深入淺出話熱管散熱器和勵(lì)磁熱管功率柜(整理勵(lì)磁專家陳小明的資料)

INET2010年7月，ABB在瑞士勵(lì)磁公司對STR-2500RG環(huán)形熱管功率柜進(jìn)行了大電流型式試驗(yàn)，證明輸出能力達(dá)到2500A，可以短時(shí)輸出3000A。隨后ABB公司對STR-2500RG大功率柜結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)：將電容從風(fēng)道上已到了盤柜側(cè)面，減少了電容因?yàn)楦邷負(fù)p壞的可能；取消了小風(fēng)機(jī)，是一個(gè)徹頭徹尾的自冷大功率柜。該環(huán)形重力熱管功率經(jīng)過ABB專家的改進(jìn)，再配上了ABB的UNITROL5000或UNITROL6000控制系統(tǒng)，就成為ABB勵(lì)磁公司的首款大型熱管勵(lì)磁系統(tǒng)，如下圖所示。

葛洲壩電廠熱管功率柜選型論證，經(jīng)歷了激烈的技術(shù)討論，提高了我們的認(rèn)識(shí)：熱管功率柜涉及兩個(gè)技術(shù)問題，第一是采用何種熱管將可控硅的熱量傳遞到散熱器，第二是采用何種冷卻技術(shù)將柜內(nèi)的熱量排到柜外。葛洲壩電廠熱管功率柜的討論結(jié)論是，STR-1600RG環(huán)形重力熱管功率柜存在結(jié)構(gòu)問題，需要改進(jìn)；建議葛洲壩電廠采用GDR-1200直形熱管功率柜；三峽地下電站采用STR-2500RG環(huán)形熱管功率柜。STR-2500RG環(huán)形熱管功率柜按照直形熱管功率柜經(jīng)驗(yàn)，增大進(jìn)出通風(fēng)口，并且將6個(gè)直形熱管散熱器上下布置結(jié)構(gòu)改為水平布置，減少下層散熱器對上層散熱器的影響，提高了熱管功率柜的輸出水平。

三、對葛洲壩電廠兩種熱管功率柜的認(rèn)識(shí)直形與環(huán)形熱管原理無論是一根密封抽真空的長管，還是一個(gè)密封抽真空的環(huán)形管，在里面注入少量液體（乙醇等），能夠把加熱端的熱量通過液體汽化傳遞到冷卻端，這根金屬管就成了熱管，如下圖所示。在熱管下端加熱，液體沸騰后產(chǎn)生汽體（蒸發(fā)），汽體迅速上升并將熱量傳導(dǎo)到上端后又變成液體（冷凝），液體依靠重力回到熱管下端，如此反復(fù)循環(huán)，這就是重力熱管的原理。

能事達(dá)勵(lì)磁功率柜采用的熱管，無論是小功率柜采用的直管，還是大功率柜采用環(huán)管，原理上都屬于重力熱管。只要熱管密封好，液體沸點(diǎn)合適，就能夠?qū)⒖煽毓柽\(yùn)行產(chǎn)生的溫度迅速傳導(dǎo)到整個(gè)散熱器，再利用功率柜產(chǎn)生的自然通風(fēng)將其排出。所以，熱管功率柜涉及兩個(gè)技術(shù)問題，第一是采用何種熱管將可控硅的熱量傳遞到散熱器，第二是采用何種冷卻技術(shù)將柜內(nèi)的熱量排到柜外。直形與環(huán)形熱管散熱器結(jié)構(gòu)比較直形熱管下端裝配可控硅，上端裝配鋁散熱器，這就構(gòu)成了可控硅直形重力熱管散熱器組件。在環(huán)形熱管下端裝配可控硅，上下端都裝配鋁散熱器，這就構(gòu)成了可控硅環(huán)形重力熱管散熱器組件。如下圖所示。

按照熱管原理分析，直形重力熱管散熱器，蒸發(fā)段與冷凝段界限明確，是典型重力熱管散熱器，散熱方式只能依賴熱管散熱。而環(huán)形熱管散熱器，蒸發(fā)段和冷凝段界限不明確，是非典型重力熱管散熱器，以熱管散熱方式為主，以鋁散熱器散熱方式為輔。直形熱管散熱器優(yōu)缺點(diǎn)：體積小，熱管封裝和可控硅壓接簡單可靠，工藝成熟，生產(chǎn)成本較低。但是散熱方式安全依賴熱管，一旦熱管失效必定損害可控硅。另外，直形熱管散熱器熱容量小、水平尺寸限制了勵(lì)磁功率柜輸出容量。環(huán)形熱管散熱器優(yōu)缺點(diǎn)：體積大，熱管封裝和可控硅壓接復(fù)雜，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高。但是散熱方式有兩種，正常情況下熱管失效不一定損害可控硅。另外，散熱器熱容量大、上下尺寸可以組裝大型勵(lì)磁功率柜。

四、對新一代勵(lì)磁熱管功率柜展望無論是重力熱管功率柜，還是三峽能事達(dá)采用的鞍山歐博達(dá)的環(huán)形熱管功率柜，其熱管散熱器都是特制的，在外形尺寸上與傳統(tǒng)的晶閘管散熱器大相徑庭。這就帶來了兩個(gè)問題：晶閘管散熱器的裝配問題，晶閘管功率柜的結(jié)構(gòu)問題?，F(xiàn)在這個(gè)問題解決了，鞍山歐博達(dá)研制了一種鋁型材熱管，外形與普通鋁散熱器一樣，但是具有熱管一樣的特性，熱阻小，傳熱效率高，是新一代勵(lì)磁熱管散熱器，如下圖所示。如果有了這種熱管，我們就可以按照普通鋁型材散熱器來裝配熱管功率柜，可以裝配成自冷功率柜，也可以裝配成風(fēng)冷功率柜，勵(lì)磁廠家可以安全按照市場要求和技術(shù)要求以及成本要求自己選擇，用戶可以不關(guān)心晶閘管散熱器類型，就如同我們買筆記本電腦時(shí)不關(guān)心CPU是否采用的是熱管散熱器一樣。用戶關(guān)心的是勵(lì)磁功率柜的可靠性和檢修簡單性，用戶最希望得到免維護(hù)的功率柜，一個(gè)不需要吹灰的功率柜，這也正是勵(lì)磁廠家的責(zé)任。新一代型材熱管