浅谈电力电子器件强迫风冷中风机的工作点

 电力电子装置中相对来说工作时产生自身功耗最大的部分应该是电力电子器件：晶闸管、整流管、IGBT等。这部分自身功耗以热的形式表现，使器件自身温度升高。于是有了散热器和风机的强迫风冷措施。用流动空气把器件上的热量带走。所以说，用风机对大功率半导体器件进行强迫风冷的设计比比皆是。

风冷装置绝对离不开风机。如何科学地使用风机，提高冷却效果引起了我的关注。于是下了功夫研究了一番。搞了数十年的电，现在要去了解“风”——流动着的空气，属于空气动力学范畴的物理现象，真有点不知如何入手才好。不得不从头开始学点“空气动力学”。

先从风机样本开始。风机样本中对每种风机都列出一套工作曲线(见图一)，纵坐标是△Pt，

横坐标是单位时间空气流量V(单位是m3/h)。样本中把△Pt称作为“全压”(常称风机的最大风压)，它由“静压”和“动压”组成，即：全压=静压+动压。在空气动力学中，全压表示流动空气的总能量，他所包含的动压和静压可以互相转换，遵守“能量守恒与转换定律”。这里的风压△Pt是相对周围大气来说的，是一种相对压力，即以周围的大气压为零点起算的压力。

【图一】 风机的特性曲线

图中曲线有两种：第一种是风机工作时，△Pt与流量V关系曲线。△Pt减小时流量减少;第二种是一条从原点开始向上翘的的曲线，表示流动空气遇到前方阻力(称为“流阻”)后，流量与流阻的关系曲线。此时纵坐标为流阻△P、横坐标仍为单位时间流量V，曲线表示流量V增大，风道截面不变，相当于流速增大，会使流阻增大，。两条曲线的交点就是“风机工作点”。

在电力电子装置中，风机把空气吹向散热器，从散热片的缝隙中流过，这相当于风道截面由大变小，空气流速增加，同时会产生大于其他位置的阻力，就是散热器流阻△P，它抵消了与其相当的一部分风机风压△Pt 。与此相对应的空气流量即为此时实际风量。