рамическим кольцом (обычно из алюминиевой керамики) для обеспечения необходимой электрической изоляции между анодным и катодным контактами. Прижимное усилие тиристора измеряется на собранном приборе и рассчитывается на минимальное тепловое и электрическое сопротивление без каких-либо механических повреждений структуры или деталей сборки: типичное прижимное усилие равно 15 МН/мм.

Корпус, приведенный на рис. 6.7, устроен таким образом, что поверхности обоих электродов могут прижиматься к поверхностям охладителя и за счет этого достигается минимальное тепловое сопротивление как между анодом, так и между катодом и охладителем благодаря двухстороннему охлаждению. Корпус является полностью герметичным и имеет большие расстояния между электродами, что позволяет применять его для высоковольтных тиристоров. Корпуса этого типа используются в тиристорах на напряжение свыше 1200 В и средний ток более 200 А.

6.3. Методы охлаждения тиристоров

Существует различные системы охлаждения для отвода тепловой энергии от тиристора и поддержания температуры перехода прибора на уровне 125° С. Они подразделяются на три вида: с воздушным охлаждением, жидкостным охлаждением и охлаждением с переменой фаз.

6.3.1. Воздушное охлаждение

В системах с воздушным охлаждением (рис. 6.8) тиристор помещается на охладитель, который конструируется таким образом, чтобы отводить тепло к поверхности большой площади, охлаждаемой воздухом. Воздушные охладители обычно содержат плоские алюминиевые ребра или ребра с переменной шириной [Finney, 1980]. Точный расчет конструкции охладителя зависит от значения отводимой мощности, размеров тиристора, потока воздуха, обдувающего поверхность охладителя, а также его объема и массы.

Следует обратить внимание на то, что увеличение размера охладителя не повышает беспредельно его способность отводить тепло. Это происходит потому, что воздух охлаждает ребра, отстоящие дальше от тиристора, который рассеивает меньше тепла благодаря понижению их температуры посредством теплового сопротивления материала самого охладителя.

Эффективность воздушного охлаждения может быть улучшена за счет увеличения воздушного потока, обдувающего поверхность охладителя. Зависимость теплового сопротивления от времени при различной эффективности воздушного охлаждения по-

Рис. 6.8. Система с воздушным охлаждением

казана на рис. 6.9. Самое большое тепловое сопротивление (охладитель в воздухе) имеет место, когда воздушный поток обусловлен действием естественной конвекции. При принудительной конвекции сопротивление уменьшается. Это происходит в том случае, если воздух нагнетается вентилятором или воздушная волна образуется в результате прохождения транспортного средства, например, поезда.

Охладитель обладает также эффектом переходного теплового сопротивления при установлении теплового сопротивления тиристор - охладитель.

Прежде чем тепловое сопротивление достигнет своего максимального значения, проходит несколько минут. К сожалению, системе воздушного охлаждения присущи некоторые недостатки.

В случае принудительной конвекции вентилятор может создавать посторонние шумы или вообще выйти из строя. Воздух

100 Время,

1000 10DD0

Рис. 6.9. Кривые теплового сопротивления воздушного охладителя; / ~ естественная конвекция; 2 - принудительная конвекция (увеличение скорости воздуха)

должен фильтроваться, если охладитель находится под высоким напряжением. В этом случае необходимо также предохранять межреберные промежутки, и в особенности ребра от осаждения пыли. Существует ограничение по тепловой способности воздушного охладителя, обусловленное вышеупомянутым перепадом температуры на ребрах, удаленных на большое расстояние от тиристора. Поэтому не происходит увеличения тепловой способности при дальнейшем увеличении площади охладителя.

6.3.2. Жидкостное охлаждение

Системы жидкостного охлаждения более эффективны по сравнению с системами воздушного охлаждения благодаря более низкому тепловому сопротивлению и более высокой эффективности теплоотвода.

На рис. 6.10 показана рециркуляционная, а на рис. 6.11 погружная система с масляным охлаждением. Однако в качестве охлаждающей среды могут быть использованы и другие жидкости. В обоих случаях тиристор или несколько тиристоров монтируются на охладительных блоках, которые передают выделившееся тецло жидкости.

Вода используется для охлаждения потому, что она быстро и эффективно отводит тепло. Но вода может замерзнуть и, кроме того, не исключается возникновение электрической коррозии. Эти проблемы могут быть преодолены путем использования антифриза, антикоррозийных присадок или очень чистой воды (рис. 6.10). Чистота воды поддерживается в ионно-обменной камере.

Масляное охлаждение является более подходящим для многих применений, а конструкция охладителя выполняется в виде закрытой петлеобразной рециркуляционной или погружной системы (рис. 6.11). Использование масла ограничивается из-за низкой эффективности теплоотвода по сравнению с водой, обусловленной его высокой вязкостью и, следовательно, меньшей скоростью протекания, а также способностью легко воспламеняться.

К ГПЕПЛОоВМЕННину

От тЕПЛОо5мЕнника

Рис. 6.10. Система водяного охлаждения тиристора: / - рециркулируемый водяной контур; 2 - блок охлаждения; 3 - насос; 4 -

обменная камера