CN201392833Y - 一种四英寸晶闸管大功率整流装置的热管散热系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种四英寸晶闸管大功率整流装置的热管散热系统，它包括风机和与风机相连的风道、散热器、风机控制开关及导线，其特征在于：所述散热器采用热管散热器，热管散热器压装4英寸晶闸管元件，将两只四英寸晶闸元件按阴极朝下，阳极向上的方式压接在三层散热片之间，通过基板和弹性压板之间的机械力压接成一体，并将导电排A与导电排C短连接形成一套可控硅组件，六套可控硅组件分为两层放置在风道内，在风道内部强电导线将六套可控硅组件连接整流线路。本实用新型采用热管散热技术，由于热管技术具有极高的导热性、优良的等温性等优良特点，可以满足大功率整流装置对散热装置紧凑、可靠、控制灵活、高散热效率等要求。

Description

一种四英寸晶闸管大功率整流装置的热管散热系统
技术领域
本实用新型属于电气传动技术领域，特别是涉及一种四英寸晶闸管大功率整流装置的热管散热系统。
背景技术
近年来，随着电力电子技术迅速发展，晶闸管整流装置在我国各领域取得了广泛应用。现代晶闸管整流装置的发展方向是：高功率密度、高可靠性、高效率、装置的小型化轻量化。随着晶闸管元件容量的增加和装置体积尺寸越来越小，散热装置本身必须完成的散热要求也越来越高。同时，散热装置的布置和设计遇到的约束也越来越严重。大功率晶闸管整流装置，在大电流下晶闸管的损耗非常大，产生了大量的热，要保证晶闸管长期可靠的运行，就必须使晶闸管的内部管芯温度在各种准许工作条件下都不会超过额定值。晶闸管产生的热量由热传导的方式通过管壁到散热器，再通过散热器传给散热器周围的空气，以达到散热的效果，因此阻碍晶闸管热量散发的热阻也由三部分组成，即指结壳热阻、接触热阻和散热器热阻。现有大功率整流装置的主要散热方式是风机强迫风冷，由于元件大多采用铜铝型材散热器压装存在以下方面不足：
第一、在风速5～7m/s的条件下散热器的热阻为0.030K/W，散热器热阻较大，对元件的散热效率低。
第二、散热器热容量在一定范围内与体积成正比，大功率晶闸管损耗大、发热大，要求散热器体积大。
第三、要压装大功率晶闸管，配用的散热器尺寸过大，给风道的设计、风机的选择计算、散热器型材设计制造带来困难，将造成装置体积、重量的增加。
第四、现有大功率整流装置中压装功率较小的三英寸及及以下元件，装置输出小于4000KW。
发明内容
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种散热效率高、体积小、输出功率大的四英寸晶闸管大功率整流装置的热管散热系统。
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种四英寸晶闸管大功率整流装置的热管散热系统，它包括风机和与风机相连的风道、散热器、风机控制开关及导线组成，其特征在于：所述散热器采用热管散热器，热管散热器压装4英寸晶闸管元件，将两只四英寸晶闸元件按阴极朝下，阳极向上的方式压接在三层散热片之间，通过基板和弹性压板之间的机械力压接成一体，并将导电排A与导电排C短连接形成一套可控硅组件；六套可控硅组件A1、A2、A3、A4、A5、A6分别位于风道内，六套可控硅组件在风道内分为两层，A1、A3、A5位于上层，A4、A6、A2位于下层，并且每套各自具有独立的风道，进风面积也相同，每套的进风路长短相同；在风道内部强电导线将六套可控硅组件连接整流线路，上层三套可控硅组件的导电排C3通过桥臂母排C6均与强电输出直流母排1C相连，组成共阴极组；下层三套可控硅组件的导电排B2通过桥臂母排C6均与强电输出直流母排1D相连组成共阳极组，上层三套可控硅组件的导电排B2与桥臂母排B5连接，经过分别串接桥臂电抗器L1、L3、L5，桥臂电流互感器T1、T3、T5，桥臂快熔F1、F3、F5后分别与强电输入交流进线母排U、V、W三相相连，下层三套可控硅组件的导电排A1与桥臂母排A4连接，经过串接桥臂电抗器L4、L6、L2，桥臂电流互感器T4、T6、T2，桥臂快熔F4、F6、F2后同样分别与强电输入交流进线母排U、V、W三相相连。
本实用新型还可以采用如下技术措施：
所述风道为相互并联的风道，每一风道连通风机。
