机车变流装置功率模块的传热特性数值研究

李莎，宋智龙，余以正

(1.中车永济电机有限公司，陕西 西安 710016;2.中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春130000)*

随着我国铁路的高速发展，变流装置已经成为铁路机车交流传动系统的最重要部分之一.机车变流装置功率模块(含有IGBT、二极管等电力电子开关器件)作为机车中能源变换与传输的核心器件，近年来由于开关频率的提高及开关容量的增加，导致其正常工作下发热量及温度急剧上升，由此严重影响了产品的质量及可靠性［1］.为解决机车变流装置功率模块的过量发热问题，使其能够更好地发挥应有的作用，必须采取措施对功率模块开关器件进行冷却以提高使用效率.

当功率模块封装外壳温度超过80℃时，其内部的结点温度就很可能大于120℃，这使得变流装置中功率模块的失效率高达95%［2］.只有保证其封装外壳温度低于80℃的条件下运行，才能保证功率模块的正常运行［3］.Peters等人［4］运用环状热管空气冷却散热器对大功率模块的进行冷却研究，结果显示具有较好的散热效果.Ester等人［5］采用自由射流和高压喷雾的方法对功率模块进行冷却实验研究，结果显示高压喷雾对于模块的散热有着较好的效果.张龙燕等［6］采用数值模拟方法对大功率变流装置功率模块进行了仿真分析，事实证明了液冷板对功率模块散热设计的准确性及可行性.

本文在HXD3C型机车变流装置功率模块(以下简称，HXD3C型功率模块)对冷却系统影响研究的基础上［7］，采用空-水冷实……