CN109192709A - 一种兼顾棒电阻散热的晶闸管散热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种兼顾棒电阻散热的晶闸管散热器，包括散热器本体、内部水道，以及棒电阻安装孔、进水口和出水口；棒电阻安装孔设置有多个；内部水道，包括两个结构相同的椭圆螺旋结构的水道，水道的长轴与棒电阻安装孔的轴向平行，水道的短轴与棒电阻安装孔的轴向垂直；两个椭圆螺旋结构的水道分别称为第一水道和第二水道，第一水道和第二水道分设在棒电阻安装孔的前后两侧；所述进水口与第一水道、第二水道的进水端连通，所述出水口与第一水道、第二水道的出水端连通。本发明的两个椭圆螺旋结构的水道整体呈椭圆螺旋分布，利用水道的长轴方向扩大对棒电阻发热区的覆盖，短轴方向有效覆盖晶闸管发热区，从而同时兼顾晶闸管和棒电阻的散热需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种兼顾棒电阻散热的晶闸管散热器，属于晶闸管散热技术领域。
背景技术
晶闸管换流阀是直流输电工程的核心设备。换流阀通常包括晶闸管、散热器、阻尼电阻、阻尼电容、阳极电抗器等。换流阀中包含多个大功率发热元器件，换流阀的稳定运行需要各电子元器件温度控制在一个安全的范围内，其中晶闸管为圆形盘面，压装在散热器表面，发热面为圆形。阻尼电阻常采用棒状电阻，多个棒电阻布置在散热器内部通孔中，散热面为长条形。常用的晶闸管散热器流道散热面近似圆形，不能有效覆盖棒电阻发热区，也不能兼顾到棒状电阻两端的散热，会导致该区域温度较高，影响换流阀的稳定运行。现有的一些应用在晶闸管散热器中的散热流道结构复杂，对钎焊工艺的要求很高，批量生产时产品一致性也很难控制，生产成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种兼顾棒电阻散热的晶闸管散热器，其能有效兼顾棒电阻两端的散热。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种兼顾棒电阻散热的晶闸管散热器，包括散热器本体、安装在散热器本体内的内部水道，以及设置在散热器本体上的棒电阻安装孔、进水口和出水口；
棒电阻安装孔设置有多个，并且相互平行排列，棒电阻安装孔用于安装棒电阻；
内部水道，包括两个结构相同的椭圆螺旋结构的水道，水道的长轴与棒电阻安装孔的轴向平行，水道的短轴与棒电阻安装孔的轴向垂直；两个椭圆螺旋结构的水道分别称为第一水道和第二水道，第一水道和第二水道分设在棒电阻安装孔的前后两侧；
所述进水口与第一水道、第二水道的进水端连通，所述出水口与第一水道、第二水道的出水端连通。
进一步，所述水道由两个椭圆螺旋水道交互叠加而成，并且，两个椭圆螺旋水道在水道中心A处连通，以使水流从一个椭圆螺旋水道旋入、再经另一个椭圆螺旋水道旋出。
进一步，所述第一水道和第二水道分设在棒电阻安装孔的前后两侧，以棒电阻安装孔为对称轴对称布设。
进一步，所述棒电阻安装孔设置有四个，相邻两个棒电阻安装孔的间距相等。
进一步，所述进水口连接一个分液装置，进水口通过该分液装置与第一水道、第二水道的进水端连接。
进一步，所述出水口连接一个分液装置，出水口通过该分液装置与第一水道、第二水道的出水端连接。
进一步，所述散热器本体的两侧对应内部水道的区域分别开有第一安装孔和第二安装孔，散热器本体的第一安装孔和第二安装孔分别安装有用于与晶闸管压接在一起的第一盖板和第二盖板，其中，第一盖板与第一安装孔通过钎焊连接为一体，第二盖板与第二安装孔通过钎焊连接为一体。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