所述热管散热器的散热片表面设有凹槽。
所述热管散热器的主体为热管，热管由管壁、受热端和冷却端构成，热管的管壁为高度真空的密封体，内部充有少量工质作为传热媒介。
本实用新型具有的优点和积极效果是：
本实用新型采用了热管散热器，由于热管具有极高的导热性、优良的等温性、热流密度可变性、热流方向的可逆性、恒温特性环境的适应性等优良特点，可以满足大功率整流装置对散热装置紧凑、可靠、控制灵活、高散热效率、不需要维修等要求。使用热管技术制造的热管散热器热阻为0.012K/W，可以满足四英寸大功率元件的散热要求；另一方面采用合理的风道设计有效的改善散热。采用并联结构风道设计使组件散热冷却均匀，同时对热管散热器的散热片表面采用凹槽处理，不但改变了散热器的散热面积，而且使流过散热器表面的空气变为紊流加强对流换热的效果。四英寸大功率热管整流装置通过以上措施使装置功率输出提高到10MW。另外本实用新型还具有体积小，便于维护等优点。
附图说明
图1是本实用新型的电路图；
图2是本实用新型热管散热器的结构示意图；
图3是本实用新型导电排的结构示意图；
图4是本实用新型桥臂母排的结构示意图；
图5是本实用新型风道结构示意图；
图6是本实用新型的热管结构示意图。
图中：1、导电排A；2、导电排B；3、导电排C；4、桥臂母排A；5、桥臂母排B；6、桥臂母排C；7、热管；8、凹槽；9、风机；10、管壁；11、受热端；12、冷却端。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1-6，一种四英寸晶闸管大功率整流装置的热管散热系统，它包括风机9和与风机9相连的风道、热管散热器、风机控制开关及导线组成，热管散热器压装4英寸晶闸管元件，将两只四英寸晶闸元件按阴极朝下，阳极向上的方式压接在三层散热片之间，通过基板和弹性压板之间的机械力压接成一体，并将导电排A1与导电排C3短连接形成一套可控硅组件；六套可控硅组件A1、A2、A3、A4、A5、A6分别位于风道内，六套可控硅组件在风道内分为两层，A1、A3、A5位于上层，A4、A6、A2位于下层，并且每套组件各自具有独立的相互并联的风道，进风面积相同，每套组件的进风路长短也相同；在风道内部强电导线将六套可控硅组件A1、A2、A3、A4、A5、A6连接整流线路，上层三套可控硅组件的导电排C3通过桥臂母排C6均与强电输出直流母排1C相连，组成共阴极组；下层三套可控硅组件的导电排B2通过桥臂母排C6均与强电输出直流母排1D相连组成共阳极组，上层三套可控硅组件的导电排B2与桥臂母排B5连接，经过分别串接桥臂电抗器L1、L3、L5，桥臂电流互感器T1、T3、T5，桥臂快熔F1、F3、F5后分别与强电输入交流进线母排U、V、W三相相连，下层三套可控硅组件的导电排A1与桥臂母排A4连接，经过串接桥臂电抗器L4、L6、L2，桥臂电流互感器T4、T6、T2，桥臂快熔F4、F6、F2后同样分别与强电输入交流进线母排U、V、W三相相连。风道为相互并联的风道，每一风道连通风机9。热管散热器的散热片表面设有凹槽8。
热管散热器的主体为热管，其形状通常为圆管状(也有其它形状)，正常工况下热管的两端组成受热端11和放热端12，热管的管壁10为高度真空的密封体，内部充有少量工质作为传热媒介，通常采用液态介质例如水，工作原理为：正常工况下热流由受热端经管壁10进入热管，受热工质蒸发形成汽态，并在管内对冷却端12形成微压，使汽化工质流至冷却端12，并在冷却端12放热，遇冷后在管内壁冷凝恢复液态工质，并通过毛细或重力作用回流至受热端11。这种“蒸发——冷凝”作用的反复循环，形成热管散热器具有传递热能的良好效率，而本身又不附加提供任何动力.
本实用新型的可控硅导通后，交流电输入经三相桥整流输出直流电。在可控硅元件导通过程中，由于可控硅元件两端存在管压降，内部产生大量热量造成，元件通过台面将热量传导给热管散热器，在风机9的作用下，风将组件上的热量迅速带到装置外。本实用新型采用四英寸晶闸管实现了装置功率输出达到10MW；热管散热器是元件散热的媒介，采用热管7提高了散热效率，保证了四英寸晶闸管的可靠散热；采用风机9和风道实现了组件的强迫风冷散热方式，由于各组件具有相对独立的风道，相同进风面积，风路长短相同，保证了各组件的风阻系数相同，使其冷却均匀。

