Hallo, ich möchte einen Kühlkörper entwerfen, der an bestimmte Bauraumvorgaben angepasst ist und einen möglichst kleinen R_th aufweist. Dieser soll dann später zur Entwärmung einer Leistungselektronik (Wechselrichter) dienen. Bevor jemand fragt, warum ich nicht aus den Leistungsdaten (Strom, R_DSon, etc...) bestimme welchen Kühlkörper ich brauche: Ich habe den definierten Bauraum und möchte wissen, welchen Strom die einzelnen Halbbrücken vertragen, ohne dass die Chips verdampfen. Um möglichst schnell eine ungefähre Abschätzung machen zu können möchte ich daher den R_th aus den geometrischen Daten berechnen/simulieren. Kennt jemand ein Tool (im besten Fall natürlich als Freeware/Studentenversion), mit dem eine solche Berechnung/Simulation möglich ist? Damit das ganze nicht zu einfach wird (wie z.B. hier http://www.r-theta.com/rtools_front.html) gibt es noch folgende zwei Angaben zur Kühlkörpergeometrie: * runde Grundfläche * Konzentrische Kühlrippen Über konstruktive Anworten würde ich mich freuen, Gruß, der Icke
@ Reiner S. (chickstermi) Benutzerseite >ich möchte einen Kühlkörper entwerfen, der an bestimmte Bauraumvorgaben >angepasst ist und einen möglichst kleinen R_th aufweist. Dieser soll >dann später zur Entwärmung einer Leistungselektronik (Wechselrichter) >dienen. Naja, das ist aber nicht so ganz trivial. >definierten Bauraum und möchte wissen, welchen Strom die einzelnen >Halbbrücken vertragen, ohne dass die Chips verdampfen. Das sollte man eher messen. Jaja, mit Super CAD & Co kann man das simulieren, aber das ist bestenfalls die halbe Wahrheit. >Über konstruktive Anworten würde ich mich freuen, Man sollte / muss irgendwann auch mal messen. Das macht man z.B. dadurch, indem man den MOSFET seiner Wahl als Temperatursensor und Heizelement benutzt. Dann nimmt man eine Konstantstromquelle und geht in den Klimaschrank. Dort misst man die Flußspannung der Inversdiode bei mehreren Temperaturen, z.b. 60, 90, 120°C (ausrechend Zeit zum Temperieren des MOSFETs lassen!), dauraus erhält man eine Kalbibrierfunktion Uf = f(T). Danach befestigt man den MOSFET am zu messenden Kühlkörper exakt wie im zukünfigen Einsatz. Dann speist man den MOSFET über ein starkes Netzteil die Inversdiode mit Strom, und zwar soviel, dass die entsprechende Verlustleistung des realen Betriebs entsteht (Strom und Spannung messen!). Wenn das nicht reicht (niedrige Flußspannung!) muss man den MOSFET im Normalbetrieb regeln, um ausreichend Verlustleistung zu erzeugen. Jetzt wird der MOSFET warm. Per Relais/Schalter schaltet man dann schnell auf die Konstantstromquelle um, um die Flußspannung zu messen. Daraus erhält man die echte Sperrschichttemperatur. Die Berechnung des Wärmewiderstands ist dann einfach, siehe Artikel Kühlkörper. MfG Falk
Hallo, wenn du dein Kühlkörper halbwegs in 2-Dimensionen beschreiben kannst, könnte dir femm weiterhelfen. http://www.femm.info/wiki/HomePage
Suche in der Ansoft ANSYS hilfe nach "Thermal Tutorial", da geht sowas. Und wenn dir Zeichnen in Ansys zu blöd ist nimm was anderes (Solid Works, Catia) und konvertiere. Dei Bedinung von ANSYS erfordert jedoch einige Geduld und ist nicht so trivial, aber wenn du es mal checks ist Rth Berechnung nichts unmögliches. In meiner Bude werden ständig Kühlkörper/Gehäuse/Schaltschränke simmuliert, wenn man da ständig Fräßen, Aufbauen und mit belegtem Klimaschrank Messen würde gäbe es uns nicht mehr. Diejenigen die Ausschließlich mit der FEM-Simulation Arbeiten kommen sehr gut an die Realität ran, aber die haben jahre bis jahrzehnte Erfahrung. Aber klar Messen muss auch sein, wenn man Die DC-Sourcen, Voltmeter, Thermoschreiber, Klimaschränke mit LabView oder ähnlichem Automatisiert ists auch nicht mehr so viel Arbeit.