1)本发明的两个椭圆螺旋结构的水道(包括第一水道和第二水道)分别位于棒电阻安装孔的前后两侧，水道整体呈椭圆螺旋分布，水道的长轴方向与棒电阻安装方向一致，短轴方向与棒电阻安装方向垂直，利用水道的长轴方向扩大对棒电阻发热区的覆盖，短轴方向有效覆盖晶闸管发热区，从而同时兼顾晶闸管和棒电阻的散热需求。而且，由于本发明的水道增加了对棒电阻轴向区域的覆盖，使棒电阻的两端也能够通过本发明的散热器进行散热，且散热效果良好。
2)水道由两个椭圆螺旋水道交互叠加而成，可以通过调整螺旋线控制方程很方便的调整椭圆散热区的长轴与短轴，从而适应不同尺寸的晶闸管和不同长度的棒电阻。
附图说明
图1为本发明的兼顾棒电阻散热的晶闸管散热器的整体结构示意图；
图2为本发明的兼顾棒电阻散热的晶闸管散热器的内部结构示意图；
图3为本发明的内部水道的水流方向示意图；
图4为本发明的第一盖板或第二盖板的结构示意图；
图5为本发明的散热器对棒电阻散热时所测得的棒电阻表面温度分布云图；
图6为现有的圆形流道散热器对棒电阻散热时所测得的棒电阻表面温度分布云图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
除非别作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。
如图1至4所示，一种兼顾棒电阻散热的晶闸管散热器，包括散热器本体5、安装在散热器本体5内的内部水道，以及设置在散热器本体5上的棒电阻安装孔8、进水口3和出水口4。
棒电阻安装孔8设置有多个，并且相互平行排列，棒电阻安装孔8用于安装棒电阻，棒电阻安装在棒电阻安装孔8上。本实施例中，以在散热器本体5上设置四个棒电阻安装孔8为例。但棒电阻安装孔8的数量不限于设置四个，还可以根据需要进行调整。作为一种优选方案，相邻两个棒电阻安装孔8的间距相等。
内部水道用于对晶闸管及棒电阻散热。考虑到现有技术中常用的晶闸管散热器流道的散热面均近似圆形，与晶闸管所在区域对应，不能有效覆盖棒电阻的发热区，使得棒电阻的两端温度较高。为了更好地对棒电阻的两端进行散热，本发明的内部水道除了覆盖晶闸管所在的区域，内部水道还向棒电阻轴向延伸。内部水道包括两个结构相同的椭圆螺旋结构的水道，水道的长轴与棒电阻安装孔8的轴向平行，水道的短轴与棒电阻安装孔8的轴向垂直。两个椭圆螺旋结构的水道分别称为第一水道1和第二水道2，第一水道1和第二水道2分设在棒电阻安装孔8的前后两侧。
进水口3连接在内部水道的一端，出水口4连接在内部水道的另一端，水流从进水口3注入内部水道，对内部水道所覆盖的区域进行水冷散热，再经出水口4流出。具体来说，所述进水口3与第一水道1、第二水道2的进水端连通，所述出水口4与第一水道1、第二水道2的出水端连通。
本发明的两个椭圆螺旋结构的水道(即第一水道1和第二水道2)分别位于棒电阻安装孔8的前后两侧，水道整体呈椭圆螺旋分布，水道的长轴方向与棒电阻安装方向一致，短轴方向与棒电阻安装方向垂直，利用水道的长轴方向扩大对棒电阻发热区的覆盖，短轴方向有效覆盖晶闸管发热区，从而同时兼顾晶闸管和棒电阻的散热需求。而且，由于本发明的水道增加了对棒电阻轴向区域的覆盖，使棒电阻的两端也能够通过本发明的散热器进行散热，且散热效果良好。
图2示出了由两个椭圆螺旋水道交叠形成一个完整水道的具体情况。作为一种优选方案，所述水道由两个椭圆螺旋水道11、12交互叠加而成，即第一水道1由两个椭圆螺旋水道11、12交互叠加而成，第二水道2由两个椭圆螺旋水道11、12交互叠加而成。椭圆螺旋水道11的两端以及椭圆螺旋水道12的两端，任何一端均可作为进水端，另一端则作为出水端。一个完整水道具有水道中心A，两个椭圆螺旋水道11优选以水道中心A为中心对称轴对称布设，从而使一个完整的水道在结构上为对称结构，从而便于生产加工时保持产品的一致性。两个椭圆螺旋水道11在水道中心A处连通，以使水流从一个椭圆螺旋水道旋入、再经另一个椭圆螺旋水道旋出。图3示出了由两个椭圆螺旋水道11交互叠加形成的一个完整水道的水流流向。采用椭圆螺旋水道11形成的对称结构的水道，其结构简单，加工难度低，产品性能一致性好。通过调整螺旋线控制方程可以很方便的调整椭圆散热区的长轴与短轴，从而适应不同尺寸的晶闸管和不同长度的棒电阻。本发明采用螺旋形流道，实现冷热冷却介质交替，散热器盘面温度分布均匀性好。
