автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Охлаждающие устройства полупроводниковых преобразователей на основе модулей IGBT для вспомогательного электропривода электровозов

На правах рукописи

ТИМОФЕЕВ АЛЕКСЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

ОХЛАЖДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ МОДУЛЕЙ IGBT ДЛЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЭЛЕКТРОВОЗОВ

Специальность 05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» (ПГУПС) на кафедре «Теплотехника и теплосиловые установки»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор КИСЕЛЕВ Игорь Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор МАЗНЕВ Александр Сергеевич

кандидат технических наук, старший научный сотрудник СЫРКИН Борис Лазарьевич

Ведущая организация - «Московский государственный университет путей сообщения»

Защита состоится« № » О_ 2005 г. в /Ъ на заседа-

нии диссертационного совета Д 218.008.05 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 9, ауд5-407.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан « 2.*^ » 2005 г.

За Учен*» секретаре диссертационного совета д.т.н., профессор

И.А.Иванов

Подписано к печати

Печать-ризография. Бумагадая множит, апп. Тираж 100 экз. Заказ № к34.

Формат 60x84 1\1б

СР ПГУПС 190031, Санкт-Петербург, Московский пр. 9

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Развитие силовой полупроводниковой техники, широкое внедрение ее практически во все сферы производства и на железнодорожном транспорте, расширяющееся использование современных преобразовательных устройств в том числе для вспомогательного электропривода электровоза требует создания новых компактных, эффективных и надежных охладителей.

Система вспомогательных машин является важным узлом в общем комплексе оборудования подвижного состава. Надежность вспомогательного электропривода имеет большое значение для обеспечения нормальной работы основных узлов электровоза - оборудования главного привода и автотормозов. Вспомогательные механизмы электровоза и их приводы расположены в кузове электровоза и охлаждаются в одних случаях наружным воздухом, в других - воздухом внутри кузова. На основе обширного опыта испытаний и эксплуатации электровозов переменного тока превышение температуры воздуха в кузове по отношению к температуре наружного воздуха считают равным примерно 20°С. Поэтому наибольшую сложность представляет охлаждение оборудования обдуваемого внутрикузовным воздухом, где расчетную температуру окружающего воздуха принимают равной 60°С.

Современные полупроводниковые преобразователи, внедряемые на железнодорожном транспорте, в основном, строятся на модульной базе. За рубежом и в России широко используются биполярные транзисторы с изолированным затвором (ЮБТ). Обеспечение нормального теплового режима при работе силовых модулей ЮБТ приводит к необходимости их охлаждения. Любые охлаждающие устройства в конечном итоге отдают теплоту окружающему воздуху. Проблема охлаждения заключается в необходимости отвода значительного количества теплоты с

поверхности ограниченной контактной поверхностью модуля. Сравнительно небольшие размеры модулей при высокой плотности теплового потока требуют разработки специальных охладителей, способных эффективно отводить теплоту в различных режимах работы.

Выбор и эффективность системы охлаждения силовых полупроводниковых преобразователей железнодорожного транспорта в большой мере определяет надежность их работы, габариты и технико-экономические показатели. При этом важным аспектом является разработка охлаждающих устройств с малыми массогабаритными показателями, дешевых и технологичных в изготовлении.

Выпускаемые отечественной промышленностью охлаждающие устройства и системы для полупроводниковых преобразователей уже не отвечают современным требованиям, а серийные устройства для воздушного охлаждения модулей малоэффективны. Поэтому является актуальным разработка новых более эффективных охлаждающих устройств для повышения надежности работы силовых модулей IGBT и соответственно вспомогательного привода в целом.

Цель диссертационной работы - исследование теплового состояния модулей IGBT при различных способах охлаждения и разработка групповых охладителей испарительно-воздушного типа для модульных полупроводниковых устройств вспомогательного привода электровозов отечественных железных дорог.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработана методика расчета температурных полей модулей ЮВТ, применяемых на железнодорожном транспорте, при работе их в стационарном и нестационарном тепловых режимах с различными способами охлаждения.

2. Предложена уточненная методика расчета гидродинамической устойчивости охлаждающих устройств с промежуточным двухфазным

теплоносителем при секционировании конденсатора для повышения их эксплуатационной надежности.

3. Получены новые характеристики охлаждающих устройств модулей ЮБТ для вспомогательного электропривода электровоза, в том числе при разгерметизации конденсатора охладителя.

Практическая ценность.

1. Предложены новые конструкции и технология изготовления групповых охладителей типа «двухфазный термосифон» для модулей ЮБТ, охлаждаемых нагретым внутрикузовным воздухом.

2. Предложена технология заправки промежуточным теплоносителем, вакуумирования и герметизации группового охладителя.

3. Разработана конструкция конденсатора охладителя повышенной надежности. Конструкция защищена патентом на полезную модель Яи 30464 и1.

Реализация результатов исследования:

1. Материалы диссертации использованы при разработке охлаждающих устройств преобразователя вспомогательного электропривода электровоза ЭП 200, который успешно прошел ходовые испытания.

2. Партия охладителей типа «двухфазный термосифон» для модулей ЮБТ новой конструкции изготавливалась по предложенной новой технологии.

Апробация работы - основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной конференции г.Шецин (Польша) Об сентября 2001 г., на международном симпозиуме «Екташ - 2001», ПГУПС, 24 октября 2001 г., на научно-технических конференциях «Неделя науки» в ПГУПС в 2000 - 2004 г., межвузовской научно-технической конференции «Шаг в будущее» 02 апреля 2003 г., на международном симпозиуме «Екташ - 2003 г.»,

ПГУПС 23 октября 2003 г., на расширенном заседании кафедры «Теплотехника и теплосиловые установки» ПГУПС 24 декабря 2004 г.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в семи печатных работах, из них одна работа на английском языке и двух патентах на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 93 наименований и 4 приложений. Она изложена на 123 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков и 12 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение. Рассмотрена актуальность проблемы. Сформулированы основные цели, задачи и методика исследований, а также научная новизна и практическая ценность работы.

1. Состояние вопроса и постановка задач исследования Любой процесс преобразования энергии сопровождается потерями. Наличие потерь энергии вызывает нагрев отдельных деталей и узлов энергоустановок, при этом возникает проблема охлаждения наиболее нагретых деталей. Эти вопросы имеют большое значение для транспортных энергоустановок которые работают в условиях неустановившихся режимов работы. Знание температурных полей позволяет выбрать необходимую систему охлаждения. На электровозах принята воздушная система охлаждения, где теплота воспринимается непосредственно воздухом и рассеивается в атмосфере.

Расход энергии на охлаждение электротехнического оборудования электровозов достигает 10 % ... 15 %. На электровозах переменного тока применяются нерегулируемые системы охлаждения, которые рассчитываются исходя из максимальной нагрузки основного силового электрооборудования. Известно, что доля такой нагрузки состав-

ляет 5 ... 10 % времени работы электровоза, поэтому эти системы имеют завышенный расход энергии на собственные нужды.

На современных локомотивах используют централизованное воз-духоснабжение в системе вентиляции. Такая система используется на тепловозе ТЭП70. Подобной системой Коломенский завод оборудовал электровоз переменного тока ЭШ00. Система охлаждения использованная на электровозе ЭП200, позволяет применить централизованное регулирование частоты вращения вентилятора в зависимости от нагрузки тягового электрооборудования, что снижает в 2 и более раз общий расход энергии потребляемой электровозом на работу системы централизованного охлаждения.

