パワーエレクトロニクス機器の熱放散モードの分析

Aug 25, 2021

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パワーエレクトロニクス製品とコンポーネントの温度の信頼性には大きな関係があり、超低温デバイスは非常に信頼性の高い動作を実現し、業界には& quot; 10度の法則& quot;があります。" 6度の法則& quot;、つまり、温度より10度低い、または6度ごとのデバイス、2倍の寿命、& quot; 10度の法則& quot; または& quot; 6度の法学位、& quot; 明確で厳密な理論的証拠はありませんが、エンジニアリングの経験で完全に示すことができますが、デバイスの温度はデバイスの寿命と密接に関連しています。




電子製品の動作中に電流が発生し、デバイス自体が損失を発生させて加熱し、デバイスの温度が上昇します。 信頼性の高い動作を実現するためには、デバイスの温度を下げ、さまざまな方法を採用し、制御を最適化し、スイッチング周波数を下げるなどの方法が必要です。 より重要な側面は熱放散です。これは熱をすばやく取り除き、デバイスを冷却します。 この記事では、熱放散に関連する問題に焦点を当てています。




デバイスの熱は内部から外部に伝達されます。 人と同じように、暑くなると冷やす必要があります。 そうしないと、熱射病やさらに深刻な問題などの問題が発生します。




放熱モードは、自然冷却、強制空冷、空調冷却、空気水冷、純水冷です。




自己発熱冷却は、必要に応じて小型の電力機器に適しています。 高出力機器に自己発熱冷却を使用する場合は、機器の信頼性の高い動作を確保する必要があります。 機器の容量は必要な電力の何倍にもなる必要があり、コストとボリュームは非常に大きく、不経済です。




強制空冷:夏にファン冷却を行う換気冷却の方が経済的ですが、問題点や注意が必要な点も多く、詳しくは記事で説明します。




エアコン冷却:通常、空冷で使用される、デバイスによって生成された熱を冷却し、環境温度を下げるためにエアコンを使用することです。




空気-水冷:つまり、ファンと水冷装置が連携して冷却します。 ファンは装置から熱を引き出し、水冷式熱交換器で冷却し、冷気を装置に吹き込んで装置を冷却します。これは比較的経済的です。




純水冷:つまり、ファンの熱放散ではなく、水によって機器が直接冷却されます。 装置のラジエーターは水冷式ラジエーターであり、熱放散は水循環によって行われます。 プロセスは比較的複雑で、コストが最も高くなります。




以下では、主に空冷(空調を含む)、空冷、水冷、メンテナンスのメリットとデメリットを紹介します。




1エアコンの冷却




私たちのオフィスのように、閉じたスペースである必要があります。オープンウィンドウのオープンエアコン効果は良くありません。さらに、スペースは適切で、大きすぎず、小さすぎない必要があります。 冷却効果が大きすぎるのは良くありません。より多くの空調が必要であり、深刻なエネルギーの浪費です。 小さすぎて冷却効果は良くありませんが、装置から発生する熱循環風量が熱を奪うには不十分で、装置内部の温度が上昇します。 部屋の大きさの原則は、機器の前後に2メートルのスペースがあり、上部の1.5メートルが適切であるということです。 さまざまな機器の発熱量に応じて、適切な数のエアコンが選択されます。 また、エアコンが破損し、冷蔵が不十分で機器の故障につながる場合に備えて、予備のスペアを少なくとも1つ用意する必要があります。




2空水冷




空気水冷は、空調冷凍に似ています。 部屋も閉鎖する必要があります。 装置で発生した熱はエアダクトから排出され、熱風は水冷式熱交換器で冷却されます。 空気と水冷は、空気ダクトの風量が十分であり、風の抵抗ができるだけ少なく、熱気が排出されないように巣の空気がないように注意する必要があります。また、スペースも適切である必要があります。エアコンの冷蔵に、これ以上の詳細はありません。




空気水冷には適切な水が必要です。水温は常温より高くなく、リサイクルでき、きれいな水を確保し、熱交換器の腐食、スケーリングを回避し、漏れを防ぎ、熱伝達効果に影響を与えます。 循環水ポンプの信頼性は、使用過程において重要な問題です。 バックアップポンプとバックアップ電源を使用した場合にのみ、水冷システムの信頼性が保証され、信頼性の高い冷却効果と機器の信頼性の高い動作が保証されます。




