某舰载密闭电源机柜的热设计及实现.pdf

015年2月
舰船电子对抗
Feb.2015
第38卷第1期
SHIPBOARD ELECTRONIC COUNTERMEASURE
Vol 38 No. 1
某舰載密闭电源机柜的热设计及实现
韩延宁,董智鼎
(中国船舶重工集团公司第723研究所,扬州225001)
摘要:针对某密闭电源机柜的热设计要求,采用局部水风换热器循环风冷和冷板表而器件散热相结合的设计思路,
以UG三维软件进行整体结构布局设计,再利用UG高级热流仿真模块进行热散粍功率仿其,从而较好地解决了电
源机柜的变压器和隔离栅双晶体管(IGBT)等重要器件的散热问题。整个方案具有设计合理、紧湊、可靠性高等特
。最后通过试验,验证了憋个机柜热设计的合理性。
关键词:电源机柜:热设计;水冷
中图分类号:TNO2
文献标识码:B
文章编号:CN32-1413(2015)01-0118-03
DOI:10.16426/j.cnki. jcdzdk.2015.01.028
Thermal Design and Realization of Airtight Cabinet for
A Certain Shipborne Power Supply
HA Yan-ning, DONG Zhi-ding
(The 723 Institute of CSIC, Yangzhou 225001, China)
Abstract: According to the themal design requriements of a certain airtight power supply cabinet
this paper uses the design idea which combines partial cycle air cooling via air-water heat exchanger
with heat abstraction through cooling plate on the surface devices, uses UG 3D software to design
overall structrue and layout, adopts UG advanced thermal simulation module to simulate heat dissi
pation power, so the heat abstraction problems of power supply cabinet transformer and insulate-
gate bipolar transistor (IGBT) as well as other important devices are commendably solved. The
schemc has the advantages of reasonable design, compact structure and high reliability. Finally, the
rationality of the cabinet thermal design is verified through the cxperiments.
Key words: power supply cabinet; therrnal design; water cooling
柜内部所有器件进行散热。这种风冷形式,风机运
行时风机或器件之间的气流很可能相互影响,导致
在目前电源机柜的热设计中,往往采用强迫风机柜内部有的器件和分机不能充分散热。这种缺乏
冷的设计方法,这造成了电源机柜无法与外界环境整体设计思路的热设计必然导致电源机柜的使用效
隔绝,从而使得电源机柜在舰用条件下需承受盐雾果差,寿命短,可靠性差
的腐蚀,导致其可靠性和使用寿命都会有所降低
1电源机柜冷却设计要求
强迫风冷的设计主要应考虑到冷却风机、风道
流场分布、滤尘器、噪声、震动等方而。在传统的电
某舰载密闭机柜,总热耗约2.8kW,机柜工
源机柜风冷设计中,经常出现各个分机内部设置小作环境温度-10℃~+40℃?用户可提供温度不超
风机,每个小风机仅仅冷却与其对应的电子发热部
过40℃、流量不低于35L/min、压力不低于3bar
件,或者通过一个整体风道,通过一组较大风机对机的淡水。要求对电源机柜进行热设计,控制机柜内
的温升。
收稿日期:2014-11-25
第1期
韩延宁等:某舰载密闭电源机柜的热设计及实现
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机柜内各个发热部件的具体发热情况
知此种散热形式满足使用要求
(1)变压器组合总热耗:1.1kW;
121.8
(2)功率逆变组合每组热耗约437W,共4组
115.04
108.24
总热耗为1.75kW。
01.44
94.64
2电源机柜的散热设计
87.84
根据设计要求,本电源机柜采用符合海军标准
74.24
67.44
的密闭铸铝机柜,机柜右侧布置冷却水进出口。机
60.64
53.84
柜结构布局如图1所示。
加电控制组合
(a)变压器组合温度场图
信号控制组合
1791.34
1643.24
1495.14
相率逆变组合
1347.03
单相功率逆变组合
1050.83
902.72
754.6
变压器组合
606.52
458,41
310.31
图1机柜布局图
(b)变压器组合风场图
从结构组成上可分为8个组合,机柜顶部安装
图3变压器组合热仿真图
滤波、转接盒组合,机柜上部“加电控制组合”、“信号
控制组合”设计为抽屉式结构,机柜中部3个“一相
功率逆变组合产生的1.75kW热量平均分布
到4个组合,每个组合约为437W,每个组合由一个
功率逆变组合”、一个“单相功率逆变组合”设计为板
式直接固定在机架上,机柜底部“变压器组合”直接
冷板作为散热装置,结构布置如图4所示
安装在机柜底板上,所有组合均方便拆卸,满足正面
维修要求。变压器组合产生的1.1kW的热量由
置于变压器组合上方的水风换热器进行散热,结构
??回回?
布置如图2所示。
GBT
水风换热器
???回?
国回
变压器组合
冷板
图4功率逆变组合布局图
图2变压器与换热器布置图
功率逆变组合平均每个冷板散热量为437W,
变压器组合热仿貞结果如图3所示,水温为
对单个泠板进行仿真建立三:维模型,冷板长
40℃时,换热器出风口温度为45℃,仿真结果显示
140mm,宽和高为110mmX16mm,散热器上部均
变压器表面最高温度为121.8C.主要集中在三相
匀分布4个热源,热仿真结果如图5所示。冷板人
变压器上,而该変压器可以耐受130℃高温,由此可
口水温为40℃时,则冷板出口水温为40.6℃,此时