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电力机柜散热方式的研究


电力机柜散热方式的研究 摘要 随着电力电子技术的发展, 对电力机柜的散热能力也提出了更高的要 求。 由于散热设计与机柜的结构设计密不可分,在机柜设计前即需确定散热的方 式。本文从散热原理出发,就常用的机柜通风散热方式进行了介绍与分析,阐述 了各 散热方案的选用原则与设计要点。 关键词 电力机柜;散热;对流;风冷 中图分类号 TP308 文献标识码 A 文章编号 1673-9671

(2012)111-0162-02 随着中国经济的快速发展, 生产和生活对电力的依赖程度越来越大,稳定的 电力供应已经不单影响着人们日常生活质量,更关乎经济社会的发展与稳定。在 影响电力装置可靠性的多种因素中,散热是至关重要的一个。作为众多精密设备 载体的电力机柜,选择合理的散热方式显得尤为重要。 1 散热的原理与分类 在热力学中,热量的传递方式主要有三种:热传导,热对流和热辐射。物质 本身或当物质与物质接触时, 能量的传递就被称为热传导,这是自然界最普遍的 一种热传递方式。 热对流指的是流动的流体将热带走的热传递方式。热辐射则是 依靠射线辐射传递热量,日常最常见的就是太阳辐射。在日常的热量传递中,这 三种方式都不是孤立的,而是同时发生共同起作用的。 电子设备热结构设计通常分为三个层次:器件级、PCB 板级、系统级。电 力机柜的散热系统属于系统级, 将机柜内部安装的各个设备散发出的热量转移到 柜外是其主要目的。 由于机柜与其内部安装的设备接触面积有限,所以机柜的散 热系统主要是通过空气的热对流方式来实现的。常用的散热方案有自然对流、强 制对流、闭式循环制冷三种,分别通过柜体开通风孔、加装风机、配备热交换器 和工业空调器等方法来实现。 2 方案的选择与实现 2.1 自然对流 自由通风就是通过空气的自然对流将热量带走的一种基本散热方式, 一般通 过在柜体开通风孔来实现。这种散热方式效率低,但是由于它的结构简单、无噪 音、零维护,特别是不依赖其他设备,所以可靠性高。对于机柜内发热量不大的 情况,一般采用此种方式。 在柜体上开通风孔的目的是为了充分利用气流的对流换热作用。 通风孔的位 置要有利于气流形成有效的自然对流通道:柜体下部设有进风口,上部设有出风 口, 冷空气经过柜体下部的通风孔进入柜体,被加热后通过柜体上部的通风孔流 出,达到散热的目的。为防止灰尘落入通风孔,顶部开通风孔后需加装防尘板。 当有一系列机柜需要并柜时,通风孔不可开在两侧。通风孔的形状、大小可根据 机柜应用场所、电磁兼容性及可靠性要求进行选择、布置。 选用自然通风方式散热要求柜体的内部空间应比较宽敞,有较大的散热空 间, 能提供足够的顺畅的空气通道。 柜体内部的发热器件尽可能防止在柜体上部, 便于散热,并可避免热量影响其他部件。.当有很重的发热部件必须放置在下部 时,则应使其上部有较大的空气通道,必要时应另设出风口,将热量导出。 2.2 强制对流 强迫风冷就是利用外力驱使空气高速对流把热量带走的散热方式。 强迫风冷 式散热的特点是散热效率高, 典型方法就是使用风机。强制风冷的能力比自然散 热大 10 倍左右,但是成本、噪声和复杂性需相应增加。此方式适用于适用于柜 内有较大热源,或使用环境状况较差的情况。强制对流效果的好坏,重点在于风 机的选择和风道的设计。 2.2.1 风机的选择 风机可分为轴流式和离心式两类。轴流式风机的特点是风量大、风压小。离 心式风机的特点是风压较高,一般用于阻力较大机柜的冷却。 选择风机时应主要考虑风量、风压、噪音、体积等因素。当要求风量大、风 压低的机柜,尽量采用轴流式风机,反之

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