本实施例给出了椭圆螺旋水道11、椭圆螺旋水道12的控制方程，通过调节控制方程的参数可以调整两个椭圆螺旋水道的具体形状。
在极坐标下，椭圆螺旋水道11的形状控制方程如下：现定义水道中心A为坐标零点，
k＝α/360°；
其中，k为螺旋线圈数，α为螺旋线包角，图2中，椭圆螺旋水道11其遵循的螺旋线的螺旋线包角α为1125°，对应的k＝3.125，在实际实施中，螺旋线包角α可根据实际需要进行调整，α的角度范围优选为：1080°≤α≤3600°。
θ＝α*t+θ0；
其中，0≤t≤1，(r0，θ0)为螺旋线起始点坐标，其中5≤r0≤15，0°≤θ0≤180°；
λ＝sqrt(sin-2β*sin2θ+cos2θ)，λ为比例系数，β为投影角度，0°≤β≤90°；
r＝[r0+P*α*t/360°]*λ；
其中，P为螺旋线螺距，P的范围优选为：8≤P≤26。
椭圆螺旋水道12的形状控制方程如下：
k＝α/360°；
θ＝α*t+θ0-180°；
λ＝sqrt(sin-2β*sin2θ+cos2θ)；
r＝[r0+P*α*t/360°]*λ；
其中，螺旋线圈数k、螺旋线包角α、t、螺旋线螺距P、投影角度β的范围与椭圆螺旋水道11的形状控制方程中的对应参数的取值相同。
以图2的中的两个椭圆螺旋水道为例，给出两个椭圆螺旋水道控制方向的具体例子。针对椭圆螺旋水道11：
其中：α＝1125°，β＝45°，r0＝7.25，θ0＝135°，P＝16；
那么：k＝1125°/360°，
θ＝k*t*360°+135°，t∈[0，1]，得出θ∈[135°，1260°]，
进而得出椭圆螺旋水道11的方程：r＝[7.25+16*(θ-135°)/360°]*sqrt(1+cos2θ)，
其中θ∈[135°，1260°]。
针对椭圆螺旋水道12：
k＝1125°/360°，
θ＝k*t*360°-45°，t∈[0，1]，得出θ∈[-45°，1080°]，
进而得出椭圆螺旋水道12的方程：r＝[7.25+16*(θ+45°)/360°]*sqrt(1+cos2θ)，
其中θ∈[-45°，1080°]。
不仅仅水道为对称结构，第一水道1和第二水道2之间也优选为对称布设。如图1所示，第一水道1和第二水道2分设在棒电阻安装孔8的前后两侧，以棒电阻安装孔8为对称轴对称布设。具体来说，四个棒电阻安装孔8相互平行排列，四个棒电阻安装孔8的中心轴线位于散热器本体5内的同一个竖直平面上，第一水道1与第二水道2以该竖直平面为对称面对称布设。
如图1所示，进水口3位于散热器本体5的右侧，布置在棒电阻安装孔8的下方，出水口4位于散热器本体5的左侧，布置在棒电阻安装孔8的上方。进水口3连接一个分液装置9，进水口3通过该分液装置9与第一水道1、第二水道2的进水端连接。出水口4连接一个分液装置9，出水口4通过该分液装置9与第一水道1、第二水道2的出水端连接。本实施例中，分液装置9以三通接头为例，其他具有分液功能的装置或组件均可安装在进水口与第一水道1、第二水道2之间，以及出水口4与第一水道1、第二水道2之间。
