Вибір модуля SCR та радіатора: необхідні дані щодо тепловідведення

У цьому посібнику викладено, які дані необхідно отримати перед тим, як вибрати радіатор для тиристорного модуля. Основна увага приділяється вхідним даним, межам розрахунків та перевірці, а не визначенню значення теплового опору для невідомої схеми. Точний код замовлення тиристора та форми сигналів у системі залишаються ключовими елементами.

Почніть з форми сигналу програми

Зафіксуйте топологію схеми та функцію кожного тиристора: кероване випрямлення, регулювання потужності змінного струму, плавний пуск або інше призначення. Вкажіть, чи містить модуль один пристрій, подвійну конфігурацію чи інше внутрішнє з’єднання. Один і той самий номінальний струм, зазначений на табличці, може відповідати дуже різній тривалості провідності, формі імпульсу та тепловиділенню в різних схемах.

Надайте інформацію про середньоквадратичне значення (RMS) та середній струм, що відповідають моделі втрат виробника, а також дані щодо кута провідності, частоти повторення, коефіцієнта заповнення та випадків перевантаження. За можливості додайте графік форми струму або перевірене моделювання. Не слід брати дані з технічного паспорта для синусоїдального сигналу та розглядати їх як універсальні показники втрат для систем з імпульсним режимом роботи або з високим рівнем імпульсності.

Окремо визначте найгірший режим тривалої роботи та значні перехідні процеси. Запуск, пусковий струм та короткочасне перевантаження можуть вимагати аналізу перехідного теплового опору, тоді як безперервна робота потребує аналізу стаціонарного режиму. Теплова маса радіатора не є підставою для ігнорування повторюваних імпульсів; їх повторення може завадити системі повернутися до початкової температури.

Визначення збитків на основі даних точної моделі

Запитайте дані щодо напруги у включеному стані або параметрів втрат для конкретної моделі, а також рекомендований виробником метод розрахунку. Якщо модуль складається з декількох пристроїв, слід відстежувати втрати на кожен провідний елемент та загальну кількість тепла, що відводиться у спільну опорну пластину. Втрати потужності є вхідними даними для теплового аналізу; вони не тотожні вихідній потужності або номінальному навантаженню обладнання.

Перевірте, чи наведено в технічному паспорті криві для конкретних значень температури переходу та умов струму. Якщо постачальник наводить лише одне “типове” значення, запитайте про умови та чи є максимальне або розрахункове значення. Вказуйте похибку, а не наводьте точну температуру радіатора на основі неперевірених типових даних.

Для випрямляча або системи фазового регулювання слід уточнити як шлях проходження струму, так і частку струму, що припадає на кожен пристрій, у динаміці. Двоканальний модуль тиристорів може розподіляти втрати нерівномірно, якщо схема управління або робота ланцюга є асиметричною. Теплова модель повинна відображати фактичні провідні пристрої та, за необхідності, близькість декількох джерел тепла до одного тепловідводу.

Ознайомтеся з повним описом теплового контуру

Спрощений стаціонарний тепловий шлях пролягає від з'єднання до корпусу, від корпусу через теплопровідний матеріал до радіатора, а від радіатора — до навколишнього середовища. Кожен етап сприяє підвищенню температури за відповідного теплового потоку. У рекомендаціях компанії Infineon щодо монтажу модулів наголошується, що теплопровідний матеріал, спосіб нанесення та геометрія впливають на теплопровідність між модулем і радіатором. Жоден радіатор із каталогу не зможе компенсувати неправильно налагоджений контактний інтерфейс.

Отримайте точні дані щодо теплового опору або імпедансу модуля в перехідному режимі та з’ясуйте еталонні точки вимірювання. Показник “від переходу до корпусу” не є автоматично порівнянним для різних внутрішніх конфігурацій або стандартів випробувань. Значення теплового опору, надане постачальником радіатора, також залежить від певних умов: можуть передбачатися певні параметри повітряного потоку, орієнтації, площі основи та конкретного розташування джерела тепла.

