高速列車牽引變流器中IGBT的相變冷卻實驗研究*

寧 珍，張永恒，劉軍強，唐 強

(1.蘭州交通大學 機電工程學院，甘肅 蘭州 730070;2.鐵道車輛熱工教育部重點實驗室(蘭州交通大學)，甘肅 蘭州 730070)

1 引言

現階段，列車高速化成為鐵路行業的主流，大功率電力牽引系統成為高速列車的原動力，其中以交流傳動作為牽引傳動方式的高速列車占據重要地位。在交流牽引傳動系統中，牽引變流器發揮重要作用，牽引變流器中的核心部件IGBT在列車運行過程中不斷地進行開關切換，在開啟和關斷的瞬間會產生大量的熱，這些熱量若不及時散發出去，功率元件IGBT會產生嚴重熱疲勞，甚至可能由于過熱而燒壞，這樣不僅影響到牽引變流器的正常工作，更危及整個列車運行的安全穩定性，因此，怎樣使牽引變流器中功率元件IGBT的工作熱量更有效、更及時地散發出來成為關鍵問題所在。

近年來，隨著電子元器件的冷卻技術迅速發展，相變冷卻在機車變流器中已得到應用，它的實現方式主要有熱管冷卻系統和浸泡式冷卻系統［1］，兩者的絕緣程度都很低，主要用于待冷卻的點不是很多，熱流密度高的場合，后者的維護操作不便。端震［2］等人以無水乙醇為工質，對垂直帶有微槽群的紫銅基板表面的相變換熱的特征進行了實驗研究，實驗結果表明帶微槽表面紫銅基板的換熱強度高于光滑表面的池沸騰換熱強度，未考慮冷凝器的換熱強度對沸騰換熱的影響。P.G.ANJANKAR［3］等人對在不同工質流量、加熱功率和熱管長度下的熱管傳熱性能進行了研究，得出了最優傳熱方案，未研究蒸發段的微槽結構可提高熱流密度。……