为了便于与晶闸管散热，所述散热器本体5的两侧对应内部水道的区域分别开有第一安装孔和第二安装孔，散热器本体5的第一安装孔和第二安装孔分别安装有用于与晶闸管压接在一起的第一盖板6和第二盖板7，其中，第一盖板6与第一安装孔通过钎焊连接为一体，第二盖板7与第二安装孔通过钎焊连接为一体。第一盖板6和第二盖板7的面积大于内部水道覆盖的区域。第一盖板6和第二盖板7的形状优选为圆角矩形，第一安装孔和第二安装孔的形状与第一盖板6、第二盖板7的形状匹配。图4示出了本实施例中第一盖板6和第二盖板7的结构。
本发明的工作原理如下：
冷却水从进水口3流入后，分层注入第一水道1和第二水道2，冷却水吸收晶闸管和棒电阻产生的热量后，汇流进入出水口4流出散热器。
为了更清楚的说明本发明对棒电阻的散热效果，图5为本发明的散热器对棒电阻散热时所测得的棒电阻表面温度分布云图，图6为现有的圆形流道散热器对棒电阻散热时所测得的棒电阻表面温度分布云图。由于圆形流道对棒电阻的散热效果有限，而且圆形流道仅覆盖了晶闸管所在区域，不能对棒电阻两端进行良好的散热。分析图6所示的温度分布云图的灰度，位于圆形流道中间的部位温度较低，棒电阻两端的温度较圆形流道中间部位温度高8℃，温度分布梯度较大。而采用本发明的散热器，椭圆流道的两焦点处的温度较低，棒电阻两端温度较椭圆流道的两焦点处的温度高5℃，并且温度分布梯度较小。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种兼顾棒电阻散热的晶闸管散热器，其特征在于：包括散热器本体(5)、安装在散热器本体(5)内的内部水道，以及设置在散热器本体(5)上的棒电阻安装孔(8)、进水口(3)和出水口(4)；
棒电阻安装孔(8)设置有多个，并且相互平行排列，棒电阻安装孔(8)用于安装棒电阻；
内部水道，包括两个结构相同的椭圆螺旋结构的水道，水道的长轴与棒电阻安装孔(8)的轴向平行，水道的短轴与棒电阻安装孔(8)的轴向垂直；两个椭圆螺旋结构的水道分别称为第一水道(1)和第二水道(2)，第一水道(1)和第二水道(2)分设在棒电阻安装孔(8)的前后两侧；
所述进水口(3)与第一水道(1)、第二水道(2)的进水端连通，所述出水口(4)与第一水道(1)、第二水道(2)的出水端连通。
2.根据权利要求1所述的一种兼顾棒电阻散热的晶闸管散热器，其特征在于：所述水道由两个椭圆螺旋水道(11)交互叠加而成，并且，两个椭圆螺旋水道(11)在水道的中心A处连通，以使水流从一个椭圆螺旋水道旋入、再经另一个椭圆螺旋水道旋出。
3.根据权利要求1所述的一种兼顾棒电阻散热的晶闸管散热器，其特征在于：所述第一水道(1)和第二水道(2)分设在棒电阻安装孔(8)的前后两侧，以棒电阻安装孔(8)为对称轴对称布设。
4.根据权利要求1所述的一种兼顾棒电阻散热的晶闸管散热器，其特征在于：所述棒电阻安装孔(8)设置有四个，相邻两个棒电阻安装孔(8)的间距相等。
5.根据权利要求1所述的一种兼顾棒电阻散热的晶闸管散热器，其特征在于：所述进水口(3)连接一个分液装置(9)，进水口(3)通过该分液装置(9)与第一水道(1)、第二水道(2)的进水端连接。
6.根据权利要求1所述的一种兼顾棒电阻散热的晶闸管散热器，其特征在于：所述出水口(4)连接一个分液装置(9)，出水口(4)通过该分液装置(9)与第一水道(1)、第二水道(2)的出水端连接。
7.根据权利要求1所述的一种兼顾棒电阻散热的晶闸管散热器，其特征在于：所述散热器本体(5)的两侧对应内部水道的区域分别开有第一安装孔和第二安装孔，散热器本体(5)的第一安装孔和第二安装孔分别安装有用于与晶闸管压接在一起的第一盖板(6)和第二盖板(7)，其中，第一盖板(6)与第一安装孔通过钎焊连接为一体，第二盖板(7)与第二安装孔通过钎焊连接为一体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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