http://download.ansoft.com/software/index.cfm Man könnte die freie Version von Maxwell 2D nehmen, die kann rotationssymetrische Strukturen elektrisch simulieren. Wenn man dann über ein Abbildung das ins Thermische übersetzt, könnte das klappen. So in der Art 1V = 1K 1A = 1W MFG Falk
Bauen, definierte Verlustleistung drauf und Temperaturerhöhung messen. So bist du viel genauer als die Katalogangaben, die eh gelogen sind. Es gibt ein paar Konstruktionsgrundlagen z.B. Oberflächenbeschaffenheit, Abstand der Rippen, Dicke der Rippen, möglichst Erzielung eines Kamineffektes beim Einbau, die man nachlesen könnte. Zumindest was zum optimalem Abstand der Rippen je nach Anströmgeschwindigkeit hatte ich mal gelesen, aber man kann ja die known good Dimensionen an vorhandenen Kühlkörpern ablesen.
Danke schonmal für die Antworten! Das Simulation und Realtität zwei verschiedene Paar Schuhe sind ist mir klar. Dennoch bietet eine Simulation in der Regel eine ungefähre Schätzung, nach der man allgemein abschätzen kann, ob gewissen Ziele überhaupt realistisch zu erreichen sind. Und wie Fralla schon ganz treffend geschrieben hat ist die Güte der Simulaion abhängig von der Zeit und der Erfahrung die man in ein solches Vorhaben steckt. Außerdem wäre die Simulation im Vergleich zur Fertigung eines solchen KK deutlich günstiger (sofern Freeware). Mit "femm" werde ich mich mal auseinandersetzen (Danke für den Link), bei Maxwell 2D bbin ich eher skeptisch, da meines Wissens damit Rotationskörper beschrieben werden können, was sich aber mit "konzentrische Kühlrippen" nicht vereinbaren lässt (sofern ich jetzt nicht einem massiven Denkfehler zum Opfer fall). @Falk Den von dir beschriebenen Vorgang zur Rth-Messung hatte ich auch schon gefunden, leider ist er für mein Vorhaben aber nicht ganz so einfach umzusetzen. Ich verwende keinen klassischen MosFET meiner Wahl sondern drei parallel auf ein DCB gebondete Dies. Den Rth davon kenne ich ausreichend genau. Zusammengefasst heißt das also, ich kenne die Leistungsschalter, ich kenne die Thermische Anbindung an den KK und ich brauche eine Näherung des Rth für einen KK um daraus Rückrechnen zu können, welche Verluste ich mir im System erlauben darf (auch wenn die Richtung der Lösungsfindung sicher nicht dem Standard entspricht). Danke, der Icke
Was ich vergessen habe zu erwähnen: Der Kühlkörper soll durch einen Luftstrom zusätzlich entwärmt werden, die genaue Durchflussmenge kenn ich im Moment aber noch nicht. der Icke
So, jetzt hab ich auch meinen Denkfehler gefunden:
> "konzentrische Kühlrippen"
Die Kühlrippen sollen radial angeordnet sein, nicht konzentrisch. Die
konzentrische Anordnung ließe sich im 2D natürlich sehr wohl als
Rotationskörper beschreiben...
Gibts es ansonsten noch Ideen und Hinweise, die mir weiterhelfen
könnten?
