Понятия и определения

ТЕПЛОВОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭС

Тепловым конструированиемназывают ту часть конструирования ЭС, которая имеет своей целью обеспечение нормального теплового режимаразрабатываемой конструкции.

Общий баланс энергии в ЭС и его коэффициент полезного действия (КПД) можно представить следующим образом:

Е_П = Е₁ + Е₂ + Е₃,

где Е_П – энергия, отбираемая устройством от источников питания;

Е₁ – полезная электрическая энергия;

Е₂ – энергия, рассеиваемая в окружающее пространство;

Е₃ – тепловая энергия, вызывающая нагревание деталей и узлов.

Большинство аналоговых и цифровых узлов ЭС имеют низкие значения КПД − порядка 0,2…0,3. Исключением являются импульсные блоки питания и некоторые другие мощные ключевые схемы, которые могут иметь КПД в пределах 0,75…0,95.

При низких значениях КПД большая доля потребляемой энергии идет на нагревание элементов и узлов конструкции, и они могут сильно нагреваться. Повышение температур приводит к росту интенсивности отказов радиоэлементов, вызывает ускоренное старение конструкционных материалов. Для того чтобы они имели допустимые значения необходимо обеспечить хороший теплообмен аппарата с окружающей средой.

Тепловой режим (ТР) ЭС – пространственно-временное распределение температуры в пределах завершенной конструкции.

Тепловой режим является стационарным, если температуры во всех точках конструкции постоянны во времени.

Тепловой режим ЭС считается нормальным, когда температуры всех деталей и узлов конструкции при заданных условиях эксплуатации не превышают предельно – допустимых значений установленных ТУ на них.

При расчетах часто удобнее оперировать не температурами, а перегревами.Перегрев – разность между температурой некоторой точки (области) конструкции ЭС и температурой окружающей среды:

Dt = t (x,y,z) - t_c

Элементы конструкции, выделяющие теплоту, называют источниками, поглощающие – стоками, а сам процесс передачи тепла – теплообменом. Теплообмен происходит вследствие разности температур между телами, а также между телами и средой.

Часть конструкции ЭС, в которой сосредоточенны источники тепловой энергии, называется нагретой зоной (шасси с расположенными на нем элементами, блоки функциональных узлов, и др.).

В конструкциях можно выделить поверхности (объемы), во всех точках которых температуры одинаковы или условно одинаковы. Такие поверхности (объемы) принято называть изотермическими.

Теплообмен между нагретыми телами и окружающей средой количественно характеризуется тепловым потоком или плотностью теплового потока.

Тепловым потоком Р называется количество тепла Q передаваемое от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой (в общем случае к среде) в единицу времени τ, т. е.

P = Q / τ .

Различают три физических процесса передачи тепла: теплопроводность (кондукция), конвекция, излучение.