出风口的孔洞面积，120*120mm2v=Q风*90%/A=4.2*90%/(0.12*0.12)=262.5(m/min)=4.375(m/s)Re=vd/v=4.375*0.00976/18.9x10人-6=2259由2200vRev10M可知，空气在散热器内为强制紊流，则由下面的公式计算出努谢尔特数，即Nu=0.116(ReA2/3-125)PrA1/3[1+(d/L)A2/3(p'/p尸0.14]式中：Re雷诺数Pr普郎特数查得Pr=0.7d当量直径mL散热器长度m初步定为220mmp动力粘度20.1X10A-6kg/(m.s)X10A-6kg/(m.s)P'为空气定性温度为+50°C时的动力粘度，19.6上式是《夏》文引用的。在《电子设备手册》中，也提到到了努谢尔特数Nu计算，Rev2200层流状态 Nu=1.86(Re.Pr.d/L)A1/3.(p'/p)人0.14Re>10A4紊流状态Nu=0.023ReA0.8.PrA0.4偏没有2200vRev10A4时的公式，郁闷！所以这里采用《夏》文中的公式。Nu=0.116(ReA2/3-125)PrA1/3[1+(d/L)A2/3(p'/p)人0.14]=0.116(2259人2/3-125)*0.7人1/3[1+(0.00976/0.22)人2/3*(19.6*10人-6/20.1*10人-6)人0.14=5.5现在可以计算对流换热系数了h$.Nu/d=0.029*5.5/0.00976=16.34(w/m2.k)再来计算总的换热量Q热=h.A•△t•nfnf按0.9取值，也没什么依据，有按0.95取的A=5.2*79*220*40*10A-6=3.615m2Q热=16.34*3.615*30*0.9=1594(W)总散热量1594W，加上散热器其它表面的辐射散热和自然对流散热，完全能满足18.5kw变频器的工作需要了。校核完毕，有点乱，还需时间整理。请朋友多提意见，不要简单地顶、支持或不好等补充下：热量计算一我们一般用模块厂家的专用计算软件来算，比较接近实际；具体的模拟，好像PTC的那个模块不是很专业，很多变量考虑不够。一般大公司用ICEPAK之类的专业仿真软件丹佛斯15KW变频器散热分析研究梁万春丹佛斯北京研发中心E-mail：:liangwanchun@d£tnfo^.com摘要：本文应用Pro/Engineer三维设计软件对丹佛斯15KW变频器的热分析模型进行建模，将分析模型导入CFDesign流体分析软件中,迸行速度场和温度场的仿真，通过对仿真结果的分析，以指导进一步的机械结构忧化设计。以寻求满足15KW变频器散热需求的最佳结构方案，结果表明，该建模,仿真方法可以较准确的得到变频器内部的气体流场和各元件的温度场分布。能为优化变频器内部结构的布局和优化散热器的结构设计提供指导。关键词：变频器,热分析.Pro/EngineenCFDesign^模，仿真L引言W妇研发阶段利用核幻I勺设计仿真软件对产拍讪:发初期诃尚产品设汁概念的口I"性验证提供了绝对可靠的指导。以及在产品优化设计，缩短研发周期和降低研发成本方面也提供了极大的帮助。Pro/Engineer三维机械设计分析软件广泛的应用于电子机械类产品研发的设计分析阶段,它提供了强大的结构设计及仿真计算功能模以‘CFDesign是美国BlueRidgeNumerics公司于1992年开发出来计算流体力学的软件.应用于各种散热问题的解决、热流模拟、热流分析等。变频器散热分析研究属于机械结构设计的范畴,散热效果直接影响到变频器的各种性能,所以解决散热向题至关重要，热力学及传热学基本理论2.1热力学基本理论热力学系统分为闭口系统和开口系统，与外界只有官瞳交换而无物质交换的热力系统称为闭口系统'闭口系统的质;n保持不变，与外界不仅有能屋交换又仃物质交换的热力系统称为开口系统，开口系统实际上只是空间的一个控制体积，而不是一些确定的物质，不论是闭口系统还是开口系统均遵循热力学第一定律，即能量守恒定律。热力学第一定律是能量守恒与转换定律在热现象中的应用。