Устройства силовой электроники и их охлаждение

ЗАДАНИЕ

I. Сохранить документ

II. Выучить материал

III. Ответить письменно на вопросы. В этом тексте есть ответы на все вопросы. Поэтому сначала нужно ответить коротко, используя этот материал, а потом добавить можно из интернета.

IV. Сделать презентацию с ответами на эти же вопросы и подобрать иллюстрации. Презентация – дополнительная оценка, её делать не обязательно.

1) Что такое силовая электроника

2) На чём основан принцип работы преобразователей в силовой электронике?

3) Почему необходимо охлаждать УСЭ?

4) Что нужно учитывать при выборе типа охлаждения?

5) Перечислите основные способы охлаждения устройств силовой электроники.

Устройства силовой электроники и их охлаждение

Силовая электроника — область электроники, связанная с преобразованием электрической энергии, управлением ей или её переключением без управления (включением и отключением). Принцип работы преобразователей в силовой электронике основан на периодическом включении и выключении вентилей – диодов, транзисторов, тиристоров.

В истории силовой электроники можно выделить два периода: изобретение в 1901 ртутного вентиля и появление в 1958 тиристора — начало твердотельной силовой электроники. В настоящее время электроника, как правило, имеет дело с полупроводниками.

Устройства силовой электроники заменяют привычные нам контакторы, пускатели и автоматические выключатели. В них включение и отключение электрических цепей происходит без механического замыкания и размыкания, не требуются контактные группы, нет искрения. Но т.к. токи большие, особенно в момент пуска, то приборы нагреваются. А полупроводники теряют свои свойства при нагреве вплоть до выхода из строя. Поэтому необходимо их охлаждение.

Существует несколько способов охлаждения устройств силовой электроники (УСЭ).

Использование естественного конвекционного охлаждения является наиболее экономически эффективным методом отвода тепла от корпуса или шкафа. Для этого должна быть свободная циркуляция воздуха. Температура окружающей среды должна быть ниже требуемой температуры внутри корпуса.

Наиболее распространенной формой охлаждения является принудительная конвекция с использованием вентилятора. Температура внешней среды должна быть ниже, чем требуемая температура системы. Существует два основных подхода: «на вдув» (вентиляторы располагаются перед компонентами) и «на выдув» (вентиляторы – за компонентами).

Охлаждение за счет теплопроводностиотносится к передаче тепла внутри корпуса или шасси, при котором применяется непосредственный контакт между двумя телами, без использования воздуха. Существующие способы:

Технология теплоотводящих кожухов (clamshell) -тепло передается на внешние поверхности кожухов, которые охлаждаются вентиляторами или естественно через гладкие или ребристые поверхности.

Теплоотводы Flexible Heat Conductor -в качестве теплопроводника используют твердые металлические элементы с термопрокладками или термопастами, которые передают тепло к поверхности корпуса прибора, который затем охлаждается дополнительно при необходимости.

Охлаждение стойки с оборудованием. При установке в одной стойке нескольких корпусов или шасси устанавливают вентиляторы на задней двери стойки или в верхней панели; используют дополнительные вентиляторы на передней панели стойки, системы кондиционирования; воздушные и воздушно-водяные теплообменники.

Факторы для выбора способа охлаждения: место установки, инженерная инфраструктура (возможности подведения воздуховода и пр.), максимально допустимая температура устройства, влияние окружающей среды, наличие электромагнитных помех и т.д.

Снижение тепловых потерь до нуля — недостижимый идеал, к которому всё-таки стремятся.