CN108766944A - 一种软启动用晶闸管散热器及其表面加工方法 - Google Patents

一种软启动用晶闸管散热器及其表面加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种软启动用晶闸管散热器及其表面加工方法,其结构包括散热器与晶闸管接触面、散热器安装孔、晶闸管门极安装孔和散热片。所述的散热器与晶闸管接触面为波纹状表面，与晶闸管端面电极采用压力嵌入式方法安装，晶闸管产生的热量通过电极传递到上述接触面，最终传递到周围空气中。上述的波纹状接触面加工装置包括：刀具、刀盘和刀盘转轴，刀具为角度为60°的三角形刀具，其刀尖R角小于0.3mm；刀具安装在刀盘上，其径向位置和垂直高度均可调节，且可随刀盘一起绕刀盘转轴转动。本发明具有接触面积大、能够减少接触面蠕动导致的接触热阻增加、提高散热效率和晶闸管使用寿命的优点。

Description

一种软启动用晶闸管散热器及其表面加工方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及软启动晶闸管散热器技术。
背景技术
软启动技术是串联于电源与被控电机之间、实现被控电机电压由零逐渐增大到额定电压过程的重要技术，能够保护电机免受突然启动中冲击电流和冲击转矩对其造成的伤害而平滑启动，延长电机的使用寿命。大功率晶闸管作为调压器，连接在电源与电机定子之间，是软启动技术中的核心器件。电机软启动时，晶闸管输出电压逐渐增加，电机转速逐渐增加，直到晶闸管全部导通，电机在额定电压下工作；电机软停车时，晶闸管输出电压逐渐减小，电机转速也逐渐减小直到完全停机。因此，软启动技术中对大功率晶闸管的耐压性能有较高要求，而由于单个晶闸管的耐压能力往往不够，所以必须由多个晶闸管串联进行分压。由于制造误差等原因，不同晶闸管的性能参数之间难免存在些许差异，这会导致晶闸管的导通角与实际导通时间不一样，从而导致晶闸管的损坏。因此在选配晶闸管时，必须保证每个相邻的晶闸管参数尽可能的一致。
同时，晶闸管工作过程中产生的大量热量需要配备散热器将这些热量带走，散热器与晶闸管之间采用层叠的安装关系。为保证不同晶闸管间参数仅可能一致，各个散热器之间的性能差异也应越小越好。因此，晶闸管散热器在加工制造过程中必须保持高度的稳定性，进而保证产品性能的良好一致性。传统的晶闸管散热器与晶闸管之间采用平面接触的方式，这种接触方式具有结构简单、便于加工的优点，但是由于散热器在高温和低温的反复循环环境中长期工作，散热器和晶闸管电极之间的接触面会产生蠕动，久而久之散热器和晶闸管电极之间会形成非常大的热阻，散热效果大大降低，进而导致晶闸管寿命降低。因此，解决散热器与晶闸管电极接触面表面蠕动效应，提出一种稳定高效的晶闸管散热技术尤为重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对传统平面式的晶闸管与散热器接触面设计中存在的蠕动效应、接触热阻较高、散热效率不高、性能不稳定等问题，提出一种稳定高效的晶闸管散热技术。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为:一种软启动用晶闸管散热器,其结构包括散热器与晶闸管接触面、散热器安装孔、晶闸管门极安装孔和散热片，晶闸管端面电极两侧分别安装一个散热器，两散热器通过散热器安装孔和绝缘螺杆连接，并将晶闸管夹在两散热器之间，晶闸管门极安装在散热器门极安装孔中。所述的散热器与晶闸管接触面为波纹状表面，与晶闸管端面电极采用压力嵌入式方法安装，晶闸管产生的热量通过电极传递到上述接触面，最终传递到周围空气中。
所述的波纹状散热器与晶闸管接触面能够减少蠕动效应导致的接触热阻增加，提高散热效率。
所述的波纹状散热器与晶闸管接触面具有一系列同心的、等间距分布、宽度相同的凹圆环，两相邻圆环相交处形成一系列对应的同心的、等间距分布的尖锋。
优选的，所述的圆环深度h范围为0.03～0.04mm；每个圆环的最大宽度λ和两个相邻尖锋之间的间距ΔR满足：λ＝ΔR，其范围为0.35～0.55mm；最小的圆环内径，即第一个尖锋直径R1的范围为0～0.2mm。
本发明还提供了一种所述的波纹状接触面加工方法，其加工装置结构包括：刀具、刀盘和刀盘转轴；所述的波纹面加工刀具为角度为60°的三角形刀具，其刀尖R角小于0.3mm；上述的刀具安装在刀盘上，随刀盘一起绕刀盘转轴转动。
