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能源研究与信息 第17 卷 第3 期 Energy Research and Information Vol. 17 No. 3 2001 文章编号 1008-8857 (2001)03-0178-09 大功率晶闸管的冷却技术 蔡 静 曹惠玲 孙会来 (河北工业大学 天津 300130) 摘 要 简要介绍了晶闸管各种冷却方式的特点、原理及其发展现状。认为浸泡式蒸 发冷却具有不可比拟的优越性和很好的发展前途。由于浸泡式蒸发冷却采用完全密闭 形式，导致系统内部压力在真空到0.3 MPa 之间波动。而大型冷却容器作为压力容器 受到法律限制，因此严重影响了它的发展。鉴于此，提出了恒压浸泡式蒸发冷却系统， 并对其特点及原理做了简单分析。 关键词 晶闸管;冷却方式;蒸发冷却 中图法分类号 TK172 文献标识码 A 1 晶闸管冷却技术的发展现状 随着电力系统容量的增大，元件功率密度不断增大，晶闸管的功率损耗亦不断增大， 从而必须采用更为有效的冷却技术。目前，晶闸管的冷却方式主要有自冷、风冷、液冷 (包括水冷和油冷）、相变冷却等。 1.1 自冷 自冷是通过空气自然对流及辐射作用将热量带走的散热方式。这种方式散热效果很 差，但结构简单、维护方便、噪音小，适用于额定电流较小的器件或简单装置中的较大 电流器件。 1.2 风冷 风冷散热器主要应用于额定电流值在50 A~500 A 的器件，它的冷却能力是自冷散 热方式的2 倍~4 倍。在风冷装置内部的冷却风速通常小于额定风速6 m/s 。强制风冷是 目前国内功率为数百到数千瓦的电力电子装置普遍采用的散热方式。 国内外学者对风冷进行了深入细致的研究，主要有以下几个方面。 (1)风道设计 对于强制风冷而言，降低热阻、提高对流换热的途径有：① 加大散热器尺寸或增 加散热器翅片的数量，以增大散热器的散热面积；② 采用尺寸更大或转速更高的风机， 提高空气流动速度，以增大换热系数；③ 在流场中引入紊流，增加局部对流，以增大 换热系数。 收稿日期：200 1-04-20 作者简介：蔡 静(1976-)，女，河北工业大学热能动力系研究生，研究方向为强化传热与节能。 第3 期 蔡 静等：大功率晶闸管的冷却技术 179 但是，散热面积不可能无限制的增加，它受到装置体积和重量及散热器效率等方面 的限制。第二种方案固然可行，但会增加成本，而且会带来寿命降低和噪音增大的问题。 因此，第三种方案最具发展前途。它是通过改善风道而实现的。最具代表性的两种如图1 [1] 所示。这可以通过在风道中加入各种阻挡物实现，实验表明 ，这两种风道设计可以将散 热器到环境的热阻减少10%~20% ，使散热器的温升降低5℃~8℃(原温升为30℃~60℃)。 图1 两种不同的散热系统 Fig. 1 Two different cooling systems (2)利用晶闸管阴阳极侧结壳热阻的差异，采取不同的材质和冷却方式 晶闸管阳极结壳热阻大于阴极结壳热阻，考虑阳极侧采用导热系数较高的铜型材 -2 -1 -2 -1 (l=398 W·m ·℃ )散热器，而阴极侧采用铝型材(l=236 W·m ·℃ )散热器，从而既提高 了效率又优化了结构。实验表明，这种散热器结构及冷却条件完全满足地铁机车运行工 [2] 况下GTO 组件的冷却要求。这种散热器已安装在北京地铁上运行几万km，状况良好 。 风冷散热虽在我国应用最为广泛，