Taajuusmuuttajan höyrystysjäähdyttimien mitoitus

Abstract

Jäähdytysmenetelmän tehokkuus on eräs taajuusmuuttajan tuotekehityksen tavoite. Työn tarkoituksena oli selvittää höyrystysjäähdytyksen lämmönsiirtotapahtumia ja sen soveltamista taajuusmuuttajan jäähdytykseen. Taajuusmuuttajan höyrystysjäähdytysrakenteeksi soveltuu hyvin uppojäähdytysrakenne, jossa kaikki sähköiset komponentit ovat upotettuna halogeenihiilivetypitoiseen jäähdytysaineeseen. Normaaleissa käyttöolosuhteissa voidaan useampia rakennemetalleja ja muovilaatuja käyttää halogeenihiilivety-pitoisten jäähdytysaineiden kanssa ilman korroosio- tai muodonmuutosvaaraa. Kuitenkin sinkin ja magnesiumseosten käyttöä on vältettävä. Poikkeuksellisissa olosuhteissa, jolloin rakenteeseen pääsee esim. kosteutta tai epäpuhtauksia, on rakenneaineet testattava olosuhteita vastaavissa kokeissa ennen valintoja. Mittaustulosten ja teorian avulla selvitettiin kiehumisen ja lauhtumisen lämmönsiirtoa. Tietokoneella lasketuista jäähdyttimen lämpötilajakautumista havaittiin, että jäähdyttimen ja jäähdytysaineen välinen lämpötilaero pieneni siirryttäessä kauemmas diodipinnasta, josta lämpövirta siirtyi jäähdytinelementtiin. Mitatut keskimääräisen kuplakiehumisen lämmönsiirtokertoimen arvot olivat 1600...3700 W/m2K ja ne suurenivat kyllästyslämpötilan kasvaessa. Puolijohdeyksikön häviötehon ja lauhtumisen käytettävissä olevan lämpötilaeron perusteella saatiin määrättyä lauhtumisen lämmönsiirtokerroin, jonka arvot olivat 600...1350 W/m2K. Kyllästyslämpötilan kasvaessa voitiin lauhduttimen kautta siirtää lämpövirta pienemmällä lämpötilaerolla. Taajuusmuuttajan höyrystysjäähdyttimien lämpöpinnat mitoitettiin kuplakiehumisessa ja lauhtumisessa syntyvien lämpötilaerojen avulla. Puolijohteiden tavallisilla häviötehoilla jäähdytinelementin tehollinen jäähdytyspinta-ala oli 100...350 cm2. /Kir09