Перевірте, де вимірюється еталонна температура навколишнього середовища для обладнання. Повітря поблизу блоку SCR, всередині переповненої шафи, може бути гарячішим, ніж повітря в приміщенні. Номінальні характеристики вентилятора для вільного потоку повітря не відповідають фактичному потоку повітря через ребра радіатора після встановлення фільтрів, захисних кожухів та сусідніх компонентів. Під час аналізу конструкції слід враховувати фактичні місцеві умови вхідного повітря, а не найсприятливіші лабораторні умови навколишнього середовища.

Вкажіть інтерфейс та порядок монтажу

Термопаста, прокладка або заводський інтерфейсний матеріал є частиною передбаченого конструктивного шляху. Зафіксуйте, який саме інтерфейс дозволено використовувати для даного модуля, необхідну рівність та чистоту поверхні, а також послідовність розміщення та кріплення, визначену виробником. Зміна термопасти або тиску при монтажі може вплинути на опір контакту, навіть якщо електричний модуль і тепловідвід залишаються незмінними.

Дізнайтеся про зазначений момент затягування, схему розміщення кріплень, електричні зазори та будь-які інструкції щодо повторного затягування або обкатки. Ці дані повинні бути взяті з чинної інструкції з монтажу модуля, а не з загальної таблиці моментів затягування. У документації до силових модулів компанії Infineon кріплення чітко розглядається як питання теплових характеристик та надійності; для продукції RITOKS перед початком складання необхідні інструкції, що відповідають конкретній моделі.

Варто врахувати, чи використовується один радіатор для декількох модулів. Механічні перешкоди, розподіл тепла, електрична ізоляція та перекриття повітряного потоку можуть вплинути на продуктивність. Якщо радіатор електрично з’єднаний із частиною схеми через основу модуля, у конструкції необхідно передбачити необхідну ізоляцію та безпечні відстані, а не розглядати радіатор як нешкідливу металеву деталь.

Порівняйте природну та примусову конвекцію для даної геометрії установки

Природна конвекція значною мірою залежить від орієнтації ребер, відстані між ними та відсутності перешкод для підйому повітря. Примусова конвекція залежить від потоку повітря, що подається через теплообмінник, а не лише від природного потоку повітря, що створюється вентилятором. Цей вибір також впливає на вимоги щодо шуму, пилу, фільтрів та технічного обслуговування. Необхідно визначити, чи зможе шафа підтримувати передбачений потік повітря протягом усього терміну експлуатації.

Запитайте криву продуктивності радіатора або дані про випробуваний тепловий опір в умовах, близьких до умов експлуатації в установленому конфігурації. Якщо в даних використовується інша площа джерела тепла, запитайте у постачальника радіатора, як це виправити або перевірити. У рекомендаціях компанії Infineon щодо вибору радіаторів наголошується, що оптимізація є ітеративним процесом, а опубліковані значення теплового опору залежать від методу їх вимірювання.

Запас охолодження повинен обґрунтовуватися розрахунковою похибкою, екстремальними умовами навколишнього середовища та припущеннями щодо технічного обслуговування. Вибір радіатора занадто великого розміру без перевірки взаємодії та повітряного потоку може призвести до того, що фактичне вузьке місце залишиться непоміченим. І навпаки, радіатор невеликого розміру може бути прийнятним для періодичного режиму роботи лише за умови, що задокументовані модель перехідних теплових процесів та частота їх повторення.

Використовуйте таблицю теплових характеристик, а не порівняння, що базується виключно на силі струму

Усі вхідні дані мають бути прив’язані до версії креслення та коду замовлення. Зміна топології SCR, корпусу модуля, траєкторії потоку повітря або форми сигналу керування може призвести до втрати чинності початкового розрахунку теплового навантаження. Відділ закупівель не повинен замінювати модулі на “еквівалентні” лише на підставі номінальних значень струму та напруги, якщо тепловий шлях відрізняється.