Для охлаждения тяговых электродвигателей и силового электрооборудования на электровозе ЭП200 установлены два вентилятора, которые имеют привод от специально разработанных двигателей мощностью по 110 кВт и частотой вращения 3000 об/мин. Для питания этих двигателей на электровозе установлено два преобразователя собственных нужд, выполненных с использованием модулей ЮВТ.

Модули выполняются в прочном пластмассовом корпусе с паяными контактами и изолированным основанием. Все электрические контакты находятся в верхней части корпуса. Отвод теплоты осуществляется через основание. В виде модулей оформляются отдельные функционально законченные устройства. Среди таких устройств наиболее распространенными являются однофазные и трехфазные диодные, тири-сторные и транзисторные выпрямители и инверторы.

Исходя из эксплуатационных данных ведущих фирм, создание вспомогательного электропривода на модулях ЮВТ более прогрессивно, при этом система будет обладать двумя преимуществами, наиболее важными в эксплуатации. Первое - это меньшее число элементов, а значит, и более высокая надежность, второе - повышенный общий КПД

электрической цепи. Модули IGBT имеют малые коммутационные потери, при этом цепи управления потребляют минимальную мощность.

Традиционное воздушное охлаждение сдерживает возможности применения модулей на большие токи, так как относительно низкая теп-лоотводящая способность цельнометаллических охладителей не позволяет увеличивать ток модуля простым увеличением поверхности теплоотдачи. Плотность теплового потока на поверхности теплоотвода таких модулей может достигать 700 кВт/м2, при этом температура структуры транзистора не должна превышать допустимую.

Необходимость в отводе значительных тепловых потоков от модулей 1GBT, сравнительно небольшие размеры модулей при высокой плотности теплового потока требуют разработки специальных охладителей, способных эффективно отводить теплоту в различных режимах работы модулей. В настоящее время этим качествам отвечают охладители типа «двухфазный термосифон».

Вопросами разработки полупроводниковых преобразователей для транспорта с различными системами охлаждения в России занимаются организации: АО «Электровыпрямитель» (г.Саранск), АО ВЭлНИИ (г.Новочеркасск), ЗАО «ЭПРО» (г.Санкт-Петербург), НИИЭФА, ВЭИ, МЭИ, МГУПС, ПГУПС. За рубежом наилучшие разработки выполнили фирмы: Альстом, Дженерал Электрик, Тошиба, Мицубиси дэнки, Сименс и другие.

Над созданием отечественных охлаждающих устройств, использующих эффективные способы охлаждения, работал целый ряд российских ученых: Бабайлов В.М. (ВЭИ) - тепловые трубы; Иванов В.И., Ха-зен ММ (ВНИИЖТ); Исакеев А.И. (ЛТИХП) Осипов Ю.В. (АО «Электровыпрямитель»), Киселев И.Г., Буянов А.Б, Филатов В.В., Никольский Д.В. (IIIУПС-ЛИИЖТ) - двухфазные термосифоны. Из современных зарубежных исследователей можно выделить Конрада С. (Сименс).

2.Теорстнческяс исследования тсоловьд ооодессов в МОДУЛЯ» IGBT

При разработке инверторов на базе модулей IGBT принципиальное значение имеет выбор системы охлаждения. Сложная система охлаждения может увеличить габариты и массу всей установки, в тоже время компактная система может вызвать перегрев и повреждение полупроводниковых элементов. Отсутствие теоретических работ по тепловому поведению модулей ЮВТ, кроме работы С.Конрада, где поставленные отдельные задачи решаются методом электромоделирования, заставляет рассмотреть особенности строения модуля ЮВТ. Впервые модуль ЮВТ подробно исследован и построена модель для расчета тепловых процессов (рис. 1).

Разработаны численные методики расчета стационарных и нестационарных температурных полей модуля ЮВТ, основанные на разностном методе решения сформулированных задач. Полученные системы уравнений решались методом улучшенных итераций (метод Зейделя).

Для решения сформулированных задач была составлена программа. Целью исследования являлось определение влияния различных сис-

тем охлаждения на стационарное и нестационарное температурное поле в зависимости от системы охлаждения. Моделирование системы охлаждения производилось с помощью численного варьирования коэффициента теплоотдачи а, который изменялся в широких пределах 100...3000 Вт^'К), что соответствовало интенсивному воздушному охлаждению модуля (нижнее значение а), или жидкостному и испарительному охлаждению (верхнее значение а). Результаты расчетов представлены на нижеследующих рисунках 2 и 3. При этом рассеиваемая мощность не изменялась в процессе нагрузки модуля.

Для решения стационарной задачи в принципе можно применить любой метод решения, однако, если учесть, что стационарная задача является частью общей нестационарной задачи, то методически правильно будет использовать общий метод решения этих задач.

Сформулируем нестационарную задачу теплопроводности для преобразовательного элемента модуля IGBT:

д , , дЪ , „ дЪ М -х— )-CiPi —х— дх дх от

где i = 1...6, индекс «i» относится к соответствующему элементу структуры (см. рис.1). Начальные условия:

Ti = f(x, i)=0, прит = 0.

Граничные условия:

х, = q(t), q(t) = const, x = 0;

ox

h =h -Ц®- ,T,(t) = T:(t)Ix = xI;

ox ax

Рассматривается нестационарная задача теплопроводности нагрева элемента модуля до стационарного температурного состояния при различных условиях охлаждения, интенсивность которого характеризуется коэффициентом теплоотдачи а. Как и при расчетах стационарной задачи значение а изменялось в пределах 100... 3000 Вт/м3К). Пульсацией температуры полупроводниковой структуры пренебрегаем.

При использовании метода конечных разностей вид разностных уравнений зависит от расположения расчетной точки. Используем неявную разностную схему.

Температура для всех внутренних точек разностной схемы вычисляется по формуле:

Результаты расчета переходного теплового сопротивления (импеданса) при различных способах охлаждения показаны на рис.2. При расчетах принималась Тер « 40°С, Р = 100 Вт.

Импеданс, ,0о К/Вт

10'

\0

-_—: "1 пш|| Г |1ПГ11|' 1"1 !!ПШ| 1 1 ! ПГ£

- ___„«о-Г.''

_ 4

; у // // 7 >/ // ' ' ...... 1 1 мни! | ишп! 1. 1 шн

10

Ю-2

ю1

10й

ю1

Время, с

Рис. 2 Переходное тепловое сопротивление (импеданс) яри различных способах охлаждения 1 -а-100 Вт/^К), 2-а-1000 Вт/(л^К), 3-а- 2000 Вт/(м*К), 4-а-3000 Вт/(*К), 5 - экспериментальные данные завода-изготовителя.

Из рисунка следует, что в начальной части графика до времени 10"' с система охлаждения роли не играет и процессы изменения температурного состояния модуля не выходят за пределы его конструкции.

Расчеты показали, что изменение температуры нижнего медного основания подложки происходит с задержкой в 1 с после подачи импульса мощности. Наиболее интенсивный рост температуры происходит в течении первых восьми секунд. Расхождение результатов расчета с паспортными данными завода-изготовителя модуля IGBT, полученными экспериментально, составляет 5 %.

