（山东能源重装集团通力装备制造有限公司 271100）
摘要：目前变频器应用广泛，使得煤矿设备自动化程度越来越先进，但变频器的散热是制约变频器发展的一个难题，尤其是在环境恶劣的条件下，问题显得更加突出。
关键词：变频器、散热、热阻
变频器是精密的电子设备，其内部的电子器件的性能与温度密切相关。为了保证器件正常运行，必须规定最高允许温度。温度过高，器件特性与参数将要发生变化，甚至导致器件产生永久性的烧坏现象。由于井下环境恶劣，散热条件差，因此散热问题是井下变频器遇到的最大难题，本文针对这一问题进行研究。
1.散热系统概述
在变频器内部逆变模块是发热最大的器件，它约占整个变频器所有散热量的一半：整流模块也是发热相当大的，它所发的热量约占整个变频器的45％；而剩下的5％则是电解电容、充电电阻、均压电阻以及印制板上的发热元件等所发生的热量。
热传输遵从热路欧姆定律：
ΔT=Q*R
式中：ΔT---温度差，℃；
Q-----功率损耗，即热流W；
R----热阻，℃/W。
热阻是评价散热器优劣的重要指标。根据上式看出，热阻越小，传递一定的热量，散热器两端的温差越小，电子器件表面的温度越低。电力电子器件的发热要散发到环境空气中去主要存在三级热阻：第一级为硅芯片PN结到器件基板的热阻，第二级为器件基板与散热器界面脚的接触热阻，第三级为散热器到环境空气间的热阻。电子工业本身在设计和封装过程中解决第一级热阻，第二级是材料和机械加工业的任务，这两类热阻相对简单，变化不大。而散热器到环境空气的热阻是多种变量的函数，与材料的导热性，结构形状，散热表面积，空气对流情况和温差等因素有复杂关系，这项热阻简称为散热器热阻。
如何减小第三级热阻，是散热的关键问题。为减小散热器热阻，要解决以下两个问题：第一是散热器类型的选择即选型；其二是散热器的设计。
2、热阻器的选型
散热材料通常选用铜或铝，但受其导热性和加工工艺的限制，散热效果有限。热管是一种新型的散热器件，导热性极好。例如，有20W的热量，要传0.5m远，分别用直径12.7mm的铝棒和同样直径的热管来传递，那么铝棒两端温差为460℃，热管两端温差仅6℃。一般来说，热管的当量导热系数k是铜、铝的2～3万倍。
热管的强导热能力这是由它的结构和工作原理所决定的，典型的热管是根密封的真空金属管，内部有多孔毛细结构并充有少量的工作液。按其作用，热管分成三段：蒸发段，绝热段和冷凝段。工作过程如下图1所示，与热源靠近的一段（蒸发段）内的液体吸热而蒸发，蒸汽携带汽化潜热经空腔流向另一段（冷凝段），汽体经管壁与外界冷媒体换热放出潜热而完成了传热任务，冷凝成液体，经毛细结构的抽吸力量或重力回流到蒸发段进入下一个工作循环。
（5）接触热阻R7
对于两个固体之问的导热情况是比较复杂的。不论固体表面加l：的多么平整、光洁，实际总是存在不平度和粗糙度，因此在同体表面之间不可能达到完令密合，而是只存在很多接触点。固体表面之间的传热，是由这些接触点的热传导、两表面包围着的空腔气层导热和表面之问的辐射换热所组成。由于固体表面之间实际接触而积不大以及气层导热系数很低，因此构成了固体表面之问传热的接触热阻。从热管到热管散热器的过程不仅要有好的结构形式，还要充分考虑接触热阻的影响。接触热阻与表面加工精度以及光洁度（表面不平度与粗糙度）、表面硬度。施加于物体表面的接触压力、物体材料和气层的导热系数以及表面是否形成氧化膜等多种因素有关。
散热器主要包括三部分接触热阻：加热段接触热阻包括IGBT与接触块问的热阻、接触块与热管之间的接触热阻；冷凝段的接触热阻是热管与翅片之间的接触热阻。
热管与接触块之间的热阻占总热阻的比例较大，可以把把热管与接触块做成整体以后，接触热阻明显下降，因此接触块与热管之问的热阻通过整体加工方法得到了彻底的解决；加热块与IGBT之间的接触热阻，由于目前的电子元件的加工是和散热系统的加工分开的，暂时还没有办法彻底解决；目前所能采取的比较有效的方法是在接触表面加一层导热和电绝缘性均好的介质以强化传热；冷凝段的接触热阻是热管与翅片之间的接触热阻，由于加工工艺和成本的考虑，目前一般采用胀接技术。
4.总结
随着自动化领域不断发展，变频器的发展也在不断推陈出新，功能也越来越强大，可靠性也相应提高，通过对变频器散热性能的研究，对内部元器件的使用寿命起到良好的保护，提高了变频器的整体性能。
论文作者:王鑫,亓俊峰,张庆
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/27
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