文档介绍：密闭式冷却循环水系统
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应用中的若干问题
一、水冷却系统对于电力电子器件的必要性
与世界经济的快速发展相伴随,节能节电的绿色经济成为世界各国所追求的目标。为达到电能的高效率运用,电力电子器件的应用范围在迅速扩大,而大功率器件本身的制造技术也在飞速发展,其结果是器件的电流密度不断增加,器件本身的发热量和表面的功率密度也快速加大。为了保证电力电子器件的可靠运行,从而对器件的冷却系统提出了更高的要求。
1、水冷与风冷的比较:在大功率器件应用的初期,是把功率器件固定在铝或铜制的散热器表面,靠自然风冷降温,功率再增加后就采用强迫风冷(对同样的散热器面积,强迫风冷可以提高几倍的散热量)。在加大散热器面积的努力受到机柜体积限制后,人们开始采用热管,把热量传导到机柜之外再通过风冷散热器散热,或在热管尾部的翅片部分再使用强迫风冷等。当发热功率再继续增加,风冷这条路再往下走就很困难了。因为热管的长度是有限的,功率器件的热量也总是散在室内,大量热的积聚就会使室温增加。为了把室温控制到能容许的限度,最后就要在室内加空调降温,但空调的制冷所消耗的电能是与制冷量成比例的,其能耗比大约为3:1,或略多一点。有许多单位试过这种方法,发现这样会增加设备成本,和很大的运行成本。也有人试过用管道把热风从室内导到室外,除了管道会占用室内宝贵的空间外,随之带来的问题是空气中的灰尘和污染物会随
着冷风一起大量进入室内,一段时间后,散热器附近积满了灰尘,甚至引起绝缘击穿和漏电。
以上所述是为了把风冷与水冷作比较。作为导热介质,1m3空气升高1℃带
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走的热量大约只有1m3水升高1℃带走热量的3200分之一,直径一英寸(约25mm)的水管所流过的水量(按2m/s流速计)能带走的热量如果换成用风带走(风速按6m/s计),就需截面积大1000倍的送风管路(直径约790mm)。即使风冷通过管道进行,传送距离也不能太远,否则就要采用风压较高的风机送风,它带来的噪声有时又让人难以忍受(而水冷系统使用的管路即使有几十米或更长,也没有任何传送上的困难)。由于水冷散热器的传热系数要远大于风冷散热器,水冷散热器的体积也远小于风冷散热器。
2、与油冷比较:除了风冷,常用的冷却方式还有油冷。水冷装置在电力系统中被大量使用之前,油冷一直用得很普遍,甚至今天还在大量用于变压器等电力设备上。与水冷系统相比较,油冷的缺点主要是油的热容量较小(约比水小一半),导热率比水小20%,粘度则要大10倍或更高,作为一种流动的传热介质来看,油的综合导热能力比水差。另一个缺点是其化学稳定性远不如水,油使用时间长了会降解,冷却用油使用几年以后就要过滤或更换,而水则不会。油的可燃性在电力系统的应用上也不能说不是个缺点,还有漏出的油还会造成污染,等等。油比水好的地方,是它的绝缘性好,但纯水在深度纯化后,其绝缘性完全可以满足几乎最高等级
工作电压的绝缘要求。
二、如何保证功率器件的热安全
当电路设计确定之后,如何保证系统的可靠性,冷却就成了最重要的问题。功率器件的正确选择和合理的冷却设计才能保证大功率器件的安全运行。
功率器件的发热来自于芯片,随着器件输出功率的增大,发热也随之增加。但半导体材料的温度承受能力是由其物理和化学特性决定的,对硅半导体来讲,其允许结温大约在125℃至175℃之间,温