所述的刀具能够在刀盘上滑动，刀具与刀盘转轴的径向距离以及刀具的高度均可以调节；上述刀具在刀盘上沿径向运动的范围大于加工表面的尺寸，即上述散热器与晶闸管接触面的尺寸。
所述的波纹状接触面的加工方法包括：
1)将原始的接触面为平面的晶闸管散热器用夹具固定在波纹面加工装置上，调节散热器位置，使散热器接触面侧边中点在刀盘转轴中心线上；
2)将刀具调节到设计的第一个圆环所在位置正上方，优选的，刀盘转速n范围为1000～2000r/min，刀具单次垂直向下进给量Δh范围为0.05～0.1mm，总进给量等于设计的圆环深度。
3)优选的，设置刀具沿径向进给量F范围为300～500mm/min，第一个圆环加工完成后，将刀具沿径向平移到第二个圆环所在位置正上方，设置同步骤2)相同；
4)重复步骤3)，直至刀具行径工件中心停止；
5)检查波纹面粗糙度Rz是否处在30～40μm指标范围内。若是，则完成波纹面加工；若否，则进行检修，直至所有波纹面满足要求。
上述的波纹状接触面的加工方法和参数设置适用于数控加工和手动加工。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明中的晶闸管散热器与晶闸管电极接触面结构，用波纹面代替平面，并采用压力嵌入式方法将晶闸管散热器表面与晶闸管电极安装，能够增大散热器与晶闸管电极的接触面积，提高散热效率。
2.本发明中波纹状接触面在长期的高低温循环作用下，其冷胀热缩的变形能够被有效释放，减少接触面上的蠕动效应以及由此产生的接触热阻，对散热效果也十分有利。
3.本发明中波纹状接触面的加工方法适用性非常广，成本较低，操作简单。
附图说明
图1是本发明中晶闸管散热器安装示意图，其中1为晶闸管、2为晶闸管散热器、2.1为散热器与晶闸管接触面、2.2为散热器安装孔、2.3为晶闸管门极安装孔、2.4为散热片；
图2是本发明晶闸管散热器结构示意图；
图3是本发明晶闸管散热器侧视图；
图4是本发明晶闸管散热器俯视图；
图5是本发明晶闸管散热器表面加工方法示意图，其中3为刀具、4为刀盘、5为刀盘转轴。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1-4所示，本发明提出的一种软启动用晶闸管散热器及其表面加工方法，所采取的具体技术方案为：
一种软启动用晶闸管散热器，其结构包括散热器与晶闸管接触面2.1、散热器安装孔2.2、晶闸管门极安装孔2.3和散热片2.4，如图2所示。所述的接触面2.1为散热器2与晶闸管1电极端面直接接触的波纹状表面。晶闸管1两侧端面为晶闸管的两个电极：阳极和阴极。在晶闸管两侧端面分别安装一个上述的散热器2，两个散热器2通过所述的散热器安装孔2.2和绝缘螺杆连接在一起，并将晶闸管1夹在上述两个散热器2中间，如图1所示。晶闸管1的门极安装在所述的晶闸管门极安装孔内。晶闸管1工作过程中产生的热量通过两侧电极传递给接触面2.1，并最终通过散热片2.4传递到周围空气中。
通过压力嵌入式的方法将上述的散热器与晶闸管接触面2.1与晶闸管1端面电极安装在一起。上述的波纹状接触面2.1与晶闸管1端面电极接触面积较大，散热效果较好。同时，上述的波纹状接触面2.1在长期的高低温循环作用下，其冷胀热缩的变形能够被有效释放，减少接触面2.1上的蠕动效应以及由此产生的接触热阻，对散热效果也十分有利。
所述的波纹状接触面2.1具有一系列同心的、等间距分布的宽度相同的凹圆环，两相邻圆环相交处形成一系列对应的同心的、等间距分布的尖锋。圆环和尖锋的圆心均位于接触面2.1侧边中点O处，如图3-4所示。圆环截面为上宽下窄的结构，圆环深度h＝0.4mm，圆环最大宽度λ和两个相邻尖锋的间距ΔR满足：λ＝ΔR＝0.45mm。第一个圆环内径，即第一个尖锋直径R1＝0mm。
本发明还提供一种所述的波纹状接触面2.1的加工方法。上述的波纹状接触面2.1的加工装置包括：刀具3、刀盘4和刀盘转轴5。所述的波纹面加工刀具3为角度为60°的三角形刀具，其刀尖R角小于0.3mm。上述的刀具3安装在刀盘4上，随刀盘4一起绕刀盘转轴5转动，如图5所示。所述的刀具3能够在刀盘4上滑动，刀具3与刀盘转轴5的径向距离以及刀具3的高度均可以调节。上述的刀具3在刀盘4上沿径向运动的范围大于加工表面的尺寸，即散热器与晶闸管接触面2.1的尺寸。
以手动加工为例，所述的波纹状接触面2.1的加工方法包括：
