水冷基板散熱器冷卻電力機(jī)車的電器元件設(shè)計(jì)研究

于兵

摘 要：電子器械的應(yīng)用已經(jīng)成為現(xiàn)今生產(chǎn)生活中必要的發(fā)展方向，而電子器械基于電子元件基礎(chǔ)上的組合應(yīng)用，其在運(yùn)轉(zhuǎn)工作中產(chǎn)生的熱量需要進(jìn)行針對(duì)性的特別處理。如果對(duì)其處理工作不能夠做到位，那么電子器械所產(chǎn)生的熱量將會(huì)影響到整個(gè)器械的運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至嚴(yán)重的造成機(jī)器的損害。所以，強(qiáng)化對(duì)水冷基板散熱器冷卻電力基礎(chǔ)的電器遠(yuǎn)近的設(shè)計(jì)研究能夠進(jìn)一步提高應(yīng)用電力機(jī)車的效率和應(yīng)用質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：水冷基板散熱器；電力機(jī)車；冷卻作用；電器元件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.055

電力機(jī)車作為現(xiàn)今重要的使用器械之一，其在工作運(yùn)轉(zhuǎn)整個(gè)過程的實(shí)現(xiàn)是基于電器元件正常運(yùn)作的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。在實(shí)際電器元件進(jìn)行工作的過程中，首先整個(gè)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生熱量，然后熱量在一定的時(shí)間內(nèi)傳遞到水冷基板上，在經(jīng)過水冷基本將熱量傳遞到散熱器內(nèi)部，散熱器內(nèi)部有冷水泵的存在，冷水泵能夠?qū)⑸崞髑粌?nèi)的溫度傳遞到外部，在此過程基本完成后冷卻風(fēng)機(jī)再度進(jìn)行降溫冷卻，最后出現(xiàn)的效果則是冷卻的水仍然能夠回到冷卻板上再度循環(huán)利用。此過程的完成基本上達(dá)到了電力機(jī)車內(nèi)部的散熱需求，將電器元件運(yùn)轉(zhuǎn)工作產(chǎn)生的熱量充分的冷卻擴(kuò)散，達(dá)到了良好的散熱效果。所以，基于水冷基板散熱冷卻功能在電力機(jī)車中對(duì)電器元件起到很好的散熱效果的基礎(chǔ)上，對(duì)其設(shè)計(jì)研究進(jìn)行分析對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)工作的進(jìn)行有著非常重要的意義。

1 電力電器元件冷卻方式設(shè)計(jì)分析

1.1 空氣自然冷卻

此種方式主要指的是通過空氣的自然對(duì)流和輻射作用的產(chǎn)生在時(shí)間差度的存在下，自然而然的將熱能散熱出去。其主要利用的是熱空氣產(chǎn)生的熱能密度差進(jìn)行的，這種散熱方式的工作機(jī)理簡(jiǎn)單，但是其實(shí)際的散熱效率比較低。

1.2 空氣強(qiáng)迫對(duì)流散熱

空氣強(qiáng)迫對(duì)流散熱在實(shí)際應(yīng)用中主要采用的是利用鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇等給空氣施加足夠大的壓力，以此通過空氣動(dòng)力的提高，降低熱能散熱的阻力，從而能夠提高散熱的效率。

1.3 水冷散熱

①此種方式現(xiàn)今廣泛的應(yīng)用于電力機(jī)車的散熱系統(tǒng)中，其工作進(jìn)行的原理主要是在水冷基板散熱器的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其屬于利用液體對(duì)大功率的散熱器進(jìn)行散熱的方式。此種散熱方式安裝在電力機(jī)車內(nèi)部其所占用的空間體積比較小、裝置小且散熱效率高，產(chǎn)生的噪音低。水冷基板散熱器冷卻電力機(jī)車的電器元件所選用的冷卻水系統(tǒng)中水質(zhì)的要求也比較高。而對(duì)水質(zhì)的要求則是主要針對(duì)水中的雜質(zhì)含量的控制度進(jìn)行設(shè)計(jì)分析的。如在選擇中性或堿性水的時(shí)候，其PH值最低不能低于7，最高不能超過9。而硝酸鹽和硫酸鹽的含量不得超過100ppm，而不溶解物質(zhì)的含量則不能超過250ppm。

