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低气压环境下的电子元器件可靠性解析

发布时间:2022-02-21 发布时间:
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  一、低气压环境

  在地球引力作用下,空气依附在地球周围,形成大气层,大气层从地面一直向上延伸到数百公里高空。地球的引力使空气具有一定重量形成大气压力,在某高度上的大气压力,是该点以上垂直于地面的单位面积上整个空气柱的重量。大气压是各向同性的,即在某一点上,不管在哪个方向上测量大气压都是相等的。大气压力的大小主要取决于海拔高度,随高度的增加,大气压力逐渐降低,大气逐渐变得稀薄。高度接近于5.5km处,大气压力降低到大约海平面标准大气压值的一半;接近16km处的大气压力为标准海平面值的1/10;在接近31km处的大气压力为海平面标准大气压值的1/100.大气压力的降低,必然对高海拔地区使用的电工电子产品产生影响。我国约有50%的地球表面积高于海平面1000m,约有25%的面积高于海平面2000m.压力梯度越大,压力改变得越快,元器件损坏的机会就越多。

  二、低气压环境对电子元器件的影响

  1.对散热产品影响

  电工电子产品中有相当一部分是散热产品,如电机、变压器等,这些产品在使用中要消耗一部分电能,使其变成热能,使产品温度升高。散热产品的温升随大气压的降低而增加。表1列出了小型三向异步电动机温升随海拔高度的变化。

  由表1可以看出:散热产品的温升随海拔高度的增加(大气压力的降低)而增加。

  温升与海拔高度大致成线性关系,如图1所示。其斜率取决于本身结构、散热情况、环境温度等因素。

  散热产品的热耗散可以分成3种形式:

  传导、对流和辐射。大量散热产品的散热主要依靠对流,即依靠产品周围的空气流动来散热,对流散热一般又可分为强迫通风散热和自然对流散热。自然对流散热是依靠产品发热产生的温度场,造成产品周围空气的温度梯度,使空气流动散热。强迫通风散热是通过强制措施,迫使空气流过产品,带走产品产生的热量。对强迫对流散热来说,在体积流不变情况下,随高度增加,大气压将伴随着空气密度降低。空气密度降低将直接影响强迫对流散热的效果。这是由于强迫对流散热是依靠气体的流动带走热量的。一般电机用的冷却风扇,是保证流过电机的体积流量不变,当高度增加时,由于空气密度下降,即使体积流量不变,气流的质量流量将随之降低。


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