Электрическая аналогия системы охлаждения силового полупроводникового прибора
Тепловое сопротивление Rохл во много раз меньше теплового сопротивления Rест, поэтому для практических расчетов схема рисунка 4.4 может быть заменена схемой на рис. 4.5. При этом необходимо помнить, что в случае исключения из схемы теплового сопротивления Rохл (то есть демонтажа охладителя) результирующее тепловое сопротивление системы охлаждения СПП резко увеличится, а, следовательно, схема рисунка 4.5 может применяться только как расчетная.
Rв Rохл
Рис. 4.5
Электрическая аналогия системы охлаждения
силового полупроводникового прибора
Схеме рисунка 4.5 соответствует выражение для расчета теплового сопротивления системы «вентиль – охладитель»
Rспп = Rв + Rохл (4-4)
4.2. Режимы нагрузки и тепловые режимы
силовых полупроводниковых приборов
Нагрузочная способность силовых полупроводниковых приборов и преобразователей на их основе в сильной степени определяется их тепловым режимом, то есть температурным полем в приборе и его изменениями во времени. При конструировании СПП и преобразователей стремление к повышению токосъема с одной стороны и стремление к созданию компактных конструкций с другой стороны приводят к росту тепловыделений.
Поэтому проблема отвода тепла от СПП с целью обеспечения нормального теплового режима стала из второстепенной и вспомогательной одной из главных при проектировании. Предельная нагрузочная способность определяется тепловым режимом.
Большинство отказов СПП связано с тепловым режи-
мом :
усталостное разрушение припоя при высоких температурах;
растрескивание кремниевой пластины;
проплавление структуры (p-n-p или n-p-n).
Тепловые расчеты СПП предполагают решение трех задач:
1. Расчет температурного поля в приборе;
2. Определение критерия работоспособности прибора;
3. Определение при заданном тепловом режиме
предельной нагрузки СПП.
Так как СПП имеет теплоотвод, то возможна обратная постановка третьей задачи – по заданному значению предельной нагрузки определить необходимые параметры системы охлаждения.
5. Тепловые процессы в электродвигателях
5.1. Общие положения
Преобразование энергии в электродвигателях (ЭД) сопровождается необратимыми потерями, проявляющи-мися в виде теплоты, выделение которой в активных час-тях нарушает тепловую однородность ЭД. Это ведет к перетоку теплоты от активных частей к элементам конст-рукций и внешней среде, поэтому ЭД является не только электромеханической системой, но и системой тепловой.
Конструкция электродвигателя содержит элементы, работоспособность которых зависит от температурного режима. Наиболее чувствительна к температуре изоляция обмоток, выполненная у разных двигателей из разных материалов. Например, тяговые двигатели электровоза ВЛ-10 имеют изоляцию обмоток якоря, выполненную из стеклослюдинитовой ленты и изоляционного фторопласта. Обмотки главных полюсов изолированы от корпуса также стеклослюдинитовой лентой, а их витковая изоляция выполнена из асбестовой бумаги, пропитанной специальным лаком.
Обмотки статоров асинхронных электродвигателей имеют изоляцию из миканита и электрокартона, а межвитковая изоляция выполняется из шелко-слюдяной или стеклянной ленты. Обмотки закрепляются в пазах деревянными или текстолитовыми клиньями.
Основное тепло выделяется в обмотках статора и ротора. Мощность этих выделений пропорциональна квад-рату тока, сопротивления обмоток примерно постоянны.
Часть поступающей в ЭД электроэнергии теряется в ста-
ли, определяя, наряду с I2r, режим выделения тепла в ЭД.
Конструкция ЭД содержит элементы, выполненные из материалов, имеющих существенно различную теплопро-водность и теплоемкость. Так же, как и в трансформато-рах, обмотки, выполненные из меди, имеют плохой теп-лоотвод из-за необходимой их изоляции. Самым плохим проводником тепла являются нециркулирующие слои воз-духа и любые даже самые малые неплотности в крепле-ниях. Например, зазор в 0,25 мм может дать разность температур в 8оС [л7].
Отличие вращающихся машин в том, что они неодно-родны, обладают слоистой структурой, а это приводит к сложной картине распределения температур по сечению и по продольной оси. Существенным образом влияет на картину нагрева и способ охлаждения, положение частей машины относительно путей протекания охлаждающего воздуха (рис. 5.1).
При развитых путях циркуляции воздуха внутри маши-ны тепловая энергия отводится от обмоток с потоками воздуха, лишь в малой степени передаваясь статору и корпусу машины. С другой стороны, в случае сильного оребрения наружных поверхностей и внешним обдувом основной теплоотвод реализуется с поверхности ЭД.
Влияние изменений температуры на срок службы ЭД, точнее – его изоляции, так же, как и у трансформаторов, основывается на законе Аррениуса. Срок службы изоляции ЭД определяется выражением
Т = К Ехр[-()], (5-1)
где параметр К и зависимость () связаны с классом изоляции;
- рабочая температура изоляции ЭД.
r
Рис. 5.1.