陕西电力半导体器件-大功率电力半导体器件用相变散热器简介

2022-02-23  来自: 陕西泰斯康电气有限公司 浏览次数:1333

陕西电力半导体器件-大功率电力半导体器件用相变散热器简介

近年来,随着科技水平的不断提高,大功率电力电子器件正向集成化和微型化发展,变频器功率容量也因而快速地增长。现有的变频器中的功率器件主要是以IGBT模块(如图1.1)为主,故变频器的散热问题在很大程度可以归结为IGBT的散热。变频器在工作过程中,产生的功率损耗将造成了功率器件持续不断地发热,而这些功率器件本身属于温度敏感性器件,其开关过程极容易受到温度变化的影响,变频器的可靠性和稳定性也将大打折扣。因此,变频器散热器的好坏,会大大影响其自身工作的可靠性,是保证系统能否正常运行的关键。

国内的电力电子行业也越来越着眼于各种电子设备产品的散热设计,对包括IGBT模块在内的电力电子器件的热可靠性设计提出了更加严格的要求。传统的散热方式主要包括自然风冷、强迫风冷、液冷等。其中自然风冷与强迫风冷散热能力有限,只适用于热流密度不大于10W/m2的小功率器件散热,已不能满足现阶段大功率器件的散热需求。

液冷系统则有着较好的换热能力,但是其系统复杂,部件繁多,对空间和成本都有一定的要求。因此,热管凭借其极高的导热速率、可变的热流密度、可逆的热流方向、优良的等温性能和无需额外动力等优点,成为当前高热流密度设备散热的理想元件。对于热管技术的相关研究,也成为当下的热门话题。

热管是一种具有很高传热性能的元件,它可将大量热量通过其很小的截面积远距离传输而无需外加动力,其工作温区从-273℃一直到1000℃。热管具有其他传热技术所不具备的许多优点:传热效率及可靠性、隔离性、低阻力、体积小、可控制等。因此,热管技术已经在越来越广阔的领域取得卓有成效的应用。我国热管技术在化工、建材、冶金、动力工程、生物工程、航空、航天等方面应用处于地位。本文将主要介绍热管换热器原理及应用。

早在1942年,Gauler就曾提出热管的原理。1962年,L. Trefethen再次提出类似于Gauler 的传热元件,但因故未能实施。1964 年,Grover将此传热元件正式命名为热管(heat pipe),并指出它的热导率超过了任何一种已知金属。1965年,Cotter提出了较完整的热管理论,给出了热管工作时各个传热传质过程的基本方程,提出了计算热管工作毛细极限的方法。1967年,一根不锈钢-水热管被送入地球卫星轨道并运行成功,从此吸引了更多的科学技术工作人员从事热管研究,许多地方均展开了大量的研究工作,使热管技术得以快速发展。

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