水冷基板散热器冷却电力机车的电器元件设计研究

于兵

摘 要：电子器械的应用已经成为现今生产生活中必要的发展方向，而电子器械基于电子元件基础上的组合应用，其在运转工作中产生的热量需要进行针对性的特别处理。如果对其处理工作不能够做到位，那么电子器械所产生的热量将会影响到整个器械的运转，甚至严重的造成机器的损害。所以，强化对水冷基板散热器冷却电力基础的电器远近的设计研究能够进一步提高应用电力机车的效率和应用质量。

关键词：水冷基板散热器；电力机车；冷却作用；电器元件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.055

电力机车作为现今重要的使用器械之一，其在工作运转整个过程的实现是基于电器元件正常运作的基础上进行的。在实际电器元件进行工作的过程中，首先整个机器运转产生热量，然后热量在一定的时间内传递到水冷基板上，在经过水冷基本将热量传递到散热器内部，散热器内部有冷水泵的存在，冷水泵能够将散热器腔内的温度传递到外部，在此过程基本完成后冷却风机再度进行降温冷却，最后出现的效果则是冷却的水仍然能够回到冷却板上再度循环利用。此过程的完成基本上达到了电力机车内部的散热需求，将电器元件运转工作产生的热量充分的冷却扩散，达到了良好的散热效果。所以，基于水冷基板散热冷却功能在电力机车中对电器元件起到很好的散热效果的基础上，对其设计研究进行分析对于实际生产工作的进行有着非常重要的意义。

1 电力电器元件冷却方式设计分析

1.1 空气自然冷却

此种方式主要指的是通过空气的自然对流和辐射作用的产生在时间差度的存在下，自然而然的将热能散热出去。其主要利用的是热空气产生的热能密度差进行的，这种散热方式的工作机理简单，但是其实际的散热效率比较低。

1.2 空气强迫对流散热

空气强迫对流散热在实际应用中主要采用的是利用鼓风机、风扇等给空气施加足够大的压力，以此通过空气动力的提高，降低热能散热的阻力，从而能够提高散热的效率。

1.3 水冷散热

①此种方式现今广泛的应用于电力机车的散热系统中，其工作进行的原理主要是在水冷基板散热器的基础上进行的，其属于利用液体对大功率的散热器进行散热的方式。此种散热方式安装在电力机车内部其所占用的空间体积比较小、装置小且散热效率高，产生的噪音低。水冷基板散热器冷却电力机车的电器元件所选用的冷却水系统中水质的要求也比较高。而对水质的要求则是主要针对水中的杂质含量的控制度进行设计分析的。如在选择中性或碱性水的时候，其PH值最低不能低于7，最高不能超过9。而硝酸盐和硫酸盐的含量不得超过100ppm，而不溶解物质的含量则不能超过250ppm。

②在实际应用水冷基板散热器对电力机车进行冷却散热工作的过程中，容易出现凝露问题，而这一问题如果不及时的处理，则可能发生漏电等不良现象。应积极采取相应的防护措施，即基板散热器的温度不能低于露点的温度，具体而言可以通过切断冷却水，通过加热的方式使基板散热器的温度高于露点的温度。

2 在电力机车中安装水冷基板散热器的设计条件分析

2.1 压合接触表面的设计分析

在电力接车中，对于电器元件大功率的散热效应的出现，要求器件和散热器接触表面的光洁度和不平度等都应控制在一定的范围内，以此做的目的则是最大限度的提高散热器表面的辐射效果和，降低其受到外界大气腐蚀现象的发生。据相关调查研究发现，一般在设计的过程中，将电器元件和散热器表面的光洁度的设计为低于6，粗糙度不得超过0.001mm/mm。

2.2 螺栓式器件与散热器组装的设计分析

在进行具体的装配工作前，工作人员要对螺栓式器件、散热器表面及相关的导电板等进行检查，对因运输过程中产生的毛刺现象的电器元件进行及时的处理。而且专家人员在进行具体的设计工作中，为了能够保证散热器与电气元件之间的接触热阻不能超过规定的值，一般都会在散热器的表面或电器元件的表面涂抹一层硅油，以此做的目的则是最大限度的保护接触表面，从而降低热接触阻。此外，此项工作的进行要在保证接触面干净的基础上进行适当的硅油的涂抹，严格控制硅油涂抹的控制量。最后，在螺栓式器件设计的过程中，设计人员要求链接螺栓式的结构需要有防松圈的存在，而且要严格的控制螺母旋转的力矩。

2.3 水冷基板散热器热力性能控制的因素分析

①冷却液入口温度的设计控制因素。在实际散热器件进行工作的过程中，据相关调查研究發现随着水冷却温度的升高、散热板的温度也随之升高，且其变化的幅度也是比较大。所以，冷却液的温度对于水冷却基本散热温度的大小有着深刻的影响。而在实际工作进行中，专业设计师应合理的选择冷却液的初温，初温的控制对于整体的冷却液的温度是非常关键的。

②冷却液不同物性对散热新能的影响。冷却液本身作为一种化学混合液，其所选择的不同物性对于水冷基板散热器热力性能有着重要的影响。如，在设计使用的过程中选择水、乙二醇、水混合液体作为冷却液进行使用，则要严格对此混合冷却液的导热性能、粘性系统、比热和密度等进行控制，针对实际运转工作的需求进行参数的合理调整。此外，散热器外形尺寸、内部流道、外部环境等的不同设计都影响到散热器的整体散热效果。

③冷却液流速的不同设计对散热器散热效果的影响分析。一般而言、随着冷却液出口流速的增加，电器元件所产生的热源表面的温度都会有不同程度的降低，而冷却液进入口的流速变大，其所带来的压降也随之增加，以此而来散热器内部的流动阻力也会增加，这样则会相应的降低散热器件的散热效果。所以，在实际进行设计的过程中要对冷却液的水流速度进行合理的控制，不能过大、也不能过小。

3 小结

综上所述，水冷基板散热器冷却电力机车的效应是在基于水冷散热的基础上进行此项工作的，而在实际进行设计的过程中应能够从压合接触表面、螺栓式器件与散热器件的接触表面以及水冷基板散热器冷却性能的控制等进行科学的设计与控制。

参考文献：

[1]孙蕾.水冷基板散热器冷却电力机车电器元件研究[D].大连交通大学，2014.

[2]高俊帅，崔洪江.水冷基板散热器数值模拟及结构优化分析[J]. 大连交通大学学报，2014，35（03）：62-64.