Тепловые режимы


Источниками тепла в РЭА являются различные устройства и отдельные детали электрическая энергия потребляемая радиодеталями преобразуется в них в различные виды энергии эл.маг., механическую, тепловую, часть преобразованной энергии выходит за их пределы и за пределы устройств в виде энергии полезных сигналов, а вся остальная энергия преобразуется в тепло. Элементы и механические части конструкций РЭА могут нормально функционировать в ограниченном температурном режиме. Т.е. обладают ограниченной теплостойкостью. Теплостойкость это способность материалов и элементов кратковременно или длительно выдерживать воздействия высоких и низких температур, а также резких изменений температуры (термоударов).

Термостойкость определяют по началу существенных изменений свойств элементов и материалов или параметров обусловленных различными физико-химическими процессами. Величину термостойкости оценивают диапазоном температур на границах которого допускают указанные изменения. Например, кремниевые транзисторы от 0 до 150 С. Резисторы МЛТ от 0 до 190 С. Совокупность температур всех элементов, из которых состоит аппаратура. Т.е. тепловое поле электрического аппарата характеризует тепловой режим устройства Все элементы из которых собрано устройство должны работать в нормальном тепловом режиме. Тепловой режим отдельного элемента считается нормальным, если выполняются 2 условия: 1) температура элемента в условиях эксплуатации заключена в пределах ограничивающих диапазон температур допустимых для данного элемента. 2) температура элемента такова, что будет обеспечена его работа с заданной надежностью. Существенное влияние на процесс теплообмена оказывает конструкция их корпусов. Всевозможные конструкции корпусов можно определить на герметичные, вентилируемые, и снабженные специальным теплообменником. Герметичные – это корпуса собственно герметичные, герметизированные, а также в пыле- и влаго- защитном исполнении. Общим признаком таких корпусов является практически полное отсутствие воздухообмена м/у окружающей средой и внутренним объемом корпуса. Вентилируемые корпуса это корпуса, снабженные различными устройствами обеспечивающие естественный или принудительный воздухообмен м/у м/у окружающей средой и внутренним объемом корпуса. Корпуса с теплообменниками подразделяются на: жидкостные, испарительные, кондуктивные и комбинированные. Одним из основных в теории тепловых режимов является понятие о нагретой зоне аппарата. Нагретой зоной аппарата называют часть объема аппарата занятого шасси или платами и смонтированными на них элементами РЭА аппарат состоит из нескольких блоков каждый из которых содержит шасси или платы с радиодеталями существенно отличающихся по форме, размерам, ориентацией в пространстве способностью охлаждения и тепловой нагрузке могут рассматриваться как несколько самостоятельных нагретых зон. Деление аппаратов на однозоновые и многозоновые при исследовании их тепловых режимов определяются необходимостью учитывать тепловое влияние отдельных зон друг на друга. Простейшим РЭА содержащим 1 зону является бытовые радиоприемники, телевизоры и т.д., в которых большинство элементов собрано на одном шасси.

Характер процессов теплообмена в РЭА в сильной степени зависит от устройства нагретой зоны аппарата. Всевозможные нагретые зоны аппарата можно отнести к 3-м группам: 1) Зоны со сравнительно крупными элементами (трансформаторы …) крепящиеся на металлическом шасси. 2) Ко второй группе нагретые зоны в которых микроэлементы с ИМС и узлы крепятся к печатным платам. Количество печатных плат в таких зонах может быть достаточно большим. 3) В которых отсутствуют явно выраженные платы и шасси и элементы крепятся в объеме корпуса хаотично. Если нагретая зона РЭА содержит шасси или платы то условия теплообмена существенно зависят от их ориентации: вертикально, горизонтально.

Характер теплообмена в нагретых зонах в сильной степени зависит от плотности компоновки элементов. При достаточно плотной компоновке конвекция в зазорах нагретой зоны развиваться не может. В этом случае под основными механизмами теплообмена внутри нагретой зоны становятся кондукция и излучение. По способу и типу теплообмена все РЭА можно разделить на классы при этом учитывая следующие особенности: 1) Количество и конструктивные особенности нагретых зон. 2) Способ охлаждения нагретых зон. 3) Способ охлаждения корпуса аппарата.

Система охлаждения в РЭА по способам делятся на: воздушные, жидкостные, испарительные, кондуктивные и комбинированные. Воздушные – такие системы охлаждения, в которых в качестве теплоносителя используется воздух. Они разделяются: естественные, внутреннее перемешивание воздуха, в объеме корпуса, естественная и принудительная вентиляция, а также обдув наружной поверхности аппарата. При естественном в/о выделяющаяся в аппарате тепловая энергия конвекцией и излучением передается от корпуса аппарата и таким же путем рассеивается в окружающую среду. Естественная вентиляция осуществляется за счет разности плотностей холодного снаружи и теплого внутри аппарата воздуха. При условии что в его корпусе имеется специальное отверстие. Принудительную вентиляцию применяют, если естественная вентиляция не может обеспечить должного теплового режима. Она делится на: приточную, вытяжную и приточно-вытяжную. Жидкостные системы охлаждения теплоносителем являются различные капельные жидкости доведенные до кипения, а испарительными называются системы в которых используются кипящие жидкости, разделяются на: термосифонные, с внутренним перемешиванием и с принудительной циркуляцией. При кондуктивной системе охлаждения отход тепла от нагретых частей осуществляется за счет теплопроводности материала. В комбинированных системах могут применяться различные сочетания рассмотренных систем. Эффективность того или иного способа охлаждения определяется интенсивностью протекающих процессов теплообмена. Интенсивность теплообмена определяется величиной коэффициента теплообмена [Вт/м2*град].

Способ охлаждения

Коэффициент т/о

1. Естеств. Конвекция и излучение.

2?10

2. Вынужд. Конвекция в возд., и газах.

10?100

3. Естеств. Конвекция в масле.

200?300

4. Вынужд. Конвекция в масле.

300?1000

5. Естеств. Конвекция в воде.

200?600

6. Вынужд. Конвекция в воде.

1000?3000

7. Кипение воды.

500?45000

8. Капельная конденс. водяных паров.

40000?120000

9. Конденсация органических паров.

500?2000