空冷器在大功率电子设备中的应用

18/20空冷器在大功率电子设备中的应用第一部分空冷器应用-大功率电子设备冷却 2第二部分空冷器类型-自然对流、强制对流 3第三部分自然对流空冷器-无外部动力-依靠自然对流 5第四部分强制对流空冷器-有外部动力-强制对流换热 7第五部分空冷器性能指标-换热效率、散热能力、风量 9第六部分空冷器设计因素-电子设备发热量、环境温度 11第七部分空冷器材料选择-铝合金、铜、不锈钢 12第八部分空冷器安装方式-机箱内安装、机箱外安装 14第九部分空冷器维护保养-定期除尘、检查风扇运行情况 16第十部分空冷器应用实例-电力电子器件、通信设备 18

第一部分空冷器应用-大功率电子设备冷却空冷器应用-大功率电子设备冷却

#1.空冷器简介

空冷器，又称空气冷却器，是一种利用空气作为冷却介质，通过热交换的方式将热量从被冷却物表面带走的装置。空冷器主要由翅片、管束和风机组成。翅片是用来增大散热面积，管束是用来流通冷却空气，风机是用来提供冷却风量。

#2.空冷器在大功率电子设备中的应用

大功率电子设备在运行过程中会产生大量的热量，如果不及时将这些热量排出，会导致电子元器件温度过高，从而影响设备的正常运行，甚至造成故障。因此，在设计大功率电子设备时，需要考虑散热问题。空冷器是一种有效的散热方式，它可以将电子元器件产生的热量通过空气流动带走，从而降低电子元器件的温度。

#3.空冷器在大功率电子设备中的应用优势

空冷器在大功率电子设备中的应用具有以下几个优势：

1.结构简单，维护方便。空冷器结构简单，易于安装和维护。

2.运行成本低。空冷器无液体介质，无泄漏问题，运行成本低。

3.适用范围广。空冷器适用于各种环境条件，不受温度和湿度的限制。

#4.空冷器在大功率电子设备中的应用实例

空冷器在大功率电子设备中的应用实例包括：

1.电力电子设备：变压器、整流器、逆变器等。

2.工业电子设备：电机、发电机、电焊机等。

3.计算机设备：服务器、计算机主机等。

4.通信设备：基站、交换机等。

5.家用电器：空调、冰箱、洗衣机等。

#5.空冷器在大功率电子设备中的应用注意事项

在设计和使用空冷器时，应注意以下几个问题：

1.空冷器的散热能力应与电子元器件的散热量相匹配。

2.空冷器的风量和风压应能满足电子元器件的散热要求。

3.空冷器的翅片和管束应定期清洁，以保证散热效果。

4.空冷器应安装在通风良好的位置，以确保有足够的空气流通。

#6.结论

空冷器是一种有效的大功率电子设备散热方式，它具有结构简单、维护方便、运行成本低、适用范围广等优点。在设计和使用空冷器时，应注意空冷器的散热能力、风量、风压、清洁等因素，以确保空冷器能够有效地发挥作用。第二部分空冷器类型-自然对流、强制对流空冷器类型

#自然对流

自然对流是一种被动冷却方式，依赖于热量从热源向冷源的自然流动。在自然对流空冷器中，热量通过热传导从电子设备传导到翅片，然后通过翅片的自然对流散热到环境空气中。自然对流空冷器的优点是结构简单、成本低廉、噪音低，但其冷却能力有限，一般适用于低功耗电子设备。

#强制对流

强制对流是一种主动冷却方式，利用风扇或其他风力装置强制空气流动，以提高热量从电子设备向环境空气的传递效率。在强制对流空冷器中，风扇将空气吹过翅片表面，从而带走翅片上的热量，并将其排出电子设备外。强制对流空冷器的冷却能力比自然对流空冷器强，但其结构更复杂、成本更高、噪音也更大。