Температура в каждой внутренней точке для стационарной задачи рассчитывается по разностному уравнению:

Расчет температурного поля, как и в первом случае, выполняется при условии, что выделяется мощность Р= 100 Вт и температура воздуха +40°С.

Как показывают результаты расчета интенсивное воздушное охлаждение а - 100 Вт/м3К) не обеспечивает необходимых значений предельной температуры. В таких случаях модуль явно выходит из строя

Малоинтенсивное жидкостное охлаждение а" 1000 Вт/(»А0 ив = 2000 Вт/м3К) также неэффективно и вызывает перегрев модуля. Допустимые значения дают только а = 3000 Вт/м3К) и более, что характерно для интенсивного жидкостного охлаждения или испарительного охлаж-

дения. Таким образом, длительная работа модуля IGBT под нагрузкой, в пределах максимально допустимой мощности возможна только при испарительном или интенсивном жидкостном охлаждении.

На основе исследований проведенных в данной главе в качестве охладителя для модулей IGBT рекомендован «двухфазный термосифон» (ДТС), реализующий испарительное охлаждение.

3. Тепло-массообменныс проиессы в охладителях типа «двухфазный термосифон» для модулей IGBT

В последние годы, в связи с изменением элементной базы происходило интенсивное развитие систем охлаждения по пути интенсификации теплообмена от более простых одноконтурных к более сложным двухконтурным с двухфазным промежуточным теплоносителем.

Конструктивно такие охладители различаются по размерам, конфигурации ребер и материалу. Для их изготовления применяют материалы с высокой теплопроводностью, например медь X = 360 Вт/(мК) или сплавы на основе алюминия X = 160 ... 220 Вт/(мК).

В ДТС различают три основных зоны: испаритель, в котором происходит нагрев промежуточного теплоносителя до кипения; конденсатор, предназначенный для охлаждения паров теплоносителя и паро-жидкостный тракт (канал или комбинация каналов, часто исполненная в виде коллектора), выполняющий транспортную функцию. Конденсат в зону испарения (кипения) возвращается за счет гравитационных сил.

Достоверность расчета теплоперадющей способности, принятой конструкции охладителя, зависит от выбранных формул, описывающих теплообмен в испарителе и конденсаторе. Для разрабатываемого варианта группового охладителя на основе критического анализа известных формул выбраны следующие зависимости.

Расчетная формула теплоотдачи при кипении записывается в виде уравнения Розеноу с уточнением его коэффициентов:

Средний коэффициент теплоотдачи для вертикальной стенки кон-

денсатора ВЫСОТОЙ / С учетом впттпнпт трдрнт/ГЯ-

а, -1 15^7—гЙРжУ— 2 ' цЛ-».) •

(2)

Расчет среднего коэффициента теплоотдачи при свободном дви-

ЖРШТН ЯтТТЛ/УЯ тшпттк прЯштгтпй ггпяр.пумпгти яктттптшстр^пст ттп гЬппмллтр.*

N4* = О^Сг^^Рг^0*, (3)

где ,

от,- лЩА1 ,

Рг,

= V»

о- 1

Т. '

РГс

(к

дт=тс-т,.

ПрИ вынужденно^ тттд^^итлтт т*ттт\лга ттппт. ги^ (лптдгтптд ггг»т*/^тлуттг»г,'гт;г

N1^ = 0,0296 Яежх0ЛРгжМЗ(Рг^Ргс)0'25, (4)

N11«,

= 0x4

V.

Не*

=

РГс =

= V-

ае

■ пр— 1.25 а*,

Оз =

Дср.лп

Оср.пр. - приведенный коэффициент теплоотдачи ребристой поверхности.

13

В конечном итоге теплового расчета оценивается тепловое сопротивление охладителя по формуле:

_А_ + —1— + _1_ + ., 8* + —I—

Х.Б, 01 ь о2 Рз ХРз а3Р4 '

(5)

где Ям - -щ- - тепловое сопротивление теплопроводности испари-

тепловое сопротивление теплоотдачи при кипении;

- тепловое сопротивление теплоотдачи при конденсации;

- тепловое сопротивление теплопроводности конден-3 сатора;

- -^р- - тепловое сопротивление теплоотдачи охлавдающе-3 4 му воздуху,

аь...,аз - находятся по формулам (1)... (4), р|,...,р4- соответствующие поверхности теплообмена.

Рцдродянжмжческжя устойчивость работы пярожидкостного тракта. В конденсаторе имеет место встречное движение пара и конденсата. На устойчивую работу парожидкостного тракта влияют геометрические размеры труб (каналов) конденсатора. Их подбирают так, чтобы падение давления и следовательно температуры пара было минимальным. Поперечные размеры труб конденсатора определяются на основе расчета потоков пара и конденсата. Толщина стекающей в трубе конденсатора пленки жидкости мала по сравнению с площадью поперечного сечения трубы.

Срыв капель в каналах конденсатора недопустим, т.к. это может привести к осушению испарителя и нарушению устойчивой циркуляции

и следовательно работы всей системы охлаждении преобразовательной установки.

При встречном течении жидкости и пара начало видимого срыва капель соответствует известному равенству, полученному из уравнения С.С.Кутателадзе:

ц дго^ Рп = 3 74 Г в"

в! > •

(6)

где в/ - объемный расход жидкости, отнесенный к периметру смачивания, м3/(м"с).

При пленочной конденсации пара на вертикальной стенке высотой / объемный расход

Недостатком ДТС является возможность потери вакуума в эксплуатационных условиях. Тогда охладитель значительно теряет тепло -передающую способность и работает как монолитная система, по которой тепловой поток передается путем теплопроводности. После разгерметизации охладителя по прошествии некоторого времени модуль ЮВТ выйдет из строя.

Исключить явление полной разгерметизации охладителя оказалось возможно, применив его секционирование. При частичной потере вакуума секционирование группового охладителя не допускает значительного увеличения температуры модуля. Ниже приведена уточненная методика расчета гидродинамической устойчивости для групповых охладителей, содержащих несколько модулей ЮВТ. Расход промежуточного теплоносителя в групповом охладителе:

где Qi - мощность тепловыделения от одного модуля.

Расход промежуточного теплоносителя проходящего в одном канале коллектора:

где П| - число конденсаторов в одной секции;

п2 - общее число секций в групповом охладителе. Площадь поперечного сечения одного канала:

средняя скорость пара:

объемный расход пара при пленочной конденсации на вертикальной стенке высотой /(из ур-ия 7):

где Ь- площадь поверхности конденсации одного конденсатора; Пз - число работающих секций.

Критичег^асг

ПГПППСТТ. ТТЯПЯ Т Г \ I) I П Ч Г ли

- 3,74 (р«/0/)1Д Чвг 6 (рж - Рд)

Условие устойчивой работы конденсатора ЭДГ,« > V,,.

Изготовленный по приведенным расчетным параметрам ДТС был выпущен серийно и хорошо зарекомендовал себя в процессе эксплуатации.