Claims (4)

1、一种四英寸晶闸管大功率整流装置的热管散热系统，它包括风机和与风机相连的风道、散热器、风机控制开关及导线组成，其特征在于：所述散热器采用热管散热器，热管散热器压装4英寸晶闸管元件，将两只四英寸晶闸元件按阴极朝下，阳极向上的方式压接在三层散热片之间，通过基板和弹性压板之间的机械力压接成一体，并将导电排(A)与导电排(C)短连接形成一套可控硅组件；六套可控硅组件(A1)、(A2)、(A3)、(A4)、(A5)、(A6)分别位于风道内，六套可控硅组件在风道内分为两层，(A1)、(A3)、(A5)位于上层，(A4)、(A6)、(A2)位于下层，并且每套各自具有独立的风道，进风面积也相同，每套的进风路长短相同；在风道内部强电导线将六套可控硅组件连接整流线路，上层三套可控硅组件的导电排(C3)通过桥臂母排(C6)均与强电输出直流母排(1C)相连，组成共阴极组；下层三套可控硅组件的导电排(B2)通过桥臂母排(C6)均与强电输出直流母排(1D)相连组成共阳极组，上层三套可控硅组件的导电排(B2)与桥臂母排(B5)连接，经过分别串接桥臂电抗器(L1)、(L3)、(L5)，桥臂电流互感器(T1)、(T3)、(T5)，桥臂快熔(F1)、(F3)、(F5)后分别与强电输入交流进线母排(U)、(V)、(W)三相相连，下层三套可控硅组件的导电排(A1)与桥臂母排(A4)连接，经过串接桥臂电抗器(L4)、(L6)、(L2)，桥臂电流互感器(T4)、(T6)、(T2)，桥臂快熔(F4)、(F6)、(F2)后同样分别与强电输入交流进线母排(U)、(V)、(W)三相相连。
2、根据权利要求1所述的四英寸晶闸管大功率整流装置的热管散热系统，其特征在于：所述风道为相互并联的风道，每一风道连通风机。
3、根据权利要求1所述的四英寸晶闸管大功率整流装置的热管散热系统，其特征在于：所述热管散热器的散热片表面设有凹槽。
4、根据权利要求1所述的四英寸晶闸管大功率整流装置的热管散热系统，其特征在于：所述热管散热器的主体为热管，热管由管壁、受热端和散热端构成，热管的管壁为高度真空的密封体，内部充有少量工质作为传热媒介。
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CN106329954A (zh) * 2016-10-25 2017-01-11 北京金自天正智能控制股份有限公司 一种基于热管散热技术的大功率发电机励磁装置
CN109245556A (zh) * 2018-08-31 2019-01-18 西安中车永电电气有限公司 一种内燃机车用大功率环路热管功率模块及其镜像结构

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