3水冷




この方法は比較的複雑で、コストも比較的高く、基本的には、超大国設備の空冷が放熱要件を満たせない場合や、屋外での運転が必要な場合にのみ使用されます。




この水冷モードは純水冷モードであり、前述の空水冷モードは大きく異なります。 実際の空の水またはファン冷却、水冷は空調の効果と同等ですが、純水冷却ファン冷却、機器内の直接水冷システム設計、水および機器によって生成された熱を直接除去するためのものではありません。周辺機器は、熱交換器、ファン冷却水循環水を備えた空気熱交換器を追加し、水温を下げ、空の水の前に水冷空気があり、気温を下げます。




純水冷却プロセスは複雑で高い要件があり、水は清浄度を確保するために純水を必要とし、スケーリング、脱イオン、低導電率を確保して断熱性能を確保します。 水温制御は適切でなければならず、結露を形成することはできません。 機器が使用できない冬のパイプの損傷を防ぐために、水を凍結から保護する必要があります。 この冷却方法は、超大国製品の用途において優れた効果と高いコストパフォーマンスを発揮します。 ユーザーは特定のメンテナンススキルを持っている必要があり、通常は水漏れや水の浸透などがあるかどうかを観察するために注意を払う必要があります。不凍液を追加するために水の補充は同じ比率である必要があります。熱交換器は時間内に清掃する必要があります。水温上昇によるエアダクトの遮断は、冷却効果に影響します。




4空冷




ほとんどの作業条件は、依然として強制空冷に基づいています。 以下は、主に強制空冷の適用におけるいくつかの問題を紹介し、適用において回避するように注意を払い、悪い熱放散効果を回避する。 空調冷蔵でない場合の強制空冷は、空気ダクトを使用して、室温を下げ、吸気温度を下げるために邪魔にならないように熱風になります。 このアプローチにはいくつかの問題があります。




(1)空気入口は、空気出口の面積よりも十分に大きくなければなりません。 機器の発熱量の違いに応じて、要件も異なります。 部屋の設計は、機器メーカーから提供された関連データに厳密に従って実行する必要があります。 空気入口にはホコリの侵入を防ぐためにフィルターコットンを追加する必要があるため、フィルターコットンの状態に応じて有効換気面積を計算する必要があり、フィルターコットンは詰まりを防ぐために時間内に清掃する必要があります。




(2)空気出口は、装置の空気出口よりわずかに低くする必要があります。つまり、空気ダクトを下向きに傾けて、装置に雨が降らないようにエルボを追加し、出口に保護ネットを追加する必要があります。小動物の侵入や事故の防止に。




(3)エアダクトの設計は非常に重要であり、多くの場合、機器の場所によって異なります。 ここで、エアダクトからの排気による冷却方法を使用する場合は、エアダクトをスムーズに通過できるように、設計の最初に機器の位置を計画する必要があることをユーザーに思い出させます。 空気出口を梁や柱にさらさないでください。 機器は、屋外の排気口(壁など)から離れすぎないようにし、エアダクトが長すぎ、風の抵抗が大きく、外部排気を助長せず、熱放散が発生しやすいものにする必要があります。巣風の影響を受けます。




(4)エアチャネルは強い風の抵抗を持てず、曲がりすぎ、風の抵抗が鋭すぎます。巣の風は熱放散が悪くなり、最高の45度の角度で曲がり、90度の角度でまっすぐに曲がらないようにします。




(5)現場で発生しやすい問題




(1)エアコンなし、エアダクトなし、密室、狭いスペース、高い室内温度。




(2)エアダクトはあるが、空気が入っていない状態で空気が出ているだけで、負圧が大きく、熱を奪うのに十分な風量がないため、装置が高温になっている。




(3)輸入量が少なすぎる、ほとんどない、同じ負圧が大きい、放熱効果が悪い。




5結論




工業用地は一般的に汚れており、さまざまなほこりが多く、場合によってはまだ導電性のほこりであり、電気機器は信頼性に大きな影響を与えるため、経済的、信頼性、およびその他の側面から、空気を使用することをお勧めします-水冷方式。 それは部屋を閉じてほこりに入らないようにするだけでなく、機器の信頼性の高い操作、高コストパフォーマンスを保証するためのより良い冷却効果もあります。 電気機器の信頼性は温度に反比例します。 温度が低いほど、信頼性は高くなります。 逆に、温度が高いほど、信頼性は低くなります。 機器の信頼性の高い動作を保証するために、熱放散スキームの選択と実装に注意を払う必要があります。