Избежать явления срыва капель в конденсаторе возможно, если организовать контур циркуляции промежуточного теплоносителя, исключив тем самым встречное движение пара и конденсата

Чтобы разделить потоки пара и конденсата в коллекторе охладителя, изготовленного для вспомогательного привода электровоза ЭП200, предусмотрены дополнительные каналы транспортирующие конденсат из нижней части конденсатора в испаритель. Диаметры этих каналов подобраны таким образом, чтобы суммарная площадь их поперечных сечений равнялась суммарной площади основных каналов для выхода пара.

Результаты расчета гидродинамической устойчивости парожидко-стного тракта представлены на рисунках 4 и 5.

Скорость 2,5 пара V/, м/с

2,0

1,5

1,0

0,5

Площадь поперечного сечения парожидкостного тракта ГШ4, м2

Рис. 4. Определение устойчивой работы конденсатора при различной площади поперечного сечения парожидкостного тракта.

17

2 4 6 8

Скорость napa W, м/с

Устойчивая зона

Неустойчивая зона

1,0

0,5

0

Число секций конденсатора, шт.

Рис. 5. Определение устойчивой работы конденсатора при его секционировании.

4. Экспериментальные исследования охладителей типа «двухфазный термосифон» для модулей ЮВТ

Испытаниям подвергался охладитель типа «двухфазный термосифон», изготовленный из алюминиевого сплава АД-31.

Целью испытаний являлось определение тепловых характеристик образца нового охладителя для модулей ШБТ при различных скоростях охлаждающего воздуха между ребрами конденсатора = 3 м/с, б м/с и 12 м/с и различных температурах охлаждающего воздуха перед охладителем кГ+20°С и +40°С, отработка технологии заправки охладителя промежуточным теплоносителем, определение характеристики охладителя в случае аварийной разгерметизации и при одновременном отключении системы принудительного обдува

Во время испытаний конденсатор опытного охладителя располагался в пространстве соответствующем своему рабочему положению. Токоведущие шины, испаритель и прижимное устройство были покрыты асбестовым слоем теплоизоляции. Измерение температуры осуществля-

лось с помощью термопар установленных в пазах 1,5 х 1,5 мм на расстоянии 5 мм от центра поверхности нагрева.

Экспериментальные исследования показали, что при различных условиях охлаждения для снижения мощности двигателя вентилятора целесообразно ориентироваться на скорость охлаждающего воздуха У^ - 6 м/с. Предлагаемая конструкция охладителя имеет значительную инерционность (около 2,5 часа), что позволяет, используя систему диагностики, найти несправную конструкцию до выхода модуля из строя. Получены зависимости теплового сопротивления охладителя от отводимой мощности потерь при наличии и отсутствии теплоносителя и при различных способах охлаждения. Результаты испытаний представлены на рис. 6. Относительная погрешность измерения температуры составила ±0,13%.

5. Разработка охлаждающих устройств для вспомогательного электропривода на основе модулей 1СБТ для электровоза ЭП200

Предложена конструкция группового испарительно-воздушного охладителя типа «двухфазный термосифон», являющегося силовым элементом блока, на котором монтируются все модули ЮБТ, а также системы их управления и защиты.

Конструкция охладителя с модулем ЮБТ представлена на рис. 7.

иг

Рис. 7. Конструкция охладителя с модулем ЮВТ. / - модуль ЮВТ, 2 - испаритеяъ, 3 - коллектор. 4 - конденсатор.

Испарительно-воздушкый охладитель состоит из трех основных деталей: испарителя (2), коллектора (3) и оребернного конденсатора (4). Эти детали из алюминиевого сплава АД31 соединены между собой ар-гонно-дуговой сваркой. Масса охладителя составляет 4,2 кг., а его габаритные размеры - 194x285x70 мм. Тепловое сопротивление этого охладителя при средней скорости охлаждающего воздуха между ребрами конденсатора равной б м/с, его температуре перед охладителем - +65°С и отводимой мощности тепловых потерь -1000 Вт составляет 0,05 К/Вт.

Была разработана технология изготовления групповых охладителей для модулей IGBT. Технология изготовления и сборки групповых охладителей является характерной для производства сложных алюминиевых конструкций и использует соответствующие методы механической обработки частей и их сборку путем аргоно-дуговой сварки.

Вакуумирование внутренней полости охладителя предлагается выполнять выпариванием промежуточного теплоносителя с вытеснением воздуха из внутренней полости более тяжелыми парами теплоносителя.

Технология изготовления была практически опробована при изготовлении партии охладителей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты выполненной работы сводятся к следующему:

1. На основе критического анализа существующих систем охлаждения установлено, что для полупроводниковых преобразователей на базе модулей IGBT наиболее эффективным является испарительное охлаждение.

2. Исследование модуля IGBT и рассмотрение теплофизических свойств составляющих его частей позволило создать расчетную модель тепловых процессов. Результаты расчета, полученные на основе разработанной методики, позволили выбрать систему испарительного охлаждения на базе охладителей типа «двухфазный термосифон». Разница расчетных и экспериментальных данных составляет 5 %.

3. Исследования показали, что секционирование конденсатора повышает надежность работы всей системы охлаждения. Гидродинамическая устойчивость «двухфазных термосифонов» будет зависеть не только от геометрических размеров каналов, но и от числа работающих секций охладителя. Разработана уточненная методика расчета гидродина-

мической устойчивости таких устройств. Встречное движение пара и конденсата в охладителе возможно избежать, организовав контур циркуляции промежуточного теплоносителя.

4. Получены экспериментальные зависимости теплового сопротивления охладителя от отводимой мощности при наличии и отсутствии теплоносителя в корпусе ДТС. Относительная погрешность измерения температуры составила ±0,13%. Исследования показали высокие эксплуатационные качества предлагаемых конструкций ДТС.

5. Предложена технология изготовления и методика заправки промежуточным теплоносителем групповых охладителей типа ДТС для модулей IGBT.

6. Предложены новые конструкции ДТС для модулей IGBT. Кон-сфукции защищены патентами на полезную модель RU 41388 U1 и RU 30464 U1. Вторая конструкция отличается повышенной надежностью ДТС.

7. Материалы диссертации использованы при разработке охлаждающих устройств преобразователя вспомогательного электропривода электровоза ЭП 200.

8. Предполагаемый технико-экономический эффект от внедрения силового полупроводникового блока с испарительным охлаждением составит околоо 915 тыс.руб. в год на один электровоз.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

1. Тимофеев А.А. Силовые полупроводниковые блоки транспортного преобразователя с модулями типа IGBT / Труды молодых ученых, аспирантов и докторантов. Вып.5. - СПб: ПГУПС-ЛИИЖТ, 2001, с. 34 - 36.

2. Kisselev I., Buyanjv A., Timofeev A. Coolers for power semiconductor modules oa IGBT type. Filth international conf. INCONVENTIONAL

ELECTROMECHANICAL AND ELECTRICAL SYSTEMS, POLAND, sept 05-08,2001, p. 639 - 642.

3. Буянов А.Б., Тимофеев А.А., Двухфазные термосифоны для модулей IG6T вспомогательного электропривода электровоза ЭП200 / Тезисы докладов международного симпозиума «Eltrans - 2001, электрификация и развитие железнодорожного транспорта России. Традиции, современность, перспективы». - СПб: ПГУПС, 2001, с. 115.

