深入浅出话热管散热器和励磁热管功率柜(整理励磁专家陈小明的资料)

INET2010年7月，ABB在瑞士励磁公司对STR-2500RG环形热管功率柜进行了大电流型式试验，证明输出能力达到2500A，可以短时输出3000A。随后ABB公司对STR-2500RG大功率柜结构进行改进：将电容从风道上已到了盘柜侧面，减少了电容因为高温损坏的可能；取消了小风机，是一个彻头彻尾的自冷大功率柜。该环形重力热管功率经过ABB专家的改进，再配上了ABB的UNITROL5000或UNITROL6000控制系统，就成为ABB励磁公司的首款大型热管励磁系统，如下图所示。

葛洲坝电厂热管功率柜选型论证，经历了激烈的技术讨论，提高了我们的认识：热管功率柜涉及两个技术问题，第一是采用何种热管将可控硅的热量传递到散热器，第二是采用何种冷却技术将柜内的热量排到柜外。葛洲坝电厂热管功率柜的讨论结论是，STR-1600RG环形重力热管功率柜存在结构问题，需要改进；建议葛洲坝电厂采用GDR-1200直形热管功率柜；三峡地下电站采用STR-2500RG环形热管功率柜。STR-2500RG环形热管功率柜按照直形热管功率柜经验，增大进出通风口，并且将6个直形热管散热器上下布置结构改为水平布置，减少下层散热器对上层散热器的影响，提高了热管功率柜的输出水平。

三、对葛洲坝电厂两种热管功率柜的认识直形与环形热管原理无论是一根密封抽真空的长管，还是一个密封抽真空的环形管，在里面注入少量液体（乙醇等），能够把加热端的热量通过液体汽化传递到冷却端，这根金属管就成了热管，如下图所示。在热管下端加热，液体沸腾后产生汽体（蒸发），汽体迅速上升并将热量传导到上端后又变成液体（冷凝），液体依靠重力回到热管下端，如此反复循环，这就是重力热管的原理。

能事达励磁功率柜采用的热管，无论是小功率柜采用的直管，还是大功率柜采用环管，原理上都属于重力热管。只要热管密封好，液体沸点合适，就能够将可控硅运行产生的温度迅速传导到整个散热器，再利用功率柜产生的自然通风将其排出。所以，热管功率柜涉及两个技术问题，第一是采用何种热管将可控硅的热量传递到散热器，第二是采用何种冷却技术将柜内的热量排到柜外。直形与环形热管散热器结构比较直形热管下端装配可控硅，上端装配铝散热器，这就构成了可控硅直形重力热管散热器组件。在环形热管下端装配可控硅，上下端都装配铝散热器，这就构成了可控硅环形重力热管散热器组件。如下图所示。

按照热管原理分析，直形重力热管散热器，蒸发段与冷凝段界限明确，是典型重力热管散热器，散热方式只能依赖热管散热。而环形热管散热器，蒸发段和冷凝段界限不明确，是非典型重力热管散热器，以热管散热方式为主，以铝散热器散热方式为辅。直形热管散热器优缺点：体积小，热管封装和可控硅压接简单可靠，工艺成熟，生产成本较低。但是散热方式安全依赖热管，一旦热管失效必定损害可控硅。另外，直形热管散热器热容量小、水平尺寸限制了励磁功率柜输出容量。环形热管散热器优缺点：体积大，热管封装和可控硅压接复杂，工艺复杂，生产成本较高。但是散热方式有两种，正常情况下热管失效不一定损害可控硅。另外，散热器热容量大、上下尺寸可以组装大型励磁功率柜。

四、对新一代励磁热管功率柜展望无论是重力热管功率柜，还是三峡能事达采用的鞍山欧博达的环形热管功率柜，其热管散热器都是特制的，在外形尺寸上与传统的晶闸管散热器大相径庭。这就带来了两个问题：晶闸管散热器的装配问题，晶闸管功率柜的结构问题。现在这个问题解决了，鞍山欧博达研制了一种铝型材热管，外形与普通铝散热器一样，但是具有热管一样的特性，热阻小，传热效率高，是新一代励磁热管散热器，如下图所示。如果有了这种热管，我们就可以按照普通铝型材散热器来装配热管功率柜，可以装配成自冷功率柜，也可以装配成风冷功率柜，励磁厂家可以安全按照市场要求和技术要求以及成本要求自己选择，用户可以不关心晶闸管散热器类型，就如同我们买笔记本电脑时不关心CPU是否采用的是热管散热器一样。用户关心的是励磁功率柜的可靠性和检修简单性，用户最希望得到免维护的功率柜，一个不需要吹灰的功率柜，这也正是励磁厂家的责任。新一代型材热管