微热管阵列在轻轨车辆IGBT自然冷却系统应用研究

苏增强，战乃岩*，邓育峰，张小龙，吴思洁

1吉林建筑大学 市政与环境工程学院,吉林 长春 130118 2多伦多大学 土木与矿物工程系,多伦多 M5S 1A4.

0 引言

电力牵引技术安全、经济、可靠,对环境影响小,因此,电车或轻轨车辆(LRV)成为城市交通危机的重要补救措施之一[1].目前,LRV普遍使用的逆变器技术是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)[2].然而,随着所需功率的不断增加和可用容量的减少,IGBT功率模块不断朝小型化、轻型化、精致化方向发展,其热通量不断增加[3-6].目前进一步提高功率密度的限制主要是最高工作结温和热脉动[4],因此,将逆变器系统的IGBT有效冷却及工作结温维持在安全值至关重要[5,7].

常用的冷却技术有液体冷却、强制风冷和自然风冷.液体冷却性能稳定,但效率低,对密封要求高,且大量的工质会增加LRV加速和制动阶段的负荷[8];强制风冷系统简单,但风扇能耗大、易出现故障,噪声大[4];自然风冷具有低噪声、故障少的优点[2],LRV上的无风扇冷却技术辅以车辆的运行可发挥更好性能[4],而具有热管的自然冷却系统效率更高[9].

绝大多数IGBT的研究主要集中在主电路的设计和控制上,对冷却系统的研究较少[10].但具有热管的自然冷却系统已在许多城市广泛应用于LRV,也存在大量研究文献[11]介绍了中国研制的热管自然冷却系统产品,还给出了一些热管模型的结构和6 m/s速度下的自然冷却热阻,预测了具有热管的自然冷却系统的应用前景.文献[12]利用Fluent软件模拟了车辆在正向和反向低速……