强制对流空冷器分类

根据风扇的类型，强制对流空冷器可分为以下两类：

*轴流风扇空冷器：轴流风扇是一种沿轴线方向吹风的风扇，其特点是风量大、压力低，适用于大风量、低风压的场合。

*离心风扇空冷器：离心风扇是一种沿径向方向吹风的风扇，其特点是风量小、压力高，适用于小风量、高风压的场合。

强制对流空冷器的优缺点

强制对流空冷器的优点包括：

*冷却能力强：强制对流空冷器可以提供比自然对流空冷器更强的冷却能力，适用于高功耗电子设备。

*散热均匀：强制对流空冷器可以将热量均匀地散布到整个翅片表面，从而提高散热效率。

*噪音低：强制对流空冷器比风冷器更安静，适用于对噪音敏感的场合。

强制对流空冷器的缺点包括：

*结构复杂：强制对流空冷器的结构比自然对流空冷器更复杂，需要更多的零部件。

*成本高：强制对流空冷器的成本比自然对流空冷器更高，尤其是对于大型空冷器。

*功耗大：强制对流空冷器需要风扇来强制空气流动，因此功耗比自然对流空冷器更大。

强制对流空冷器的应用

强制对流空冷器广泛应用于各种电子设备中，包括计算机、服务器、电信设备、工业控制设备等。在这些设备中，强制对流空冷器可以有效地将热量从电子元件传导到翅片，并通过风扇将热量吹散到环境空气中，从而保证电子设备的正常运行。第三部分自然对流空冷器-无外部动力-依靠自然对流自然对流空冷器——无外部动力，依靠自然对流

自然对流空冷器是一种依靠自然对流来实现散热的空冷器，它不使用任何外部动力，完全依靠空气自身的密度差和重力作用来实现热量传递。自然对流空冷器的结构简单，通常由散热片、风道和外壳组成。散热片是主要的传热元件，它与电子设备的热源紧密接触，通过热传导将热量传递给散热片。风道是空气流动的通道，它位于散热片周围，为空气流动提供空间。外壳是保护散热片和风道的结构，它防止外部环境对散热片和风道造成损坏。

自然对流空冷器的散热过程如下：

1.电子设备产生的热量通过热传导传递给散热片。

2.散热片上的热量通过空气对流传递给空气。

3.热空气上升，冷空气下降，形成自然对流。

4.热空气通过外壳上的散热孔排出，冷空气从外壳底部的进气口进入，形成循环。

自然对流空冷器的散热效率取决于散热片的表面积、风道的形状和尺寸、外壳的结构等因素。散热片的表面积越大，散热效率越高。风道的形状和尺寸应设计合理，以确保空气能够顺利流动。外壳的结构应保证散热片和风道不受外部环境的影响。

自然对流空冷器具有以下优点：

1.结构简单，成本低廉。

2.不使用任何外部动力，节能环保。

3.运行可靠，维护方便。

自然对流空冷器也存在一些缺点：

1.散热效率较低，适用于低功率电子设备。

2.散热片和风道容易积灰，影响散热效率。

3.外壳上的散热孔容易被异物堵塞，影响散热效率。

自然对流空冷器主要应用于低功率电子设备，如计算机、电视机、机顶盒等。随着电子设备的功耗越来越大，自然对流空冷器已经无法满足散热要求，因此，人们开发了强制对流空冷器、液冷器等散热效率更高的散热器。第四部分强制对流空冷器-有外部动力-强制对流换热强制对流空冷器-有外部动力-强制对流换热

1.概述

强制对流空冷器是一种利用外部动力(如风扇)将冷却空气强制通过电子元件表面，以带走热量的冷却装置。这种类型的空冷器具有冷却效率高、结构简单、安装方便等优点，广泛应用于大功率电子设备中。