对丁-个闭曰系统〔没于质量的流入或流出）•进入和离.升系统闵能彝火包括热量和功,化云这为：Q=SU+SKe+SPe\W （巳i］）式中、Q—-系统与外界交换的热量，J或KJW—系统与外界交换的功.」或KJ-1-At/—系统的热；I学能增量，J或KJAKe•系统的动能增量■J或APe―禁统的势能增量，J或KJ式E.L1）指出系统亳外界交换的热量部分转变为热力学能.动能利势能,其余的转变为功*对于个稳定流动的开口系统中的能量T：衡研究，仍遵循热力学第淀律■所谓稳定流动就是指「.质在流源况F,流道中任何截面上的各种参数（温度、就是、流速等.）及质量流量都不随时间而改变：系统在单位时间内与外界的热量及功的交换也不随时间而改变。参业图宇11,Z, MITII「基淮面图2.1-1稳定流动开口系统简图工质"流过截‘1和】和』【之间"'，门夕、界吸热。刘外界作巩械WV，丁质的热力学能变化AU=U2-U\i・职能改变为= -C；,）：V能改龙gAZ=g（Zw-Z|h为维持流动,消死了流动功A（PV）=P2V2-片V；,而由于稳定流动中任何截血的齐种参数都0造小"改尝听以系统内总热力？能的变化量为零.即AU=口（予+草）-口幻=0,其中U（t｝和U（T+M）分别为工质流入和流出时刻系统总热力学能.根据热力学第一定他可表达为:f C仕 > " ]S十EK+号十—U,十巴匕十亨十片乙+W-0 （2.12）I2 ）V - ）整卅K•得Q=（%+尸迅）_（5+6%）+!（匚缶-。）+g（乙一乙）+w （2.1-3）即Q=%-H+；（C%—0jwZ-ZjlW （2.14）-2-式中：U2-「质流出系统时的热力学能，J或KJ(7广-•【一适流入系统时的1热,TF能，J或KJP2一-丁顶流出系统时的玉Jj,P目或MPa——I.质流入系统时的A—」.Pa或MpaV2— 流出系统时的体积,妒H—T质流入系统时的体积,m3Cf2-一丁.质流t+4系统时的流.速，m/sCf}一-T质流入系统削的流速，ni/sH2 I.版流出系统时的崎，J或kJH「一工质流入系统时的炳，J或们焙由两部分组成，一部分是工质本身所具有的能量U,另一部分是随工质流动而转移的能犀叫流;动功PV.UNH—U+PV (2.If}图2.1-2是丹怫斯15KW变频器气流出、入口示意.气流通过入口处风扇吸入变频器，经内部流通.通道后由出口将热吊带出。根据式(2.1T).过雅热量为：Q_珞_M+：U- )+g(乙-ZJ+呼因为牢气流，过变频器时,与外界役有轴功的交热故w=o°出、入口的动能差刑位能差也川以忽略，I：一：(c；-匚;|)=0、^(Z2-Z,)^Of1^111-,「.简化为即变颇器中的散热眼等于出、入口空气的嬉差」而出、人口空气的焙差取决于风扇的规格利变频器内部的空/［流道设计.所以优化内部的空飞流道设计耐变频器的散热卅常重要O图2,1-2丹怫斯作牌变频器空气出、入口图2.2传热学基本理论根据热力学第二定律，只要物体之间存在温度差，就必然引起热量从高温物体向低温物体如行热.量推谖。热量的佳递有热传打，热对流和鼎辐射二种基本方由2.2.1热传导物体各部分之间不发牛相对位移时,依溢分「•、.原r及自由电r等微观粒『的热运动而产生的热量传递称为热传导(或称导热)。热传导的热流量由下式表达：小二；U如；焰 (2.2.1-1.)或 兮二土…(2.2.,1式中：q—-流密度，是单位时间通过单位面积的热流量，W/m2 "人-一材料I灼打热系数戒热济率，W/(m•K)4>一-导热热流量，WA—-导热面积,m23一-•导热的厚度，m此一门2)—导热温差’K傅里叶定律指出；导热热流密度的大小与温度梯度的绝对值成正比，其方向与温度梯度的方向相反.q--A— (2.2.1-3)axJrn负号表示热量流向温度降低的方向，空为传热的温度梯度0沿等汛面法线，指向温度升高dx方向的温度变化率称为温度梯度，温度梯度是有方向的矢量」温度场中沿不同的方向温度的变化率是不同的,沿等温血法线方向的变化率最大。温度场是空间坐标和时间坐标的函数小为:I-/(x,y,：,T) 2.1-4)2.2,2热对流流体流动中，温度不同的各部分之间发生相对位移所引起的热量传递称为热对流。对流传热所传递的热量的计算以牛顿冷却公式为基础，它指出：对流传热的热流量中与换热表面积A以及固体壁面和流体之间的温度差(上J成正比，即<p二捋此—七) (2.2.2-1)或 q二%=h(L,Tf) <-■式中:h对流传热系数,其数值等丁壁面导流体之间的温苏为适时,两好之间在单位IHl#：I-单位II寸lnj内的对流仕热员.W/(m2K)q-流密度.IV/静-4-

