доктор технических наук, доцент, доцент кафедры теоретической и общей электротехники,
367026, г. Махачкала, пр. И.Шамиля,70
Dr. Sci. (Eng.), Assoc. Prof., Department of Theoretical and General Electrical Engineering,
70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026
соискатель кафедры теоретической и общей электротехники,
367026, г. Махачкала, пр. И.Шамиля,70
Applicant for the Department of Theoretical and General Electrical Engineering,
70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026
старший преподаватель кафедры электроэнергетики и возобновляемых источников энергии,
367026, г. Махачкала, пр. И.Шамиля,70
Senior Lecturer, Department of Electricity and Renewable Energy Sources,
70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026
Цель. Целью исследования является разработка расчетной модели термоэлектрической системы (ТЭС) для охлаждения дискретных полупроводниковых приборов (ДПП), реализованной в пакете прикладных программ Elcut, и проведение соответствующего численного эксперимента по ней.
Метод. Разработан новый тип системы охлаждения ДПП, в котором используется несколько секций ТЭМ, обеспечивающих теплосъем, как с нижней, так и с верхней поверхности тепловыделяющих элементов, что увеличивает поверхность теплообмена между источником холода и элементом РЭА и повышает эффективность теплосъема. Методом конечных элементов построена расчетная модель данной системы на основе решения задачи теплопроводности для многоэлементной конструкции сложной конфигурации, каждая составляющая которой характеризуется тепло- и электрофизическими параметрами.
Результат. Проведен численный эксперимент по расчетной модели. В результате него получены результаты численного эксперимента в виде трехмерной картины температурного поля системы ДПП - ТЭС при выходе ее на стационарный режим, а также графиков изменения во времени температуры в центре дискретных полупроводниковых приборов при различных величинах холодопроизводительности термоэлектрического модуля.
Вывод. В результате численного эксперимента установлено, что предложенная конструкция охлаждающей ТЭС в полной мере позволяет решить задачу обеспечения требуемого температурного режима ДПП в диапазоне его мощностей до 75 Вт. При этом использование секций термоэлектрических модулей из идентичных по своим геометрическим, электро- и теплофизическим характеристикам термоэлементов позволяет повысить технологичность создания устройства, а также обеспечить его работу в оптимальных токовых режимах.
Objective. The aim of the study is to develop a computational model of a thermoelectric system (TPS) for cooling discrete semiconductor devices (DSD), implemented in the Elcut application software package, and to conduct a corresponding numerical experiment on it.
Method. A new type of DPP cooling system has been developed, which uses several TEM sections that provide heat removal from both the lower and upper surfaces of the fuel elements, which increases the heat exchange surface between the cold source and the REE element and increases the heat removal efficiency. Using the finite element method, a computational model of this system is constructed based on the solution of the problem of thermal conductivity for a multi-element structure of a complex configuration, each component of which is characterized by thermal and electrical parameters.
Result. A numerical experiment was carried out using the calculation model. As a result of it, the results of a numerical experiment were obtained in the form of a three-dimensional picture of the temperature field of the DPP - TPP system when it reaches the stationary mode, as well as graphs of temperature changes over time in the center of discrete semiconductor devices at various values of the cooling capacity of the thermoelectric module (TEM).
Conclusion. As a result of the numerical experiment, it was found that the proposed design of the cooling TPP fully allows solving the problem of ensuring the required temperature regime of the DPP in the range of its power up to 75 W. At the same time, the use of sections of thermoelectric modules from thermoelements identical in their geometric, electrical and thermal characteristics makes it possible to increase the manufacturability of the device, as well as to ensure its operation in optimal current modes.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.