Danke, der Icke
@ Reiner S. (chickstermi) Benutzerseite >bei Maxwell 2D bbin ich eher skeptisch, da meines Wissens damit >Rotationskörper beschrieben werden können, was sich aber mit >"konzentrische Kühlrippen" nicht vereinbaren lässt (sofern ich jetzt >nicht einem massiven Denkfehler zum Opfer fall). Doch, das geht schon. Ist ja schliesslich echt rotationssymetrisch. Was man nicht (einfach) simulieren könnte wären radiale Kühlrippen >umzusetzen. Ich verwende keinen klassischen MosFET meiner Wahl sondern >drei parallel auf ein DCB gebondete Dies. Den Rth davon kenne ich >ausreichend genau. Na dann nimm einen MOSFET mit bekanntem R_JC, den kann man dann rausrechnen. MFG Falk
> Doch, das geht schon. Ist ja schliesslich echt rotationssymetrisch. > Was man nicht (einfach) simulieren könnte wären radiale Kühlrippen Hatte ich in dem Beitrag davor schon geschrieben, die Kühlrippen liegen radial. Ich hatte mich da vorher vertan... Mein Hauptgrund für eine Simulation ist definitiv der Kostenfaktor. Einen solchen KK fräsen/erodieren zu lassen ist nicht gerade günstig, nur um eine grobe Abschätzung der Machbarkeit zu erhalten... Gruß
Wie gesagt mit Ansys Multiphysics ist soetwas möglich, auch mit Materialgradienten, Strömung, Abstrahlung. Mit der Multiphysics Version kann man auch Magnetfelder, deren Kraftwirkung, elektrische Feldstärken, Wärme, Mechanik simulieren. Wir verwenden ub ein und dieselbe Software für Wärveberechnungen, Kraftwirkung auf Stromschienen im Kurzschluss, elektrische Feldverteilung. Es wäre unmögliche jede Kunstruktion aufzubauen, in Klimaschrank zu werfen, 20kA durzujagen, den wenn sich was verbiegt, wegschmilzet ists für die Tonne. Soll nur zeigen was damit möglich ist, Feld eines KK auf Potential kann auch sehr interessant sein. Nur einen kompletten Umrichter in allen diesen Bereichen durzusimmulieren macht jemand mit 15 Jahren Erfahrung in FEM Simulationen. Das dauert dann aber auch nicht so lange da man das Rad nicht immer neu Erfinden muss (Libarys). Prototypen Bau ist da unmöglich, für einen geschossen IGBT kann derjendige vl schon mal 2 Tage simulieren. Aber einen einzelnen KK desen Quellen man kennt ist auch für Anfänger möglich. Das Wesen der FEM sollte mal aber mal verstehen. Jedenfalls musst du schon damit rechen dich 1-2 Wochen hinzusetzen und Tutorials durcharbeiten, etc. Hauptsächlich tippt man in der Komandozeile und schreibt Skripte. Denn die Mechanik des KK ist das geringste Problem. http://www.mece.ualberta.ca/tutorials/ansys/IT/Convection/Convection.html MFG
> Jedenfalls musst du schon damit rechen dich 1-2 Wochen hinzusetzen und > Tutorials durcharbeiten, etc. Hauptsächlich tippt man in der > Komandozeile und schreibt Skripte. Denn die Mechanik des KK ist das > geringste Problem. Die Zeit bin ich durchaus bereit zu opfern, einfach deshalb, weil mich das Thema privat auch interessiert. Ich bin ja schließlich nicht Entwickler für Leistungselektronik geworden weil ich mich privat für Mode und Lifestyle begeistere, sondern eben für Technik und Elektronik. Und da lernt man gern dazu...^^ Also dann nochmal Danke an alle für die Hilfe, der Icke
Fralla schrieb: > Wie gesagt mit Ansys Multiphysics ist soetwas möglich, ... Und woher, wenn nicht teuer kaufen? Für diese eine Berechnung ist das sicherlich etwas kostspielig für eine Privatperson(?). Ich persönlich kann ebenfalls FEMM empfehlen, obwohl ich damit bis jetzt nur Magnetfelder berechnet habe...
Widerstand drauf, Kühlkörper damit beheizen, nachmessen?
> Widerstand drauf, Kühlkörper damit beheizen, nachmessen?
Wie ich oben bereits beschrieben habe existiert der Kühlkörper bisher
nur im PC. Die Fertigung ist alles andere als kostengünstig, deshalb
vorher die Idee mit der Simulation/Berechnung...
>Und woher, wenn nicht teuer kaufen?
Wenns nur für privat ist muss man es ja nicht kaufen... Wenns nur zum
privaten experimentiren ist, störts niemanden. Möchte jetzt nimmanden
anstiften..
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