对流必然同同伴随希导热，因此工程中特别感兴趣的是流体流过固体壁面同的热量传递过站称为程流传热.一过迫中热量的传递是依靠流体的位移而形成的对流和流体本身的导热.对流，传热所传递的热景的计算以牛顿冷却公式为屈L中=砧(知-七)=半=当 匕*5hA.£ -/J-y-— (2.2.J-4)h式中：人一对流传热系数，W/(m3K)&=土-一对流传热热阻，K/Wrh=；—-单位表面积对流传热热阻，K/(m2IV) 贮对流传热的基:本方程组包括:换热微分方程、连续性方程，m方向和y方向的动■方程及能量方程等五个方程.换热微分方程为*fA出(2.2.2」)h-——(2.2.2」)Axdyr.dfr.df工1中；：—oyu—-品壁姓流体ii勺迂IW汗度变化率式：|：；寸e—-匚式：|：；寸e—-匚占壁处流体的迂":弟度变化率dy1连续性方程是从质量守恒方果"导出的，表牟为:du31，、—+—=0志By式中：m>V-令刘rA.3■，方MI'l勺速度(^..2.2-6)动量微分方程是根据动员守恒导出的，表示微元体动攵的变化等于作用在微沁体上的外力之和“x方向利y打同的动吊:微分方枸为:如3“如3“血广3知8%)〔击+"虱+「戒OJC侦小'dy2)r52v后卜”"'瓦1+dy2;(2.2.2•了)(2.2.2-8)式(2,2.27)^11(2,2.2R)就已纳维一斯托克斯方枸,描亏黏性流体流动的经典力程，式中等号左边表示动量伯变匕称为惯性刀项；等号右边第-项是体积刀。重:力、浮升力、弯曲流动时出现的离心春导电流体通过电磁场出现的电磁力等),第二项是压力梯度项，第二项是黏性力项。对了疑态流动来-0，—-0drdr-5-当体积力中只fi重力场作用时.浮升力将在IT然对流中起-重要作用,仙强制削流一般可以忽略重力项.纳维一斯托北斯方程对不:dJ匚缩黏性流体的层流和湍流流动都是房尤的“4）能量微分方程描述流动流体的温度与台关物理量的联系，根捆热力学第-定律导出,可表述为：平内有导热进入微元玮的挣热昴利三I流进入徽兀外的净热折之和等于微兀体热力学能的增加量*(2.2.2Wm m a人(a%a(2.2.2W +If——+V——— + dt3x 的、式(2.2.2,5.)、(2.2.26),(2.2.27).(2.2.2R)和(2.工2-9)构成封闭的对流化热微分方程扪。2.2.3热辐射热辑副指物体发射电磁能，并被“:W物体吸收变为热的热量交换过程。物体对外发列电磁波的过程叫做辐射,物体发射程磁波的能力物决F物体的温校.任何物体的温按的是高于绝时零度（-273d15XJ）,都具有发射电磁波的本领,“:中波长为0.4〜1000皿的电磁波具有较略的热敛成,此类电磁波称为热射痴，热辐射就是这为热射线的传播过程f频率'波长和速率有如F关系:c~vA （2.2.：J-1J式中：c—电磁波的传播速率，mjs,真空中t?=3x108m/si，——频率，LA—波长,m同温度下绝对黑体的热辐射能力和吸收能力最强，黑体表面在单位,面积内发出的然福射能量为：fT\4中=Acr.r4=Acb— （2.2,,32）实际物体的热辐射能:危为：（P=£A"4 S；式中：T—-黑体的热力学温度，K耙0—-媚体福成常数，％—5.67xlO*w/S'W）算一既体制I系数，&-5.67W/（m2K，）A一辐射表而积，tn2«1）发射率，习惯上称为黑度,是实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值，表示物体辐射力接近黑体的程度导热和对流传热埴物质的宏观运功和微观粒子的热近劫所造成的能量转移,而辐射换热是由于物质微观粒子的电磁运动所引起的热能传递，参与换热的物体间不需要接触。