旋转整流器温升计算旋转整流器温升模型的建立经过综合分析,从模块管芯发热直到护罩外层自然对流散热全过程中,热阻主要集中在三个部位,旋转整流器散热温升模型从外层算起,第一个热阻为护罩外壳层与环境空气间的自然对流换热热阻R1,对应温度降为$t1;第二个热阻为护罩内壳层与旋转整流器内封闭空气间对流换热热阻R2,对应温度降为$t2;第三个热阻为模块安装盘与封闭空气间对流换热热阻R3,对应温度降为$t3。另外管芯允许最高工作温度为150e;管芯到安装盘间温度降据相关资料实测为$tN=20K;旋转整流器额定工况下发热量QN为350W.
热阻R1对应温度降$t1计算经查相关资料:护罩材料导热系数K=50(X/m#e)发热表面在平静空气中的散热系数A0=14.2(X/m2#e)护罩外表面、内表面均布置矩形散热肋,肋高度L=20mm,肋厚度D=6mm。现设肋中为一维稳态导热,辐射影响已包括在A中Q=nfQ0(1)式中,Q)护罩外表面全部肋散热量;nf)肋片效率;Q0)肋片理想散热量。LC=L+D2(2)式中,LC)计算肋高。Am=LCD(3)式中,Am)肋片纵截面积。
现将L、D、K、A0各参数值代入式(2)、(3)及下式有L32CA0KAm12=0.16,Lc=0.023m,Am=1.38@10-4m2查专业文献资料/矩形直肋效率0表,由L32CA0KAm12=0.16查得nf=0.95.Q0=A0#A#(t0-tf)(4)据结构设计:护罩外圆周肋长L1=110mm,数量n1=88;护罩端面肋长L=140mm,数量n2=88.A=2L1@LC+2L2@LC(5)护罩外壳壁直接与空气接触部分面积的散热量为QC=A0#AC#(t0-tf)(6)AC=(2Pr2-D@L1@n1)+(Pr2-D@L2@n2)(7)护罩外壳表面总的散热量为Qf=Q+QC(8)将各参数值分别代入式(1)(8),并令Qf=QN=350W,则有$t1=t0-$tf=29.5K1.2热阻R2对应温度降$t2计算经分析计算强迫对流换热系数为A=A0(1+kV)(9)式中,k)气流吹拂系数,取为1.0;V)护罩内表面处计算空气流速V=(PD#n/60)@0.55(10)将D=310mm,n=1500rpm代入式(9)、(10)计算有V=13.3m/s,A=65.4X/m2#e.将各结构参数及A=A0=65.4X/m2#e代入式(1)(8)计算有$t2=6.5K1.3热阻R3对应温度降$t3计算V=(PD#n/60)@0.75(11)上式中,V)安装盘额定转速下计算等效空气流速。将D#n值代入计算有V=18.3m/sA=P4D2@2+PDt(12)上式中,A)安装盘散热面积;D)盘直径;t)盘厚度。现将D=310mm,t=31mm,V值代入式(1)(9)计算有:$t3=26.1K1.4旋转整流器温升计算结果及分析将前述各温升合并计算管芯总温升有:$t总=$t1+$t2+$t3+$tN=82K设环境温度为45e,则管芯温度t总=$t总+45=127e,此值远低于管芯允许最高工作温度150e,表明旋转整流器温升合格。
经过上述在一定基础上的假设计算,表明模块管芯额定运行工况下工作温度约为127e,远小于允许最高工作温度150e;即使考虑计算中忽略掉的小数量级热阻值及对应小数量级温升值,经分析计算其温升总和小于3K,管芯工作温度仍在130e左右,设计安全可行。
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