2.强制对流换热原理

强制对流换热是通过强制对流的方式，将电子元件表面的热量带走的一种换热方式。强制对流换热过程可分为以下几个步骤：

1）外部动力(如风扇)将冷却空气强制通过电子元件表面，形成对流边界层。

2）电子元件表面与对流边界层之间存在温差，热量从电子元件表面传导至对流边界层。

3）冷却空气中的气体分子与电子元件表面的气体分子碰撞，发生能量交换，使冷却空气中的气体分子温度升高。

4）热空气被风扇排出，带走电子元件表面的热量。

3.强制对流空冷器的主要参数

强制对流空冷器的主要参数包括：

1）风量：风扇每单位时间输送的空气体积，单位为m³/s。

2）风压：风扇产生的压力，单位为Pa。

3）风速：风扇叶片末梢的线速度，单位为m/s。

4）散热量：空冷器每单位时间从电子元件表面带走的热量，单位为W。

5）噪声：空冷器在运行时产生的噪声，单位为dB。

4.强制对流空冷器的结构形式

强制对流空冷器的结构形式多种多样，最常见的结构形式有：

1）轴流式风扇空冷器：这种类型的空冷器采用轴流式风扇作为外部动力，冷却空气从风扇轴向进入，然后从风扇轴向排出。

2）离心式风扇空冷器：这种类型的空冷器采用离心式风扇作为外部动力，冷却空气从风扇中心进入，然后从风扇叶片末梢排出。

3）横流式风扇空冷器：这种类型的空冷器采用横流式风扇作为外部动力，冷却空气从风扇侧面进入，然后从风扇侧面排出。

5.强制对流空冷器的选型

在选用强制对流空冷器时，应根据电子元件的散热量、安装空间、噪声要求等因素进行选型。

1）散热量：空冷器的散热量应大于等于电子元件的散热量。

2）安装空间：空冷器的尺寸应与电子元件的安装空间相匹配。

3）噪声要求：空冷器的噪声应符合电子设备的噪声要求。

6.强制对流空冷器的维护

为了保证强制对流空冷器的正常运行，应定期对空冷器进行维护，主要包括以下几个方面：

1）清洁风扇叶片：定期清洁风扇叶片上的灰尘和污垢，以确保风扇正常运行。

2）检查风扇轴承：定期检查风扇轴承是否有磨损或损坏，如有磨损或损坏，应及时更换。

3）检查风扇电机：定期检查风扇电机是否有过热或损坏，如有过热或损坏，应及时更换。第五部分空冷器性能指标-换热效率、散热能力、风量换热效率

换热效率是指空冷器在单位时间内从电子设备中吸收的热量与空冷器消耗的电能之比，单位为%。换热效率越高，表明空冷器的散热性能越好。空冷器的换热效率受多种因素影响，包括空冷器的翅片面积、翅片间距、翅片厚度、翅片材料、风扇的风量、风扇的转速等。

散热能力

散热能力是指空冷器在单位时间内从电子设备中吸收的热量，单位为瓦特（W）。散热能力是空冷器最重要的性能指标之一，它直接决定了空冷器能够满足电子设备的散热需求。空冷器的散热能力受多种因素影响，包括空冷器的翅片面积、翅片间距、翅片厚度、翅片材料、风扇的风量、风扇的转速等。

风量

风量是指空冷器在单位时间内输送的空气体积，单位为立方米每分钟（CMM）。风量是空冷器的重要性能指标之一，它直接影响空冷器的散热能力。空冷器风量越大，散热能力越强。空冷器的风量受多种因素影响，包括风扇的直径、风扇的转速、风扇的叶片形状等。

空冷器性能指标之间的关系

换热效率、散热能力和风量是空冷器最重要的三个性能指标，它们之间存在着密切的关系。一般来说，换热效率越高，散热能力越强；散热能力越强，风量越大。但是，在实际应用中，空冷器的性能指标往往需要综合考虑。例如，在一些应用场合，可能需要空冷器具有较高的换热效率，而散热能力和风量则可以适当降低。而在另一些应用场合，可能需要空冷器具有较强的散热能力，而换热效率和风量则可以适当降低。

空冷器性能指标的选取

空冷器性能指标的选取需要根据具体应用场合的要求来确定。在选取空冷器性能指标时，需要考虑以下几个因素：

*电子设备的散热需求：电子设备的散热需求是指电子设备在工作过程中产生的热量需要通过空冷器散发出多少。

*空冷器的安装空间：空冷器的安装空间是指电子设备的机箱内部可以容纳空冷器的空间大小。

*空冷器的噪音要求：空冷器的噪音是指空冷器在工作过程中产生的噪音的大小。

*空冷器的价格：空冷器的价格是指空冷器的采购价格和安装价格。

在考虑了上述几个因素之后，就可以根据具体应用场合的要求，选择合适的空冷器性能指标。第六部分空冷器设计因素-电子设备发热量、环境温度电子设备发热量

电子设备在运行过程中会产生大量的热量，这主要归因于器件开关时产生的功率损耗。功耗越大，产生的热量就越多。电子设备的发热量与以下因素有关：

*器件类型：不同类型的器件具有不同的功耗特性，例如，功率晶体管、集成电路和存储器件的功耗都不同。

*工作频率：器件的工作频率越高，功耗就越大。

*负载电流：负载电流越大，功耗就越大。

*环境温度：环境温度越高，器件的功耗就越大。

环境温度

环境温度是影响空冷器设计的重要因素之一。环境温度越高，电子设备产生的热量就越多，对空冷器的散热性能要求也就越高。通常，空冷器的设计温度应高于环境温度10~20℃，以确保电子设备能够正常工作。

