Повышение эффективности испарительно-воздушного охлаждения в силовых блоках полупроводниковых преобразовательных установок железнодорожного транспорта

• Автор: Крылов, Дмитрий Витальевич
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 183 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Современное состояние вопроса но контактному теплообмену в силовых блоках полупроводниковых преобразовательных установок и постановка задачи исследования
1.1. Тенденция совершенствования полупроводниковых преобразовательных установок на железнодорожном транспорте.

1.2. Тепловые процессы в элементах полупроводниковых преобразовательных установок

1.3. Системы и способы охлаждения силовых полупроводниковых приборов.

1.4. Современное состояние исследовании по контактному теплообмену.

1.4.1 Экспериментальные исследования контактного теплообмена

1.4.2 Теоретические исследования контактного теплообмена.

1.5. Выводы. Цель работы и задачи исследования

2. Теоретические предпосылки для построения математических моделей контактного теплообмена
2.1. Шероховатость поверхностей и ее стандартные параметры.
2.2. Виды деформации микроиеровностей и выбор расчетной схемы контакта шероховатых поверхностей
2.3 Применение теории случайных функций для описания параметров и
характеристик шероховатостей поверхности
2.4 Математическое моделирование контактного тешюобмена при упругой и упругопластической деформации микронеровностей шероховатых поверхностей.
3. Алгоритмы и программы расчета контактного термического сопротивления
3.1 Алгоритмы и программы расчета контактного теплообмена при упругой и упругопластической деформации микронеровностей шероховатых поверхностей.
3.2. Результаты теоретических исследований контактного термического сопротивления с помощью программ автоматизированного расчета
3.3. Методы и рекомендации по повышению эффективности испарительновоздушного охлаждения в силовых блоках ГПУ.
4. Экспериментальные исследования контактного теплообмена в полупроводниковых преобразовательных установках
4.1 Цели и задачи экспериментальных исследований.
4.2 Исследование микрогеометрии поверхностей составных деталей блока ППУ
4.3. Экспериментальное исследование теплого состояния блока ППУ
4.4. Погрешности эксперимента.
4.5. Результаты экспериментальных исследований
5. Методы диагностирования оборудования полупроводниковых преобразовательных установок. ИЗ
5.1. Условия эксплуатации ППУ и требования к их диагностике.
5.2. Методы и приборы, применяемые для измерения температуры при диагностике ППУ.
5.3. Метод диагностирования исправности охладителей испарительновоздушного типа.
Заключение
Библиографический список
Приложение А.
Приложение Б
Приложение В
Введение
Актуальность


Соблюдение и оптимизация этих требований, а также постоянно растущая потребность в больших мощностях ППУ приводит к дальнейшему развитию, как силовой полупроводниковой техники, так и к разработке эффективных охлаждающих устройств, которые используются для охлаждения СПП, что является важной научнотехнической задачей. При работе СПП в нем возникают потери, которые преобразуются в тепловую энергию и приводят к нагреву элементов конструкции. Потери в СПП можно условно разделить на основные и дополнительные. Основные обусловлены падением напряжения на СПП при протекании прямого тока нагрузки. Дополнительные потери у диодов складываются из потерь от обратного тока, а так же из потерь при включении и выключении прибора коммутационные потери. Для тиристоров к числу дополнительных потерь следует отнести потери в цепи управления и потери от прямого тока утечки. Ю.5С для тиристоров . Чтобы обеспечить нормальный тепловой режим СПП необходимо непрерывно отводить теплоту, возникающую в приборе. Отвод теплоты от СПП осложняется тем, что кремниевый диск имеет небольшие размеры . Втсм2. Все это требует применения специальных эффективных охлаждающих устройств с интенсивными процессами теплообмена и развитыми поверхностями теплоотвода. Оптимальный тепловой режим работы СПП является одним из основных факторов обеспечения надежности и высокой производительности силовой полупроводниковой техники. Известно, что полупроводниковые приборы наиболее чувствительны к изменению температуры, поэтому в работах Чебовского О. Г., Моисеева Л. Г., Недошивина Р. П., Чернышева , Иванова В. И., Аксенова А. И., Глушкова Д. Н., Исакеева А. И., Киселева И. Г., Буянова А. Б., Филатова В. В. особое внимание уделяется тепловым режимам работы мощных СПП и способам их охлаждения. Температурные режимы работы СПП определяются двумя факторами условиями окружающей среды и количеством теплоты, выделяемой полупроводниковым элементом. Теплота, выделяемая полупроводниковой структурой, отводится через корпус элемента на охладитель и далее в окружающую среду. Поскольку охладитель имеет конечные размеры, его температура всегда выше температуры окружающей среды. Эта разность зависит от размера, формы и материала охладителя, величины КТС и способа охлаждения. Главной целью всегда является обеспечение температуры кремниевой структуры 7 полупроводникового прибора на допустимом уровне. В работе указывается на то, что предельные значения нагревания и охлаждения СПП приводят к ухудшению его рабочих характеристик и ускоренному выходу прибора из строя. Эту зависимость можно проследить по характеристике отказов представленной на рисунке 1. Рисунок 1. Интенсивность отказов СПП Данная характеристика показывает , что для обеспечения надежной работы СПП достаточно не допускать критически как высоких, так и низких температур, при которых интенсивность отказов приближается к своему пределу. Имеются два предельных значения температуры 7 минимально допустимое и максимально допустимое. Для отечественных СИП минимально допустимая температура перехода равна С . Учитывая изложенное, можно заключить, что надежность работы СПП и построенные на их базе ППУ почти полностью зависит от тепловых режимов работы полупроводниковых приборов. Способам охлаждения СПП посвящено большое количество работ под авторством Киселева И. Г., Буянова Л. Б., Чебовского О. Г., Чернышева Л. Л., Пряхина С. С., . Особое внимание влиянию систем охлаждения на работоспособность СПП уделяется в специализированных периодических журналах, таких как Электронные компоненты, Компоненты и технологии, Компоненты и технологии i версия, Экспресс Электроника и др. Как правило, выбор нужной системы охлаждения основывается на конструкции конкретного СПП, а также условиях и месте его применения. Конструкция охладителей должна обеспечивать простое и надежное соединение с СПП, иметь минимальную массу и габариты, необходимый срок службы. На рисунке 1. СПП по общим принципиальным признакам ,. Наиболее крупное деление систем охлаждения осуществляется по числу контуров охлаждения.