CFDesign流体动力学软件基于上述理论,模拟系统工作中的温度场、速度场、压力场、密度场和黏度场等流体动力学特征，按照有限元法计算各节点的温度和速度，并导出系统内-6-部的热物理参数仿•真数据及图文，Ti限兀分析(FEA,FiniteElementAnalysis)的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解*它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条fl).从血得到问题的解,这个解不-是准确解，10是近似解,因为实际问题被较简单的问题所代替。由「大多数实际问题难以得到准确解,而有限兀不仅计算精度高，而H能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。变频器的散热分所属丁稳定流动的系统，本文分析研究的变频器依靠风扇强制对流换热，所以在对流传热中忽略了重力项的影响。其中热传导和对流传热是主要的传热方式,由于各电子元件温度的升高，热辐射也扮演其中，但在强制对流计爵，靠热辐射交换的热量忽略不计。用Pro/Engineer软件对15KW变频器建模1丹佛斯15KW变频器概要图3.1-1为丹佛斯iSKff变频器外形，外形尺寸:高、宽x深，248x125x240^0图S.1-2为产品内部结构布局,由主:电路板(PowerPCBA),角电路板仰IPU3A),散热器(HcaLsink)风扇(Fan)等核心部件组成。图3.1-1丹佛斯15KW变频器外形图3.1-2丹佛斯15瓯变频器内部结构布局3.2仿真条件停，耍电『元器件的功耗如图其中功棒最大的是i：也路板(PowerPCBA)上的功率模块(PowerModel)345W，还仃叫个1册点流火也容以及角电路板(RF1PCBA)I:的共模电感(Choke)20Wb选择的风扇风吊为咫CIM功率为既卵,轧速为4900RPM。仿真的环境温度为要求在炒还境温度卜收热器的最/温度兀得高「河。共模电感(Choke)的最

I3W20W高猊瘦不得高于90I3W20W高猊瘦不得高于90JC,叫个肖流大虺容的最高温度不得诵于76X2,其它屯了元器件的最高温度不得高于8¥C\图3.2-1±要电子元器件的功耗3.3散热器结构尺寸345WPulverModel图E1为散热器横截血3寸图。选用的上才质为AL6063-T瓦此种材料的热挤压性能和淳图E1为散热器横截血3寸图。选用的上才质为AL6063-T瓦此种材料的热挤压性能和淳热性能优良.其邙热系数为209W/(m皿玷板的最大叩以为：驰m翅片以度为4岫翅片最大用度为朗皿翅片间距为&5皿翅片高度一与翅片间印的比值为10.挤压工艺性图3.31散热器横截面尺、：3.4功率模块(PowerModel)的散热过程由于散热器底面。功率模块(PowerModel)面之间会存在很多沟壑或空隙，其中都是穿气.由于窣气是热的不良导体，所以空气间隙会严重影响散热效率，使散热器的性能大打折扣,甚至.无法发挥们h为了减小功率模块和散热器之间的柄隙,增大接触面积,必等，如图3.1-1所小，功率模坎发出的热量更通过导小材料传递给散热器,再通过风扇的高速转动将绝大部分热金通过对流〔强制对流利|‘|然对流)的方式带走到周闱的空气中,10瑟须使用导热性能好的导热材料来填充,如导热胶带、导热垫片、导热徒胶以及和转变材科能4好强制将热量排除，这样就形成了从功率模块，然后通过导热材料利散热器，再制将即量气的散热通路.功密模块丰序热杜胶f散热器：热传导散热器f捣闱令气:热对流ra3.41功率模块散热迂已小意图 o图中：y,必,4-一分别为功率模块的芯部温度、,顶面温及”和导热系数4小山,，无-分别为导热仙:胶的底直泪度t«,J如度、,f.i导热系数%EM%—打羽为散热器的光血沿也”•翅基面温度、和亍热系数％tf，血-一分别为散热器周朋的空•气，温成.