浅谈电力电子器件强迫风冷中风机的工作点

此图告诉我们：

1， 流阻与风速平方成正比。风速增加，流阻增加，反过来阻力大了又会抑制风速增加，是一种负反馈。工作点是动态平衡的结果。

2， 选用风机的△Pt参数(最大风压)要适当大于预见的流阻(约1—2倍)。

3， 流动空气从风道流出进入大气除了有一定的风速外，与大气中空气无异。可以这么说其能量基本上以动压表示。

有上述两种曲线是预测未来工作时实际工作点，空气流量、流速的必要条件，也是设计的需要。第一种曲线是风机生产单位提供的。第二种曲线是在风道及散热器结构设计确定后才有可能找到，必须自行解决。没有第二种曲线即风道内散热器流阻曲线就无法找到实际工作点，无法知道未来工作时空气流量、流速，于是散热效果就无法预知。如何取得第二种曲线呢?常用的只有两种办法：计算或实际测试。

首先试图用计算得到函数关系式。

我认真地阅读了有关与强迫风冷有关的空气动力学内容。希望能找到流量与流阻的关系式，即第二种曲线的函数关系，这样可以在坐标纸上作出第二种曲线，由此定出“风机工作点”。结果这种想法未能实现。原因很简单：散热器风道虽不长，但问题复杂，低速时阻力能量损失包括“沿程损失”、“局部损失”等，各有各的计算公式，加上实际使用的散热器形状各异、外形变化万千使问题复杂化，式内很多常数、系数(有的还需用另外公式进行计算得出)如各种阻力系数、局部损失系数、当量水力直径等确定十分困难。

想了想，何不推荐用测试的办法解决呢?国标“GB-T 8446.2-2004 电力半导体器件用散热器 第2部分：热阻和流阻测试方法”提出了具体的测试方法(见图二)。此标准几乎是讲散热器热阻测试，只是在装置风道中增加了一套DJM9补偿式微压计，直接读数就可测得某风速下的流阻值(压差△P)。此标准提出的设备用于热阻和流阻两个参数的测试，现只要测流阻一个参数，设备可以大大简化，只要图三这样一个风道就可。风机和接口是固定不变的，被测散热器及前后测试探头插入部分的风道尺寸应按国标规定的尺寸安排，要按被测散热器尺寸设计。风机转速可调，可测不同风速下的流阻。L是散热器长，如设计两块散热器串联运行，则要用两块散热器样品按设计安排测试。因为设备很简单，花不了很多钱。对选用散热器比较频繁的公司有这样一台测试台是十分方便的。有人说先凭经验设计，装出设备做试验实测，有问题再改。这样做也可以，但经验告诉我，一旦大局已定要改十分麻烦。散热条件差，设备经常烧;散热条件设计过头，成本上去，批量生产不经济。

说到这里还有个问题。此设备测得的是不同风速下的流阻，而要的是不同流量下的流阻。还有测试的是一套散热器，实际设计的可能有两套或三套甚至更多套并列，风道截面相应加大，如何换算呢?回答是：纵坐标为测得的流阻值(压差△P)，横坐标用下列公式换算：

空气流量(m3/h)= 风速(m /s)× 设计风道截面积(m2)×3600

【图二】风冷散热器的流阻测试原理