4. Тимофеев А. А., Буянов А.Б. Испарительно-воздушный охладитель для модулей IGBT / Тезисы докладов 61 научно-технической конференции с участием студентов, молодых специалистов и ученых. - СПб.: ПГУПС,

2000, с. 32.

5. Тимофеев А. А., Буянов А.Б. Охладители для силовых полупроводниковых модулей типа IGBT / Тезисы докладов 61-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - СПб: ПГУПС,

2001, с. 56-57.

6. Патент на полезную модель 30464 (Россия) силовой полупроводниковый блок / Тимофеев А.А., Киселев И.Г., Буянов А.Б., Хохлов А.А. -Опубл. в Б.И. 2003, №18.

7. Киселев И.Г., Буянов А.Б. Тимофеев А.А. Технология изготовления охладителей для модулей IGBT вспомогательного электропривода электровоза / Тезисы докладов 2-го международного симпозиума «Eltrans -2003, электрификация и научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте». - СПб: ПГУПС, 2003, с. 98.

8. Патент на полезную модель 41388 (Россия) Охладитель для полупроводниковых приборов / Буянов А.Б., Тимофеев А.А., Суслова И.Н., Митрофанова И .В., - опубл. в Б.И. 2004, № 29.

Основные обозначения Ai, - температурный коэффициент; а - температуропроводность; с - удельная теплоемкость, Дж/(кгК); G - объемный расход, м3/с, л/мин;

23

g - ускорение свободного падения, м/с2* - высота, м; / - длина, характерный размер, м; М - относительная масса; m - масса, кг; Ер - коэффициент эффективности ребра; Fr площадь контактной поверхности СГШ, м2; Fj - площадь поверхности кипения промежуточного теплоносителя, м2; F3 - площадь внутренней поверхности конденсатора, м2; F4 - площадь наружной поверхности конденсатора, - площадь ребристой поверхности, м; FM - площадь поверхности стенки в промежутках между ребер, м; Pfcav) -мощность тепловых потерь СПП, Вт; Q - тепловой поток, Вт; q - плотность теплового потока, Вт/м2; Rubcf - установившееся тепловое сопротивление охладителя, К/Вт; т - теплота парообразования, Дж/кг; S - площадь, м2; Т - абсолютная температура, К; t -температура, °С; Vdh - средня скорость охлаждающего воздуха между ребрами охладителя; w - скорость, м/с; Zthh-cf - тепловой импеданс охладителя, К/Вт; а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2К); р - коэффициент объемного расширения, 1/К; 82 - средняя толщина стенки конденсатора, м; X - теплопроводность, Вт/(м К); ц - динамическая вязкость, Н с/м2; v - кинематическая вязкость, - плотность, - время, с; р - плотность, кг/м3; дТ - шаг по времени; h - пространственный интервал; © - приближенное значение температуры.

Числа подобия

Nu = al/K •- число Нусссльта; Re = w/Лт - число Рейнольдса; Pr=vcpA. -

число Прандтля; Gr=gpS/'/v2 - число Грасгофа

Сокращения

ДТС - двухфазный термосифон;

СПП - силовой полупроводниковый прибор;

IGBT - биполярный транзистор с изолированным затвором.

Индексы

в - воздух; вн - внутренний; ж - жвдкость;к - конденсация; н - насыщение; п - пар; р - ребро; с - стенка; ср - среда.

05.22

ВВЕДЕНИЕ.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1.Охлаждение энергетических установок электровозов.

1.2. Использование транзисторов IGBT для нужд электрической тяги.

1.3. Модули IGBT и проблемы их охлаждение.

1.4. Постановка задач исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ

В МОДУЛЯХ IGBT.

2.1. Конструктивные особенности модулей IGBT.

2.2. Постановка и решение краевых задач теплопроводности.

2.2.1. Стационарная задача теплопроводности применительно к модулю IGBT.

2.2.2. Нестационарная задача теплопроводности применительно к модулю IGBT.

2.3. Взаимная тепловая связь элементов модуля IGBT.

2.4. Выводы.

3. ТЕПЛО-МАССОБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ОХЛАДИТЕЛЯХ ТИПА «ДВУХФАЗНЫЙ ТЕРМОСИФОН» ДЛЯ МОДУЛЕЙ IGBT.

3.1. Теплообмен в испарителе двухфазного термосифона.

3.2. Теплопередача в конденсаторе.

3.3. Гидродинамическая устойчивость работы парожидкостного тракта.

3.4. Оптимизация заполнения двухфазных термосифонов промежуточным теплоносителем.

3.5. Исследование теплового сопротивления охладителя для IGBT.

3.6. Выводы.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОХЛАДИТЕЛЕЙ ТИПА

ДВУХФАЗНЫЙ ТЕРМОСИФОН» ДЛЯ МОДУЛЕЙ IGBT.

4.1. Исследование характеристик охладителя типа «двухфазный термосифон» для модулей IGBT при различных условиях охлаждения.

4.2.Исследование охладителя типа «двухфазный термосифон» в аварийном режиме.

4.3. Испытания опытных образцов охладителей типа ДТС и отработка технологии их заправки промежуточным теплоносителем.

4.4. Выводы.

5. РАЗРАБОТКА ОХЛАЖДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

НА ОСНОВЕ МОДУЛЕЙ IGBT ДЛЯ ЭЛЕКТРОВОЗА ЭП

5.1. Тенденции конструирования силовых полупроводниковых блоков с модулями IGBT.

5.2. Создание конструкции охлаждающего устройства для вспомогательного привода электровоза ЭП 200.

5.2.1. Разработка технологии изготовления охладителей для модулей IGBT.

5.2.2. Разработка технологии заправки промежуточным теплоносителем, вакуумирования и герметизации охладителя.

5.2.3. Методика оценки качественных показателей ДТС при изготовлении и в процессе эксплуатации.

5.3. Ожидаемый эффект от внедрения силового полупроводникового блока с испарительным охлаждением.

5.4. Выводы.

Актуальность исследований. Развитие силовой полупроводниковой техники, широкое внедрение ее практически во все сферы производства и на железнодорожном транспорте, расширяющееся использование современных преобразовательных устройств в том числе для вспомогательного электропривода электровоза требует создания новых компактных, эффективных и надежных охладителей.

Система вспомогательных машин является важным узлом в общем комплексе оборудования подвижного состава. Надежность вспомогательного электропривода имеет большое значение для обеспечения нормальной работы основных узлов электровоза — оборудования главного привода и автотормозов. Вспомогательные механизмы электровоза и их приводы расположены в кузове электровоза и охлаждаются в одних случаях наружным воздухом, в других -воздухом внутри кузова. На основе обширного опыта испытаний и эксплуатации электровозов переменного тока превышение температуры воздуха в кузове по отношению к температуре наружного воздуха считают равным примерно 20°С. Поэтому наибольшую сложность представляет охлаждение оборудования обдуваемого внутрикузовным воздухом, где расчетную температуру окружающего воздуха принимают равной 60°С.

