Охлаждающие устройства полупроводниковых преобразователей на основе модулей IGBT для вспомогательного электропривода электровозов

• Автор: Тимофеев, Алексей Алексеевич
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 123 с. : ил.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1.Охлаждение энергетических установок электровозов.

1.2. Использование транзисторов ЮВТ для нужд

электрической тяги

1.3. Модули ЮВТ и проблемы их охлаждение

1.4. Постановка задач исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ

В МОДУЛЯХ ЮВТ

2.1. Конструктивные особенности модулей ЮВТ

2.2. Постановка и решение краевых задач теплопроводности.

2.2.1. Стационарная задача теплопроводности применительно
к модулю ЮВТ.
2.2.2. Нестационарная задача теплопроводности применительно
к модулю ЮВТ.
2.3. Взаимная тепловая связь элементов модуля ЮВТ
2.4. Выводы
3. ТЕПЛОМАССОБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ОХЛАДИТЕЛЯХ ТИПА
ДВУХФАЗНЫЙ ТЕРМОСИФОН ДЛЯ МОДУЛЕЙ ЮВТ
3.1. Теплообмен в испарителе двухфазного термосифона.
3.2. Теплопередача в конденсаторе
3.3. Гидродинамическая устойчивость работы
иарожидкостного тракта
3.4. Оптимизация заполнения двухфазных термосифонов промежуточным теплоносителем.
3.5. Исследование теплового сопротивления охладителя для ЮВТ
3.6. Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОХЛАДИТЕЛЕЙ ТИПА ДВУХФАЗНЫЙ ТЕРМОСИФОН ДЛЯ МОДУЛЕЙ ЮВТ
4.1. Исследование характеристик охладителя типа двухфазный термосифон для модулей ЮВТ при различных
условиях охлаждения.
4.2.Исследование охладителя тина двухфазный термосифон
в аварийном режиме
4.3. Испытания опытных образцов охладителей типа ДТС и отработка технологии их заправки
промежуточным теплоносителем
4.4. Выводы.
5. РАЗРАБОТКА ОХЛАЖДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
НА ОСНОВЕ МОДУЛЕЙ ЮВТ ДЛЯ ЭЛЕКТРОВОЗА ЭП 0
5.1. Тенденции конструирования силовых полупроводниковых
блоков с модулями ЮВТ
5.2. Создание конструкции охлаждающего устройства для вспомогательного привода электровоза ЭП 0.
5.2.1. Разработка технологии изготовления охладителей
для модулей ЮВТ
5.2.2. Разработка технологии заправки промежуточным теплоносителем, вакуумирования
и герметизации охладителя
5.2.3. Методика оценки качественных показателей ДТС
при изготовлении и в процессе эксплуатации.
5.3. Ожидаемый эффект от внедрения силового
полупроводникового блока с испарительным охлаждением.
5.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Библиографический список.
ПРИЛОЖЕНИЯ.
ВВЕДЕНИЕ


Поэтому является актуальным разработка новых более эффективных охлаждающих устройств для повышения надежности работы силовых модулей ЮВТ и соответственно вспомогательного привода в целом. Нель диссертационной работы исследование теплового состояния модулей ЮВТ при различных способах охлаждения и разработка групповых охладителей испарительновоздушного типа для модульных полупроводниковых устройств вспомогательного привода электровозов отечественных железных дорог. Разработана методика расчета температурных полей модулей ЮВТ при работе их в стационарном и нестационарном тепловых режимах с различными способами охлаждения. Предложена уточненная методика расчета гидродинамической устойчивости охлаждающих устройств с промежуточным двухфазным теплоносителем при секционировании конденсатора для повышения их эксплуатационной надежности. Получены новые характеристики охлажчающих устройств модулей ЮВТ для вспомогательного электропривода электровоза при разгермитезации конденсатора охладителя. Предложены новые конструкции и технология изготовления групповых охладителей типа двухфазный термосифон для модулей ЮВТ, охлаждаемых нагретым внутрикузовным воздухом. Предложена методика заправки промежуточным теплоносителем, вакуумирования и герметизации группового охладителя. Разработана конструкция конденсатора охладителя повышенной надежности. Конструкция защищена патентом на полезную модель 1Ш 4 Ш. Материалы диссертации использованы при разработке охлаждающих устройств преобразователя вспомогательного электропривода электровоза ЭП 0, который успешно прошел ходовые испытания. Партия охладителей типа двухфазный термосифон для модулей ЮВТ новой конструкции изготавливалась по предложенной новой технологии. Апробация работы основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной конференции г. Шецин Польша сентября г. ЕЙгапБ , ПГУПС, октября г. Неделя науки в ПГУПС в г. Шаг в будущее апреля г. Теплотехника и теплосиловые установки ПГУПС апреля г. Екгалэ г. ПГУПС октября г. Теплотехника и теплосиловые установки декабря г. Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в семи печатных работах, из них одна работа на английском языке и двух патентах на полезную модель. Структура и объем диссертации. Она изложена на 3 страницах машинописного текста, содержит рисунков и таблиц. А, число Нусссльта Яс уу число Рейнольдса Рг уср. Э. Д. Праидтля Сг 3у2 число Грасгофа. Любой процесс преобразования энергии сопровождается потерями. Наличие потерь энергии вызывает нагрев отдельных деталей и узлов энергоустановок, при этом возникает проблема охлаждения наиболее нагретых деталей. Эти вопросы имеют большое значение для транспортных энергоустановок которые работают в условиях неустановившихся режимов работы. Знание температурных полей позволяет выбрать необходимую систему охлаждения. На электровозах принята воздушная система охлаждештя, где теплота воспринимается непосредственно воздухом и рассеивается в атмосфере. Рассмотрим преобразования энергии на локомотиве переменного тока с тяговым двигателем постоянного тока. Электрическая энергия поступает в трансформатор, где происходит се первичная преобразование см. Далее переменный ток направляется в выпрямительные установки преобразуется в постоянный, затем через сглаживающий реактор где снижается его пульсация питает тяговый двигатель электровоза. Коэффициент полезного действия современного электровоза переменного тока с полупроводниковой выпрямительной установкой составляет . При большой мощности силовой установки системой охлаждения отводится значительное количество теплоты. Например на 2х секционном электровозе ВЛТ для охлаждения воздухом основного и вспомогательного оборудования на каждой секции установлено по шесть центробежных вентиляторов большой производительности. Общий расход воздуха на охлаждение энергетических установок этого электровоза составляет м3сек. Оборудование электровозов чувствительно к перегреву обмотки электрических машин и аппаратов, полупроводниковых диодов и тиристоров различит,IX преобразователей.