1)将原始的接触面为平面的晶闸管散热器用夹具固定在波纹面加工装置上，调节散热器位置，使散热器接触面侧边中点在刀盘转轴中心线上；
2)将刀具调节到设计的第一个圆环所在位置正上方，设置刀盘转速n＝1500r/min，其单次垂直向下进给量Δh＝0.1mm，总进给量h＝0.4mm。
3)设置刀具沿径向进给量F＝400mm/min，第一个圆环加工完成后，将刀具沿径向平移到第二个圆环所在位置正上方，设置同步骤2)相同；
4)重复步骤3)，直至所有圆环加工完成；
5)检查波纹面粗糙度Rz是否处在30～40μm指标范围内。若是，则完成波纹面加工；若否，则进行检修，直至所有波纹面满足要求。
以上加工方法同样适用于数控加工，散热器加工表面在夹具上的定位方法相同，仅需在加工开始前设置好刀具的单次垂直向下进给量、总垂直向下进给量、刀具转速和径向进给速度等信息即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,本领域技术人员知悉,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外,在本发明的教导下,可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此,本发明不受此处所公开的具体实施例的限制,所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种软启动用晶闸管散热器,其结构包括散热器与晶闸管接触面、散热器安装孔、晶闸管门极安装孔和散热片，晶闸管端面电极两侧分别安装一个散热器，两散热器通过散热器安装孔和绝缘螺杆连接，并将晶闸管夹在两散热器之间，晶闸管门极安装在散热器门极安装孔中，其特征在于:所述的散热器与晶闸管接触面为波纹状表面，与晶闸管端面电极采用压力嵌入式方法安装，晶闸管产生的热量通过电极传递到上述接触面，最终传递到周围空气中。
2.根据权利要求1所述的一种软启动用晶闸管散热器，其特征在于：所述的波纹状散热器与晶闸管接触面具有一系列同心的、等间距分布、宽度相同的凹圆环，两相邻圆环相交处形成一系列对应的同心的、等间距分布的尖锋。
3.根据权利要求2所述的一种弹性压接式IGBT陶瓷管壳，其特征在于：所述分立式发射极台架(4)为圆柱形状，便于加工和导向。
4.根据权利要求3所述的一种软启动用晶闸管散热器，其特征在于：所述的圆环深度h优选范围为0.03-0.04mm；每个圆环的最大宽度λ和两个相邻尖锋之间的间距ΔR满足：λ＝ΔR，其优选范围为0.35～0.55mm；最小的圆环内径，即第一个尖锋直径R1的优选范围为0～0.2mm。
5.根据权利要求3所述的一种软启动用晶闸管散热器，其特征在于：上述的波纹状接触面加工装置包括：刀具、刀盘和刀盘转轴；所述的波纹面加工刀具为角度为60°的三角形刀具，其刀尖R角小于0.3mm；上述的刀具安装在刀盘上，随刀盘一起绕刀盘转轴转动。
6.根据权利要求5所述的一种软启动用晶闸管散热器，其特征在于：所述的刀具能够在刀盘上滑动，刀具与刀盘转轴的径向距离以及刀具的高度均可以调节；上述刀具在刀盘上沿径向运动的范围大于加工表面的尺寸，即上述散热器与晶闸管接触面的尺寸。
7.一种如权利要求5所述的软启动用晶闸管散热器表面加工方法，其特征在于：所述的波纹状接触面的加工方法包括：
1)将原始的接触面为平面的晶闸管散热器用夹具固定在波纹面加工装置上，调节散热器位置，使散热器接触面侧边中点在刀盘转轴中心线上；
2)将刀具调节到设计的第一个圆环所在位置正上方，设置刀盘转速n优选范围为1000～2000r/min，刀具单次垂直向下进给量Δh优选范围为0.05～0.1mm，总进给量等于设计的圆环深度；
3)设置刀具沿径向进给量F优选范围为300～500mm/min，第一个圆环加工完成后，将刀具沿径向平移到第二个圆环所在位置正上方，设置同步骤2)相同；
4)重复步骤3)，直至刀具行径工件中心停止；
5)检查波纹面粗糙度Rz是否处在30～40μm指标范围内。若是，则完成波纹面加工；若否，则进行检修，直至所有波纹面满足要求。
8.根据权利要求7所述的软启动用晶闸管散热器表面加工方法，其特征在于：所述的波纹状接触面的加工方法和参数设置适用于数控加工和手动加工。
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