Современные полупроводниковые преобразователи, внедряемые на железнодорожном транспорте, в основном строятся на модульной базе. За рубежом широко используются биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). Обеспечение нормального теплового режима при работе силовых модулей IGBT приводит к необходимости их охлаждения. Любые охлаждающие устройства в конечном итоге отдают теплоту окружающему воздуху. Проблема охлаждения заключается в необходимости отвода значительного количества теплоты с поверхности ограниченной контактной поверхностью модуля. Сравнительно небольшие размеры модулей при высокой плотности теплового потока требуют разработки специальных охладителей, способных эффективно отводить теплоту в различных режимах работы.

Выбор и эффективность системы охлаждения силовых полупроводниковых преобразователей железнодорожного транспорта в большой мере определяет надежность их работы, габариты и технико-экономические показатели. При этом важным аспектом является разработка охлаждающих устройств с малыми массогабаритными показателями, дешевых и технологичных в изготовлении.

Выпускаемые отечественной промышленностью охлаждающие устройства и системы для полупроводниковых преобразователей уже не отвечают современным требованиям, а серийные устройства для охлаждения модулей малоэффективны. Поэтому является актуальным разработка новых более эффективных охлаждающих устройств для повышения надежности работы силовых модулей IGBT и соответственно вспомогательного привода в целом.

Цель диссертационной работы - исследование теплового состояния модулей IGBT при различных способах охлаждения и разработка групповых охладителей испарительно-воздушного у типа для модульных полупроводниковых устройств вспомогательного привода электровозов отечественных железных дорог.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработана методика расчета температурных полей модулей IGBT при работе их в стационарном и нестационарном тепловых режимах с различными способами охлаждения.

2. Предложена уточненная методика расчета гидродинамической устойчивости охлаждающих устройств с промежуточным двухфазным теплоносителем при секционировании конденсатора для повышения их эксплуатационной надежности.

3. Получены новые характеристики охлаждающих устройств модулей IGBT для вспомогательного электропривода электровоза при разгермитезации конденсатора охладителя.

Практическая ценность.

1. Предложены новые конструкции и технология изготовления групповых охладителей типа «двухфазный термосифон» для модулей ЮВТ, охлаждаемых нагретым внутрикузовным воздухом.

2. Предложена методика заправки промежуточным теплоносителем, вакуумирования и герметизации группового охладителя.

3. Разработана конструкция конденсатора охладителя повышенной надежности. Конструкция защищена патентом на полезную модель 1Ш 30464 Ш.

Реализация результатов исследования:

1. Материалы диссертации использованы при разработке охлаждающих устройств преобразователя вспомогательного электропривода электровоза ЭП 200, который успешно прошел ходовые испытания.

2. Партия охладителей типа «двухфазный термосифон» для модулей ЮВТ новой конструкции изготавливалась по предложенной новой технологии.

Апробация работы - основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной конференции г.Шецин (Польша) 06 сентября 2001 г., на международном симпозиуме «Е11гаш - 2001», ПГУПС, 24 октября 2001 г., на научно-технических конференциях «Неделя науки» в ПГУПС в 2000 - 2004 г., межвузовской научно-технической конференции «Шаг в будущее» 02 апреля 2003 г., на расширенном заседании кафедры «Теплотехника и теплосиловые установки» ПГУПС 29 апреля 2003 г., на международном симпозиуме ЕкгапБ - 2003 г., ПГУПС 23 октября 2003 г. на расширенном заседании кафедры «Теплотехника и теплосиловые установки» 24 декабря 2004 г.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в семи печатных работах, из них одна работа на английском языке и двух патентах на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, основных обозначений, пяти глав, заключения, списка литературы из 93 наименований

Основные результаты выполненной работы сводятся к следующему:

1. Воздушная система охлаждения пролупроводниковых преобразователей имеет ряд недостатков: большие габаритные размеры, масса и металлоемкость. Охлаждение модулей IGBT этими системами не достаточно эффективно и не обеспечивает предельные параметры приборов.

2. Исследование модуля IGBT и рассмотрение тегатофизических свойств составляющих его частей позволило создать расчетную модель модуля. Результаты расчета поученные на основе разработанных численных методов позволили выбрать систему испарительного охлаждения на базе охладителей типа «двухфазный термосифон». Разница расчетных и экспериментальных данных составляет 5 %.

3. Секционирование конденсатора повышает надежность работы всей системы охлаждения. Гидродинамическая устойчивость «двухфазных термосифонов» будет зависеть не только от геометрических размеров каналов, но и от числа работающих секций конденсатора охладителя. При применении секционирования конструкции группового охладителя возможно «захлебывание» конденсатора. Предложена уточненная методика расчета гидродинамической устойчивости конденсатора.

4. Получены зависимости теплового сопротивления охладителя от отводимой мощности при наличии и отсутствии теплоносителя в корпусе ДТС.

Экспериментальные исследования показали высокие эксплуатационные способности предлагаемых конструкций ДТС в различных ситуациях.

5. Предложена технология изготовления и методика заправки промежуточным теплоносителем групповых охладителей типа ДТС для модулей IGBT.

6. Предложены новые конструкции ДТС для модулей IGBT. Конструкции защищены патентами на полезную модель RU 41388 U1 и RU 30464 U1. Вторая конструкция отличается повышенной надежностью ДТС.

7. Предполагаемый технико-экономический эффект от внедрения силового полупроводникового блока с испарительным охлаждением составит 914 790 рублей в год на локомотив типа ЭП200.

8. Материалы диссертации использованы при разработке охлаждающих устройств преобразователя вспомогательного электропривода электровоза ЭП 200.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Киселев И.Г. Охлаждение энергетических установок локомотивов. JL: 1984,-44 с.

2. Тихменев Б.Н., Кучумов В.А. Электровозы переменного тока с тиристорными преобразователями. -М.: Транспорт, 1988.

3. Бочаров В.И., Попов В.И., Тушканов Б.а. Магистральные электровозы переменного тока. Изд. 2-ое, переработанное. М.: Транспорт, 1976. - 480 с.

4. Некрасов O.A., Рутпггейн A.M. Вспомогательные машины переменного тока. -М.: Транспорт. 1988.

5. Арсеньев A.B. Пути совершенствования систем охлаждения силового оборудования. Материалы 22-ой сессии семинара «Диагностика электрооборудования». Новочеркасск. 22 27 сентября 2000 г. Известия вузов. Электромеханика 2000. - с. 90.

6. Рутпггейн JI.M. Выбор схемы вспомогательного электропривода электровоза ЭП 200 Сб.науч.тр. Всерос.н.и. и проект-констр. Ин-т электровозостр. 42. 2000. с.20.

7. Бурдасов Б.К. Преобразователь для привода вспомогательных машин электровозов переменного тока. Тезисы доклада на международном симпозиуме Eltrans 2001. - СПб.: 2001 г. - с. 106.

8. Подопросветов A.B., Морошкин Б.Н. Знакомтесь: пассажирский электровоз ЭП 200. Журнал «Локомотив» № 8 2002. с.32 -34.

9. Быстрыцкий Х.Я., Дубровский З.М., Ребрин Б.Н. Устройство и работа электровозов переменного тока. М.: Транспорт, 1970.-424 с.

10. Иванов В.И. Системы охлаждения полупроводниковых преобразователей устройств электрической тяги. М.: Транспорт, 1978.

11. Применение тяговых преобразователй на базе транзисторов 1GBT. -ж/д мира, 2002, № 5, 77, 8 ил. Рус. с.34-38.

