DIN43671-1975提供了涂漆銅排(Painted)和裸銅排(Bare)的載流量。例如銅排規(guī)格100×10,涂漆銅排的載流量為1810A,而裸銅排載流量為1490A,比涂漆銅排低了17.6%。
有讀者提出質(zhì)疑,認(rèn)為銅排“涂漆”是一種落后工藝,現(xiàn)在銅排都用鍍銀、鍍錫、鍍鎳等工藝,其實(shí)這些表面處理方式的作用完全不一樣。
銅排搭接面鍍銀、鍍錫、鍍鎳等表面處理方式,是降低搭接面接觸電阻和保持長(zhǎng)期穩(wěn)定的低電阻狀態(tài),而銅排“涂漆”相對(duì)于裸銅排,其表面粗糙度不一樣,有利于提高輻射散熱的發(fā)射率,進(jìn)而提高了銅排的允許載流量。
另一個(gè)疑問,銅排表面“涂漆”為何會(huì)提高銅排的載流能力呢?
我們知道導(dǎo)體的散熱有三種方式:熱傳導(dǎo)、對(duì)流以及輻射。熱傳導(dǎo)就是高溫通過導(dǎo)體傳導(dǎo)至低溫側(cè),最終實(shí)現(xiàn)溫度平衡,對(duì)流是通過空氣流動(dòng)帶走熱量,熱輻射是通過電磁波傳播能量。
銅排表面涂漆對(duì)熱傳導(dǎo)和對(duì)流散熱影響不大,但是對(duì)于熱輻射散熱有一定幫助。根據(jù)斯忒潘-玻爾茲曼定律,物體單位面積的輻射功率為:
其中σ為斯忒潘-玻爾茲曼常數(shù),T2為發(fā)熱體表面溫度,T1為接受輻射物體表面的溫度,εf為發(fā)射率。發(fā)射率εf與發(fā)熱體表面狀況及顏色有關(guān)。對(duì)于絕對(duì)黑體,它的輻射和吸收能力最強(qiáng)εf=1,對(duì)于一般物體εf在0到1之間。
經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,黑色磁漆的發(fā)散率為0.95,氧化了的銅的發(fā)散率為0.5~0.6,拋光的紫銅發(fā)散率為0.15,見下表。
DIN43671-1975中涂漆銅排的發(fā)散率基于0.9,而裸銅排的發(fā)散率是基于0.4。
我們計(jì)算銅排載流量時(shí),其理論基礎(chǔ)就是牛頓公式。在正常運(yùn)行情況下,當(dāng)發(fā)熱與散熱達(dá)到平衡時(shí),滿足牛頓公式:,I為額定電流,R是母線電阻,A是母線散熱表面積(cm2),ΔT是溫升,即母線表面溫度與環(huán)境溫度之差:TC-T0,Kt是綜合散熱系數(shù)(瓦/cm2度),它表明母線的散熱能力,與母線材料的表面狀況和所處環(huán)境有關(guān)。
對(duì)于某特定規(guī)格的銅排,電阻、表面散熱面積、綜合散熱系數(shù)都是固定的,所以銅排載流量就只和銅排溫升有關(guān)系。
昌暉儀表以DIN43671-1975中的K2系數(shù)表為例,在系數(shù)為1的位置做一條水平線,你會(huì)發(fā)現(xiàn)只要環(huán)境溫度與母排溫度差值等于30K,銅排的載流量就和環(huán)溫35℃、母排溫度65℃的載流量相等,即此時(shí)銅排載流只與銅排溫升相關(guān)。
如果綜合散熱系數(shù)Kt發(fā)生變化呢,那么銅排載流量會(huì)怎么樣呢?
根據(jù)相似理論求得的導(dǎo)體綜合散熱系數(shù)計(jì)算公式可以看出,熱輻射散熱的發(fā)射率εf會(huì)影響表面散熱系數(shù)Kt。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,復(fù)以絕緣漆的銅表面綜合散熱系數(shù)Kt為10~14,而紫銅扁平母線的綜合散熱系數(shù)Kt為6~9,系數(shù)比率相差10%~40%。
根據(jù)牛頓公式,對(duì)于某特定規(guī)格的銅排,當(dāng)電阻、表面散熱面積、溫升不變時(shí),銅排載流量與綜合散熱系數(shù)成正比,系數(shù)高則載流量高。涂漆銅排的熱輻射散熱發(fā)射率高于裸銅排,所以綜合散熱系數(shù)大,所以涂漆銅排比裸銅排載流量高。
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