②在實(shí)際應(yīng)用水冷基板散熱器對(duì)電力機(jī)車進(jìn)行冷卻散熱工作的過程中，容易出現(xiàn)凝露問題，而這一問題如果不及時(shí)的處理，則可能發(fā)生漏電等不良現(xiàn)象。應(yīng)積極采取相應(yīng)的防護(hù)措施，即基板散熱器的溫度不能低于露點(diǎn)的溫度，具體而言可以通過切斷冷卻水，通過加熱的方式使基板散熱器的溫度高于露點(diǎn)的溫度。

2 在電力機(jī)車中安裝水冷基板散熱器的設(shè)計(jì)條件分析

2.1 壓合接觸表面的設(shè)計(jì)分析

在電力接車中，對(duì)于電器元件大功率的散熱效應(yīng)的出現(xiàn)，要求器件和散熱器接觸表面的光潔度和不平度等都應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，以此做的目的則是最大限度的提高散熱器表面的輻射效果和，降低其受到外界大氣腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。據(jù)相關(guān)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，一般在設(shè)計(jì)的過程中，將電器元件和散熱器表面的光潔度的設(shè)計(jì)為低于6，粗糙度不得超過0.001mm/mm。

2.2 螺栓式器件與散熱器組裝的設(shè)計(jì)分析

在進(jìn)行具體的裝配工作前，工作人員要對(duì)螺栓式器件、散熱器表面及相關(guān)的導(dǎo)電板等進(jìn)行檢查，對(duì)因運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的毛刺現(xiàn)象的電器元件進(jìn)行及時(shí)的處理。而且專家人員在進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)工作中，為了能夠保證散熱器與電氣元件之間的接觸熱阻不能超過規(guī)定的值，一般都會(huì)在散熱器的表面或電器元件的表面涂抹一層硅油，以此做的目的則是最大限度的保護(hù)接觸表面，從而降低熱接觸阻。此外，此項(xiàng)工作的進(jìn)行要在保證接觸面干凈的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓栌偷耐磕?，?yán)格控制硅油涂抹的控制量。最后，在螺栓式器件設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員要求鏈接螺栓式的結(jié)構(gòu)需要有防松圈的存在，而且要嚴(yán)格的控制螺母旋轉(zhuǎn)的力矩。

2.3 水冷基板散熱器熱力性能控制的因素分析

①冷卻液入口溫度的設(shè)計(jì)控制因素。在實(shí)際散熱器件進(jìn)行工作的過程中，據(jù)相關(guān)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)隨著水冷卻溫度的升高、散熱板的溫度也隨之升高，且其變化的幅度也是比較大。所以，冷卻液的溫度對(duì)于水冷卻基本散熱溫度的大小有著深刻的影響。而在實(shí)際工作進(jìn)行中，專業(yè)設(shè)計(jì)師應(yīng)合理的選擇冷卻液的初溫，初溫的控制對(duì)于整體的冷卻液的溫度是非常關(guān)鍵的。

②冷卻液不同物性對(duì)散熱新能的影響。冷卻液本身作為一種化學(xué)混合液，其所選擇的不同物性對(duì)于水冷基板散熱器熱力性能有著重要的影響。如，在設(shè)計(jì)使用的過程中選擇水、乙二醇、水混合液體作為冷卻液進(jìn)行使用，則要嚴(yán)格對(duì)此混合冷卻液的導(dǎo)熱性能、粘性系統(tǒng)、比熱和密度等進(jìn)行控制，針對(duì)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)工作的需求進(jìn)行參數(shù)的合理調(diào)整。此外，散熱器外形尺寸、內(nèi)部流道、外部環(huán)境等的不同設(shè)計(jì)都影響到散熱器的整體散熱效果。

③冷卻液流速的不同設(shè)計(jì)對(duì)散熱器散熱效果的影響分析。一般而言、隨著冷卻液出口流速的增加，電器元件所產(chǎn)生的熱源表面的溫度都會(huì)有不同程度的降低，而冷卻液進(jìn)入口的流速變大，其所帶來的壓降也隨之增加，以此而來散熱器內(nèi)部的流動(dòng)阻力也會(huì)增加，這樣則會(huì)相應(yīng)的降低散熱器件的散熱效果。所以，在實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中要對(duì)冷卻液的水流速度進(jìn)行合理的控制，不能過大、也不能過小。

3 小結(jié)

綜上所述，水冷基板散熱器冷卻電力機(jī)車的效應(yīng)是在基于水冷散熱的基礎(chǔ)上進(jìn)行此項(xiàng)工作的，而在實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)能夠從壓合接觸表面、螺栓式器件與散熱器件的接觸表面以及水冷基板散熱器冷卻性能的控制等進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)與控制。

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