12. Полупровдниковые системы регулирования электроподвижного состава. Сборник ВНИИЖТ. Вып. 636 под ред. Тихненева Б.Н. М.: Транспорт, 1981.

13. Электропоезда серий 423-426 (Германия). Triebzugfamilie Baurihen 423 bis 426 for DB region. Fair Peter. Elek. Bahnene 200. 38, N 5-6, 12 ил., табл. 5. с. 163-170, 272-273.

14. Гайгелькеттер И., Шпренгер Д. Железные дороги мира, 1999, № 12, 79. рус. с.38-39.

15. Перспективы развития компании ALSTOM, alstom aims for 20 % of world market. Int. Railway J. 1999. 39, N 5, French railway. Ind., с. 6 англ.

16. Применение транзисторов IGBT на ж.д. подвижном составе класс А, ж.-э.ж.д. мира 2001, № 2, 78, 7 ил. С.37-41.

17. Тяговых преобразователь большой мощности на транзисторах IGBT. Ж/д мира, 2001, № 3, 79, 1 ил., табл. 1. Рус. 32-33.

18. Преобразователь с охлаждением с применением тепловых труб. Borolnetzumrichtermit Heatpipe-Kuhlung Elek. Pahnen. 1999. 97, N 10, c.350. Нем.

19. Бурков A.T. Электронная техника и преобразователи: Учебник для вузов ж.-д.трансп. -М.: Транспорт, 1999. -464 с.

20. Лещев А.И., Никонов В.В., Солтус К.П., Суслова К.Н. Практические рекомендации по применению IGBT транзисторов. Всерос. Н.и. и проект. -конструкт. Ин-т электровоз.

21. Силовая электроника на ж/д транспорте Electronique de puissance en transport ferroviaire. Bodson J.M. (Alstom, Belgium, Бельгия) tev E. SRBE 2001, 117, N 2, 13 ил. Фран. C.24-31.

22. Преобразовтели на IGBT-транзисторах для тягового электрооборудования. IGBT- Stromrichter fur Hochleistungsanwendungen. Luttin Thomas. Elek. Bahnern 200. 98, N 8, 5 ил, 2 табл. С. 296-297.

23. Иньков Ю.М. Преобразовательные полупроводниковые устройства подвижного состава. M.: Транспорт, 1982.

24. Солодунов А.М., Иньков Ю.М., Коваливкер Г.Н., Литовченко В.В. Преобразовательные устройства электропоездов с асинхронными тяговыми двигателями. Рига: Зинатие, 1991.

25. Некрасов О.А. Вспомогательные машины электроподвижного состава переменного тока. М.: Транспорт, 1988.

26. Шафнер Д., Бауц А., фильнерт П. Пригородные поезда серии RABDe 8/16 N 2001 .2004, выпуска 1975 года на дорогах Швейцарии Brown Bovery Mitteilungen, 1975 N 12 с.539-547.

27. Мурасэ Т., Эндо С., Кондзуми Т. Система охлаждения тепловыми трубами «Павакикка» для мощных полупроводниковых приборов. Фарукава дэнко дзихо. 1985. - № 75. - с. 115-123.

28. Информационных материал об охладителях из тепловых трубок «АЛТРА» ЧССР. 1998. с.9.

29. Brabec J., Pliva J., Smrcek К., Pellant M. Metods of cooling intensification of power semiconductor devices. EKD PRAGA, Polovodice (semiconductors) works. Budejovicka 5, 14004 Prague 4, Czechoslovakia, 1987, 13 c.

30. Бурков А.Т., Плешаков Ю.В., Черных В.Н., Юферева Л.М. Новый выпрямитель для тяговых подстанций электрифицированных железных дорог. Сб.научн.тр. Л.: ЛИИЖТ, 1988. - 118 с.

31. Киселев И.Г., Буянов А.Б. Расчеты нагрева и охлаждения полупроводниковых преобразовательных установок железнодорожного транспорта. ПГУПС-ЛИИЖТ. СПб.: 2001. с. 17.

32. Новый скоростной поезд Tango 350 Hochgeschwingigkeisthebkopf Talgo 350 Vorserie: Fried Pomenie, Braun Bernhard Elek Bahnen; 100 N 4 Нем; ред англ.фр. 2002 c. 141-153.

33. Электропоезд Arjapda (Швеция). Szwedzk ekspres Arlanda. Wiad elektrotechn. Storwarz. Elek. Pol. 1999, 67 N 12. Пол. С. 660.

34. Трамвайный вагон с низким полом для Берлина. Niederflurstrabenbahen in Berlin. Elec. Bahnen 2001. 99, N 1-2 Библ 1 Нем. С. 102.

35. Локомотивы для грузовых перевозок компании SNCF-Fret (Франция) Нови локомотиви за товарни превози Кл. SNCF. Железн. трансп. 2001 № 7-8, с. 42-43.

36. Обновление парка электропоездов Нью-Йоркского железнодорожного узла (США) Hightech in mulipli Railway Age. 2000. 201, N 6. англ. С. 57.

37. Литовченко В.В., Шаров в.А., Баранцев О.Б., Корзина Е.В. Устройство и работа тягового привода электропоезда ЭД6. МГУПС. М.: Локомотив. № 9, 2001.-с. 32-36.

38. Jin Xin-min, wang Guo-li, Hao rong-tai, Wang wei-bin. Высокочастотный преобразователь постоянного тока для скоростного электропоезда. Northern Jiaotong University Пекинб Китай. Tiedao xuebao J.China Railway Soc. 2000, 22, N5 С. 104-107.

39. Dickson R. Применение тяговых преобразователей на базе транзисторов 1GBT. Железные дороги мира - 2002. № 5. - с. 34.

40. Каталог ОАО «Электровыпрямитель». Саранск: 2000. - 74 с.

41. Konrad S.a Anger К. Электротермическая схема для моделирования температуры кристалла в шим инверторах. Изд. Фирмы SITMTNS. Отделение полупроводника. Рус. 2000. c.99f

42. Киселев И.Г., Никольская O.K. Расчет температурных полей тел сложной формы на ЭВМ. Л.: 1973. - 74 с.

43. Вазов В.Р. Форсайт Д.Е. Разностные методы решения дифференциальных уравнений в частных производных. "M.: ил., 1963.

44. Konrad S. Тепловые параметры силовых модулей в широтно-импульсных преобразователях. Technical University of imenav. Germany. Рус. 2000. с. 28-37.

45. Konrad S. Взаимная тепловая связь в гибридных структурах. Изд. Фирмы SIEMENS. Отд. Полупроводника 2000. — с.31.

46. Dejzn srajber "The calculation of The PPower Dissipation for The IGBT and The inverse Diode in Circuits with the Sinusoidal Output voltage" Proceeding of Electrónica'92; 1992; pp. 651-58.

47. P.Zwanziger "A Contribution to Electro-termal Interactions in Power Moduls" doctoral thesis, Technical University Berlin; 1992.

48. Main Controlled rectifier for Type 951 Electrie Coach / a.Matsukuma, T. Jinzenji, K. Ichmura Toshiba Rev., 1972 bol. 27.

49. Shigeru A., Keiichi O. Cooling Techniqul for Power Semiconductors. -Fuji elec. K., 1969. N 7, bol 42.

50. Эффективные способы охлаждения силовых полупроводниковых приборов. Л.: Энергоиздат, 1982. - 136 е., с. 14.