和空'3寸流传热系数h史——功率模块的散热危，345W1）功^＜模块现传的传热量： 中二妇='* C1.4-UI.H中：-出率模块的芯部至.•页血盼距离，m孔一-功次模块的投影制枳，廿一功率模块的传导传热热阻，K/W2） 导热硅胶热住17的传热席： 中二"芯=蛾f 〔"1♦4匕上犬中：，——导热砧胶层1'1勺厚虬mAj—孚热硅:胶成•的面积，m2心二*-―-导热硅胶的传导传热热阻，K/W O3） 散热器热传导的传热量： 中=七"="/ （3.4-3）宓3上式中：名一-散热器的基板厚度，m-9-一散热器光面侧的面积W&=佥—一散热器的传导传热热阻，K/W4）散热器翅片侧对流传热的传热量： 小=%左=土匕 （3.4-4）上式中：&一一散热器翅片侧的面积，A4=A4+A4\瓦为翅片表面积，人；为翅片之间的基壁面积，m2 '乩二％M一―空气的对流传热热阻，K/W-散热器翅片效率，il：J 表时1拈廿度从翅基开始引倒片高度逐渐降低.翅"|.们1勺平均温度&，卜1•翅基I.加"如，K|此翅H的实际散热量M；（zh,；-"比|龙士翅汁表面处于翅基温度下的理想散热量M4（/h4一弓）要小,两者之比称为翅片效率，即： 7=—一— 3.4T）'J-七在稳态传热条件下,联立式（3.4-1）、（3.4叽（3.43）・（3.44）得散热器通过翅片的传热昴（：］.，1ti）的传热昴（：］.，1ti）A*名_R+IMM+穴3+YA.A2入&人叩％从上式川以行只耍减小它司的总热阳国+&+&+&）就时以握高对此*•模块的传热代对于」』率模共来讲，选型确定；「•它的热林是固定另变的:相应的U热硅胶」「积也就固定不变,只能选热阻％小的导热汩:胶;对于散热器木身闵热阻凡来讲，Jj散热器的材料和基板蜉度有关,基板则•度按照经验值在10〜20皿之间为制,面枳为受变频器外形尺寸的限徂；对于散热邪顷产l_Z间的割流传热’埒如翅片表向积以减小.时流住热热阻.所以优化散热器的划片设计H以有效提3功率模块的散热乩用CFDesign软件对15KW变频器进行速度场和温度场的仿真1优化前的速度场仿真分布靖果图4.11为变频器优化前气流速度场分布.在速厦场图的中部可以看到产圭涡流状利反流状的速度场*涡流状速度场说明此处气体得不到充分的与外界循环；反流状速度场是由「气体在流动时受到了正面的汽挡血形成的,这些都将导致变频器到的热面释放减弱许多，这对变频器的散热极为不机需耍改进结构设计将涡流状和反流状速度场消除抻,以达到通畅的气流勺外界环境充分循」时提高变歌器的散热效率。

4,2优化前的温度场仿真分布结果图心卜1和图442为变频器优化前温度场分布。通过软件站果显示散热器（heatsink）叩必扁隔度为80.戏.共模也酣□■心I洒的最高温成为明.『C：,|'|流人电容和"偈厘为7&g其它电子元件的最高温度为前.8E.从分析结果看出它们都超出了允许的最高温度，厨疆领优化机所以构设计以满足姑个无件的」ftirtW求图1.2-1优化前温度场分布｛带散热器） 图LE优化前温段沏分布（不带散热器）结构优化设计及分析1优化方案制定-1J-

ir先考虑增大风扇的风址饵是带人扇拈意味希即』IM扇产考的噪札变频器噪音•的设计标推为依J160(1BA.而11前风厕广乍的味音规格为57.™,所以不能考虑增大风扇的风量米解决:tw；真速度场产1；的涡流和反流，和、牛涡流的HIM位置昭加出口以释放涡流聚集的热量.在产生反流的相应位.:置增加型料却何肋以消除反流，但是不能从新增的出II聘］T.的看到内部的电:'"L这是欧/地X的相:大行业标准=■需要在结构I濮特殊的此巡以满足这心.图.r1-1和图3图5.1-1变频器空气出口结构图图5.1-2变频器内部空气导流结构图导遛出国加ii勺同时也需要对散热器的结陶设计忧仁山式心46)川知弗加散热器的散热倒积可以将更多的热力滞犯而走加故热多散热面积最祈-效的方法就:是清加翅片数多•在灰故热器外形尺寸仃限制的情""顷