例如，如果电子设备在30℃的环境温度下工作，那么空冷器的设计温度应为40℃~50℃。这样，即使环境温度升高到40℃，空冷器也能将电子设备产生的热量散发出，保证电子设备的正常运行。

设计因素

根据电子设备发热量和环境温度，可以计算出空冷器所需的散热能力。空冷器的散热能力主要取决于以下因素：

*散热面积：散热面积越大，散热能力越强。

*散热翅片：散热翅片可以增加散热面积，从而增强散热能力。

*风扇：风扇可以将热量从散热翅片吹走，从而增强散热能力。

*风道设计：风道设计合理，可以使风流更均匀地分布在散热翅片上，从而提高散热能力。

在设计空冷器时，需要综合考虑以上因素，以优化空冷器的散热性能。第七部分空冷器材料选择-铝合金、铜、不锈钢空冷器材料选择

铝合金

铝合金因其重量轻、散热性能好、耐腐蚀、易加工等优点，被广泛应用于空冷器中。铝合金的导热系数一般为200～260W/(m·K)，是钢的约2倍，是铜的约1/3。

常用的铝合金空冷器材料有：

1.1000系列铝合金：主要成分为铝，含量为99%以上，不含其他合金元素。1000系列铝合金具有良好的延展性、耐蚀性和焊接性能，但强度较低。

2.2000系列铝合金：主要成分为铝和铜，含量分别为90%～95%和4%～10%。2000系列铝合金具有较高的强度和硬度，但延展性和耐蚀性较差。

3.3000系列铝合金：主要成分为铝和锰，含量分别为90%～95%和0.5%～1.5%。3000系列铝合金具有良好的成型性和耐腐蚀性，但强度较低。

4.4000系列铝合金：主要成分为铝和硅，含量分别为90%～95%和4%～10%。4000系列铝合金具有良好的耐磨性和焊接性能，但强度较低。

5.5000系列铝合金：主要成分为铝和镁，含量分别为90%～95%和1%～5%。5000系列铝合金具有良好的成型性和耐腐蚀性，但强度较低。

6.6000系列铝合金：主要成分为铝和镁、硅，含量分别为90%～98%和0.5%～2.5%、0.5%～2.5%。6000系列铝合金具有良好的强度和硬度，但耐蚀性较差。

7.7000系列铝合金：主要成分为铝和锌，含量分别为90%～95%和4%～10%。7000系列铝合金具有良好的强度和硬度，但耐蚀性较差。

铜

铜因其优异的导热性和导电性，常被用作空冷器的材料。铜的导热系数为400W/(m·K)，是铝的约2倍，是钢的约4倍。

常用的铜空冷器材料有：

1.纯铜：含铜量为99.9%以上的铜称为纯铜。纯铜具有良好的导热性和导电性，但强度和硬度较低。

2.铜合金：在纯铜中加入其他金属元素，以提高其强度和硬度。常用的铜合金有黄铜、青铜和白铜等。

黄铜：主要成分为铜和锌，含量分别为65%～85%和25%～35%。黄铜具有良好的强度和硬度，但耐蚀性较差。

青铜：主要成分为铜和锡，含量分别为85%～90%和10%～15%。青铜具有良好的强度、硬度和耐腐蚀性，但导热性和导电性较纯铜差。

白铜：主要成分为铜和镍，含量分别为60%～80%和15%～30%。白铜具有良好的强度、硬度、耐腐蚀性和导热性，但导电性较纯铜差。

不锈钢

不锈钢因其良好的耐腐蚀性、强度和硬度，常被用作空冷器的材料。不锈钢的导热系数为15～20W/(m·K)，远低于铝合金和铜，但仍高于许多其他材料。

常用的不锈钢空冷器材料有：

1.304不锈钢：含铬量为18%～20%，含镍量为8%～10%。304不锈钢具有良好的耐腐蚀性和强度，但导热性较差。

2.316不锈钢：含铬量为16%～18%，含镍量为10%～14%，含钼量为2%～3%。316不锈钢具有良好的耐腐蚀性和强度，且导热性优于304不锈钢。第八部分空冷器安装方式-机箱内安装、机箱外安装空冷器安装方式

