大功率晶闸管高效自冷热管散热器的散热性能试验 - 文章

大功率晶闸管高效自冷热管散热器的散热性能试验

作者：荣信电力电子隋松

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摘要：新型热管散热器与传统热管散热器相比较。其性能试验表明这种散热器的热阻为0.064℃/W，主要性能指标优于国内外同类热管散热器，使自冷散热能力已达到较高的水平，对该技术在我国的推广应用有很大的促进作用。
关键字：水平放置；间距增大；压浪；自冷；

前言

晶闸管自冷热管散热器是近几十年才发展起来，在电力电子设备中应用的一种先进的高效散热器件。众多学者为了推进这一先进技术的实际应用，设计研制出各种结构的自冷热管散热器，在工程中也广泛应用，通电800A以下的晶闸管采用自冷热管散热器已有十几年之久，所用热管散热器的热阻较高，无法应用在800A以上的晶闸管散热当中。传统的热管散热器重量较大，再加上该散热器采用的是价格较昂贵的铜材和铝材，使得散热器的成本较高。随着电力电子设备不断向轻巧、便捷方向发展，要求设备重量轻、体积小。欲以这种自冷散热器取代原有形式的散热器，从而降低了成本。因此，改善现有热管散热器的结构，研制出一种高性能热管散热器具有重要的意义。

1、新型热管散热器的结构

1.1、晶闸管用自冷热管散热器的设计条件

额定电流为1000A，晶闸管管芯最高允许温度120℃，最高环境温度Ta=40℃，散热器台面温度为Tr=85℃，散热器与晶闸管压接面直径为63㎜。

散热器的散热功率P=700W。

散热器热阻Rx按下式计算：

Rx=（Tr-Ta）/P=0.064℃/W。

1.2、热管散热器的结构

1.2.1增大散热片间距

将散热片间距增大到16㎜，增大空气流通，以降低热管散热器的热阻。

1.2.2散热片水平放置

强化传热要从热阻大的环节入手的原则，将散热器水平放置，空气能够竖直流通。

1.2.3散热片压浪

为了提高空气与散热片的接触面积，在散热片上压浪（如图1所示），从而提高了散热能力，降低热管散热器的热阻。

根据上述条件，设计并研制出了这种高性能的自冷热管散热器。

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图1：新型热管散热器散热片

2 自冷热管散热器的性能试验

为检验所设计研制的散热器的性能，对散热器进行了性能测试。

另外还制作了一个外形尺寸基本相同倾斜5.75°放置、散热片没压浪、散热片间距为8㎜的热管散热器即传统散热器，以便进行比较。单侧散热器是由9支φ16㎜热管排布而成。散热器外形如图2所示。

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图2：新型热管散热器测试图

采用晶闸管给散热器加热。加热系统由稳压器、调压器和晶闸管组成。测试仪器由测温表、电流表和电压表组成，测温表的热电偶是由直径为0.26㎜的铜丝制成。

散热器测温参考点的位置：

位置1：前面第二片散热片的中间，距离散热片上檐2㎝处。
位置2：后面第二片散热片的中间，距离散热片上檐2㎝处。
位置3：晶闸管阴极管壳。

测试时间：通电40分钟。
测试装置：导电排、隔板、塑料支架等。
环境温度：17℃。
测试电流：1000A。
安装方式：双面。
冷却形式：自冷。

3 测试结果对比

在测试条件完全相同的情况下对二种散热器进行测试。

测试点散热器	测试点1	测试点2	测试点3	温升
新型热管散热器	39.8℃	43.4℃	55.4℃	38.4℃
传统热管散热器	38.1℃	41.9℃	60.3℃	43.3℃
注:以通电40分钟,晶闸管阴极管壳温升≤40℃为合格

4 节约材料

现如今能源、矿产极为短缺，节约材料成为当今头等大事。新型热管散热器比传统热管散热器节约铝板约40％。其效果还优于传统的热管散热器。

参考文献：
[1] 刘鉴民编著.传热传质原理及其在电力科技中的应用分析：第一版.北京.中国电力出版社。
[2] 庄俊、张红编著.热管技术及其工程应用：第一版.北京.化学工业出版社工业装备与信息工程出版中心。
[3]（日）池田义雄等编著，商改宋，李鹏龄译.实用热管技术：第一版.北京.化学工业出版社。
[4] (苏) 伊凡诺夫斯基( Ivanovskii,M. N.) 等编著.热管的物理原理：第一版.北京.中国石化出版社。
[5] (美) 纪(Chi,S.W.)编著.热管理论与实用：第一版.北京.科学出版社。

作者简介：
隋松（1982－），男，辽宁鞍山人，本科学历，主要从事热管散热器的设计与研发（E-mail:ss820318@163.com）。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/24/2009)


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