电性源发射机产热分析及散热设计

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1、电性源发射机产热分析及散热设计LossCalculationandAir-coolThermalDissipationDesignofElectric-SourceTransmitter作者姓名：范鹏专业名称：电力电子与电力传动指导教师：周逢道教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年06月01日内容提要可控源电磁探测方法需要大功率发射系统作为人工场源，针对发射系统产生的高达千瓦的损耗进行研究，对发射系统进行合理的损耗分析和散热设计，以保证发射系统长时间稳定工作。本文根据电性源发射系统的技术指标，对构成发射系统的直流电源、

2、稳流电路、输出桥路进行了全面的损耗计算，并对对散热系统进行了理论分析及实例设计，包括散热器热阻模型的建立、风冷散热设计，以保证发射系统在高电压、大电流条件下长时间稳定工作。I摘要电性源发射机产热分析及散热设计目前，我国每年增速超过百分之八的国内生产总值，导致了矿产资源的过度开采，矿山危机问题日益严重，因此对矿产的勘查逐渐向深部探矿倾斜。针对深部矿产资源勘查，可控源音频大地电磁法因信号强度大，抗干扰能力强等优点，得到了长足的发展和广泛的应用。此方法需要大功率发射系统作为人工场源。开关电源具有效率高、体积小、功率密度大等优点，

3、是大功率发射系统的重要组成部分。在电路设计中，拓扑结构的确定意味着器件工作状态也被确定。本文采用桥路级联的结构，简化散热系统设计的难度；依托JLEM-II多功能电磁法发射系统，针对电力电子器件的热损耗，进行详细的分析与计算，对不同耐压等级、不同工作状态下的器件进行损耗分析，对开关管和二极管进行损耗计算，并根据损耗计算的结果，对功率器件进行了合理的布局。在大功率开关电源中，效率一般超过90%，输出20kW功率时，损耗可达1kW以上，自然对流换热难以实现，还需要进行散热系统设计。针对野外应用场合，采用风冷散热设计方案。根据传热

4、基本定律，归纳得到散热器热阻串并联模型；针对计算对流传热系数所需的怒塞尔数，在总结前人研究成果的基础上，简化怒塞尔数联合表达式；并通过对散热器引起的风压降进行计算，结合风机工作曲线，对风机进行合理选择与串并联使用。作为系统设计的重要组成部分，本文对发射系统进行风冷散热实例设计，并根据设计过程，归纳得到风冷散热设计的一般流程。本文对设计完成的发射系统进行效率、波形、温升、稳定性等测试。效率测试表明仪器效率的误差不超过2个百分点；波形测试表明不同的工作状态对器件开关情况有较大影响，和损耗直接相关；温升测试表明散热器温升不超过2

5、5°C，器件结温不超过设定值；稳定性测试表明，对发射系统进行的损耗计算和散热设计合理有效，仪器可长时间稳定工作。II最后，本文针对现有技术的不足，提出了下一步的改进计划。关键词：电磁探测，电性源发射系统，开关电源，损耗计算，风冷散热设计IIIAbstractLossCalculationandAir-coolThermalDissipationDesignofElectric-SourceTransmitterAtpresent,morethan8%growthrateofGDPleadstooverexploitatio

6、nofmineralresources,whichmakesminecrisisisincreasinglyserious.Hence,theexplorationformineralisgraduallyskewedtowardsdeepexploration.Forthedeepmineralresourcesexploration,ControlledSourceAudio-frequencyMagneto-Telluricmethodhasmanyadvantages,suchassignalstrength,an

7、ti-interferenceability,andobtainedrapiddevelopmentandwideapplication.However,high-powertransmittersystemisrequiredinCSAMTmethodastheartificialfieldsource.Switchingpowersupplywiththeadvantagesofhighefficiency,smallvolume,highpowerdensity,isanessentialelementofhigh-

8、powertransmitter.Intheprocessofcircuitdesign,topologydeterminationmeansworkstatusofdevicesisalsodetermined.Andcoolingthermaldissipationdesignissimplifie