51. Аль-Диси М.А., Никольская O.K. Выбор типа охлаждающих элементов для отвода теплоты от сверхмощных диодов. Тезисы докладов. 62-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. СПб.: ПГУПС, 2002. с.57.

52. Аль-Диси М.А. Повышение эффективности охлаждения выпрямительной установки тепловоза в климатических условиях Иордании. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. СПб.: ПГУПС-ЛИИЖТ, 2003. - с. 39-44.

53. Буянов А.Б. Методы расчета и способы охлаждения силовых полупроводниковых установок подвижного состава железных дорог и тяговых подстанций. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. СПб.: ПГУПС-ЛИИЖТ, 2001. - с.199.

54. Андреев С.П. Исследование теплообмена при фазовых превращениях жидкости в замкнутом канале. Теплоэнергетика, 1972. - № 7, с. 65-69.

55. Безродный М.К., Алексеенко Д.В. Интенсивность теплообмена на участке кипения испарительных термосифонов. Теплоэнергетика, 1997, № 3, с. 83, 85.

56. Горбис З.Р., Смирнов Г.Ф., Мищенко А.Н. Исследование некоторых характеристик теплоотводов. — в н.: Холодильная техника и технология. — Киев: 1971, с. 53-59.

57. Иванов B.JI. Исследование теплообмена в замкнутом канале в условиях естественной конвекции при изменении агрегатного состояния теплоносителя. Изв. вузов, Машиностроение, 1963, № 1, с. 117-129.

58. Савченков Г.А., Горбис З.Р. исследование кризиса теплообмена при кипении в низкотемпературных термосифонах. — в кн.: теплообменник — V, т. 3, Минск: о 1976, с. 87-91.

59. Стоянов Н.М. Исследование закономерностей переноса тепла в замкнутом испарительном термосифоне. Докл. АН СССР. Cep.JI., 1967, № 7, с. 652-655.

60. Jmura Н., Kusuda Н., Ogata J., Miqazaki Т., Sakamoto N. Heat transfer in the two-phase closed thermo-Syphon, Trans of Japan soc. Mech. Engrs., 1979, vol. 45, pp. 712-722.

61. Shiraishi M., Kikuchi K., Jamanihi t, Jnverstigation of heat transfer charactitistics of a two-phase closed thermo-syphon. "Adv. Heat pipe technology Proc 4th. Jnt. Heat pipe Conf., Dondon, 7-10 Sept. 1981, Oxford, 1982, pp 95-104.

62. Андреев С.П. Исследование процессов кипения и конденсации в теплопередающем элементе. — ИФЖ, 1972, т.22, № 6, с.999-1005.

63. Горбис З.Р., Савченков Г.А. Исследование влияния неконденсирующихся примесей на эффективность теплопереноса испарительного термосифона. — Теплоэнергетика, 1973, № 10, с. 70-73.

64. Розеноу. Об обобщении данных по кипению в большом объеме методом Розеноу. Теплопередача. - М.: Мир т. 94, № 2 1972.

65. Теоретические основы тепло- и хладотехники. 4.II Теплообмен. Под ред. Гуйго Э.И. Л.: ЛГУ 1976.

66. Туник А.Т. Охлаждение радиоэлектронной аппаратуры жидкими диэлектриками. М.: Советское радио, 1973.

67. Ройзен Л.И., Дулькин И.Н. Тепловой расчет оребренных поверхностей. Под ред. Фастовского В.Г. -М.: Энергия 1977.

68. Теплотехнический справочник под ред. Юренева В.Н. и Лебедева П.Д. Т. 2.-М.: Энергия, 1976.

69. Кутателадзе С.С., Мамонтова H.H. Исследование критических тепловых потоков при кипении жидкостей в большом объеме в условиях пониженных давлений. ИФЖ, т. 12, № 2, 1967.

70. Андреев С.П. Исследование процессов кипения и конденсации в теплопередающем элементе. ИЖТ, т. 22, № 6, 1972.

71. Киселев И.Г. Тенденции совершенствования охлаждающих устройств в преобразовательной технике // Совершенствование системы охлаждения мощных полупроводниковых преобразователей железнодорожного транспорта. -Л.: 1988.-с. 5-10.

72. Александровский Ю.В., Разумов Ю.В. Теплотехнические измерения в судовых паросиловых установках. Справочное пособие. Л.: 1960. - 356 с.

73. Безродный М.К., Белойван А.И. Исследование максимальной теплопередающей способности замкнутых двухфазных термосифонов. — ИФЖ, т.30№4 1976.

74. Исаченко В.П., Солодов А.П., Тирунараянан М.А. Исследование теплоотдачи при конденсации водяного пара внутри вертикальной трубы. — В кн.: Теплообмен и гидравлическое сопротивление. «Труды МЭИ» вып.63, 1965. -с.97.

75. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. Изд. 2-ое, стереотип. М.: «Энергия», 1977. - 344 с.

76. Кутателадзе С.С., Сорокин Ю.Л. О гидродинамической устойчивости некоторых газожидкостных систем. — В кн.: Вопросы теплопередачи и гидравлики двухфазных сред. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1961.

77. Тимофеев A.A., Киселев И.Г., Буянов А.Б., Хохлов A.A. Силовой полупроводниковых блок. Патент на полезную модель № 30464 U1, бюл. № 18 от 27.06.2003.

78. Иванов B.JI. Исследование теплообмена в замкнутом канале в условиях естественной конвекции при изменении агрегатного состояния теплоносителя: Изв. вузов, машиностроение, № 1 1963. -с. 117-129.

79. Носков A.B., Исакеев А.И., Буянов А.Б. Влияние степени заполнение двухфазных термосифонов теплоносителем на эффективность охлаждения силовых полупроводниковых приборов. Известия высших учебных заведении. Энергетика. Вып. 12 1984. с. 2.

80. Безродный М.К., Беловайн А.И. К определению степени заполнения замкнутого двухфазного термосифона низкотемпературными тегоюсителями. — Теплофияжа и теплотехника, вы, 29,1975, с, 126-129,

81. Стрельцов А.И. Теоретическое и экспериментальное исследование оптимального заполнения тепловых трубок. Изв. вузов СССР. - Энергетика № 12,1973.-с. 118-122.

82. Исакеев А.И. Алюминиевый охладитель силовых полпроводниковых приборов. Известия высших учебных заведений. Электромеханика. Вып. 7, 1986.

83. Разработка охлаждающих устройств для полупроводниковых преобразователей вспомогательного электропривода электровоза В Л 65, Отчет о научно-исследовательской работе № 519. каф.Теплотехника и теплосиловые установки. СПб.: ПГУПС, 1999. - 28 с.

84. Жуков П.Л., Буянов А.Б., Киселев И.Г., Суслова К.Н., Митрофанова И.В., Куцдышев В.К. Способ контроля качества трубы. A.C. № 1737247А1, бюл. №20 от 30.05.1992.

85. Хазен М.М. Энергетика локомотивов. -М: «Транспорт», 1977, с. 153-154.

86. Правила тяговых расчетов для поездной работы / МПС. М.: «Транспорт», 1985, с. 40.