Перевірити шляхом вимірювання при типовому режимі роботи

Розрахунки дозволяють відібрати кандидатів; встановлені випробування підтверджують правильність моделі. Перед початком випробування слід визначити робочий цикл, умови у корпусі та точки вимірювання. Показники температури корпусу або радіатора мають значення лише тоді, коли їхнє розташування відповідає еталонним значенням для розрахунків. Якщо неможливо провести пряме вимірювання температури переходу, слід використовувати затверджений виробником метод для визначення температури переходу на основі виміряних значень та втрат.

Перевірте стан тривалого високого навантаження, а також будь-які важливі перехідні стани або стани, що повторюються циклічно. Зафіксуйте швидкість обертання вентилятора, стан фільтра, температуру навколишнього середовища та наявність джерел тепла поблизу. Якщо виміряна температура відрізняється від прогнозованої, проаналізуйте припущення щодо втрат, застосування інтерфейсу, повітряний потік та розташування датчика. Не намагайтеся приховати розбіжність, коригуючи одне припущене значення опору без відповідних доказів.

Включіть заходи контролю за складанням у виробничому процесі. Прототип, ретельно зібраний інженером, може працювати інакше, ніж серійний зразок, якщо змінюються параметри нанесення компаунда або порядок кріплення. Визначте контрольні точки, які є практичними для виробничого цеху, а потім зафіксуйте перевірений процес складання у документації на виріб.

Що слід вказати у запиті щодо модуля SCR

Надішліть схему топології, форму сигналу та коефіцієнт заповнення, необхідну напругу блокування, можливі випадки перевантаження, доступні габарити радіатора, умови навколишнього середовища та повітряного потоку, схему кріплення та необхідну документацію. Запитайте точні дані щодо втрат і теплових характеристик модуля, технічний креслення, рекомендації щодо інтерфейсу та інструкції з монтажу. Категорія модулів SCR/тиристорів допомагає визначити групи продуктів; вибір залишається залежним від конкретної моделі.

Щоб ознайомитися з контекстом пошуку постачальників, перегляньте Сімейство MTA з подвійною системою SCR, Сімейство MTC SCR або Серія MTC для високих струмів залежно від обставин. Ці сторінки не замінюють актуальні криві втрат або інструкції з монтажу. Запитайте RITOKS для конкретного набору документів перед фіксацією коду замовлення.

Поширені запитання

Чи можна підібрати радіатор, виходячи з номінального струму тиристора?

Ні. Номінальний струм є лише одним із параметрів, що характеризують пристрій. Фактична форма сигналу, втрати, умови навколишнього середовища, інтерфейс та схема охолодження визначають теплові вимоги.

Чи гарантує встановлення вентилятора збільшення прибутку?

Лише за умови, що в умовах установки до відповідних ребер охолодження надходить достатній потік повітря. Перевірте фільтри, наявність перешкод, стан роботи вентилятора та технічні характеристики радіатора.

Що є підтвердженням остаточного приймання?

Розрахунок для конкретної моделі, контрольований метод монтажу та репрезентативні випробування на температурну стійкість у сукупності дають підстави для обґрунтованого рішення. Жоден окремий документ не підтверджує всі три складові.

Підсумок

Спочатку визначте електричні втрати, потім простежте повний тепловий шлях і перевірте встановлений вузол. Комбінація модуля SCR та радіатора — це системне рішення. У запиті на пропозицію слід вказувати невизначені теплові параметри, характерні для конкретної моделі, замість того, щоб заповнювати його каталожними припущеннями. На остаточному кресленні слід вказати обраний модуль, радіатор, матеріал інтерфейсу, напрямок повітряного потоку та перевірені умови випробувань як єдиний контрольований вузол.

Література

• Infineon, 34 mm and 50 mm Solder Bond Modules — Use and Installation Manual (AN2018-07).
• Infineon: рекомендації щодо проектування систем охолодження та вибору радіаторів (загальні принципи роботи радіаторів; це не технічні характеристики тиристора RITOKS).
• Semikron Danfoss, Посібник із застосування силових напівпровідників.