空冷器在电子设备中的具体安装方式，主要包括机箱内安装和机箱外安装。

1.机箱内安装

机箱内安装是指将空冷器直接安装在电子设备的机箱内部。这种安装方式的优点是结构紧凑，便于维护，散热效果好，但也会占用机箱内的空间，影响其他设备的安装。

机箱内安装空冷器的具体步骤如下：

1)选择合适的空冷器。空冷器的选择应根据电子设备的散热需求、机箱内的空间、噪声要求等因素综合考虑。

2)确定空冷器的安装位置。空冷器应安装在电子设备的热源附近，以确保最佳的散热效果。

3)安装空冷器。空冷器的安装应按照其随附的说明书进行，通常需要使用螺丝或卡扣将空冷器固定在机箱上。

4)连接空冷器的电源线和信号线。空冷器的电源线应连接到电子设备的电源上，信号线应连接到电子设备的主板上。

5)测试空冷器的运行情况。在通电后，应检查空冷器是否能正常运行，并确保其散热效果良好。

2.机箱外安装

机箱外安装是指将空冷器安装在电子设备的机箱外侧。这种安装方式的优点是不会占用机箱内的空间，有利于电子设备的散热，但也会增加设备的体积，影响设备的美观性。

机箱外安装空冷器的具体步骤如下：

1)选择合适的空冷器。空冷器的选择应根据电子设备的散热需求、设备的外观设计等因素综合考虑。

2)确定空冷器的安装位置。空冷器应安装在电子设备的热源附近，以确保最佳的散热效果。

3)安装空冷器。空冷器的安装应按照其随附的说明书进行，通常需要使用螺丝或卡扣将空冷器固定在机箱外侧。

4)连接空冷器的电源线和信号线。空冷器的电源线应连接到电子设备的电源上，信号线应连接到电子设备的主板上。

5)测试空冷器的运行情况。在通电后，应检查空冷器是否能正常运行，并确保其散热效果良好。

总之，空冷器在电子设备中的安装方式主要包括机箱内安装和机箱外安装。两种安装方式各有优缺点，应根据电子设备的具体情况选择合适的安装方式。第九部分空冷器维护保养-定期除尘、检查风扇运行情况空冷器维护保养-定期除尘、检查风扇运行情况

1.定期除尘：

定期除尘是防止空冷器过热的重要维护保养措施之一。灰尘会积聚在空冷器的散热片上，阻碍空气流通，导致热量无法有效散发，最终导致空冷器过热。因此，应定期除尘，以确保空冷器能够正常地散热。

除尘方法：

-使用压缩空气吹扫散热片上的灰尘。

-使用柔软的毛刷或棉签轻轻刷掉散热片上的灰尘。

-使用吸尘器吸走散热片上的灰尘。

除尘频率：

除尘频率取决于空冷器的工作环境。如果空冷器的工作环境灰尘较多，则应更频繁地除尘。一般来说，应至少每周除尘一次。

2.检查风扇运行情况：

风扇是空冷器散热的关键部件之一。如果风扇出现故障，则无法有效地将热量从散热片上吹走，导致空冷器过热。因此，应定期检查风扇的运行情况，以确保其能够正常地工作。

检查方法：

-检查风扇是否能够正常地旋转。

-检查风扇是否有异响或振动。

-检查风扇的轴承是否损坏。

检查频率：

检查风扇运行情况的频率取决于空冷器的使用情况。如果空冷器经常使用，则应更频繁地检查风扇的运行情况。一般来说，应至少每月检查一次风扇的运行情况。

3.其他维护保养措施：

除了定期除尘和检查风扇运行情况外，还应定期对空冷器进行其他维护保养措施，以确保其能够正常地工作。这些维护保养措施包括：

-检查空冷器的电源线和插头是否有损坏。

-检查空冷器的外壳是否有损坏。

-检查空冷器的散热片是否有损坏。

-检查空冷器的风扇是否有损坏。

-检查空冷器的轴承是否有损坏。

以上是空冷器维护保养的常见措施，必须严格执行，以确保空冷器能够正常地工作。