Таблица 7.15. Тепловые характеристики электроизоляционных материалов при различных контактных соединениях

(керамика) и 0,06 мм (медь). Усилие прижима СПП к токопроводящей шине составляло 5000 Н. Толщина нганы обеспечивала выравнивание теплового потока по радиусу электроизоляционного слоя. В целях уменьшения контактного теплового сопротивления в контактное пространство вводились теплопроводная паста КПТ-8 или приборное масло.

Тепловые сопротивления электроизоляционного слоя Rm для наиболее часто применяемых материалов даны в табл. 7.15. Там же приведены данные по контактному тепловому сопротивлению Л кон и указано, каким образом обеспечивается контакт между электроизоляционным слоем и прилегающими к нему шиной и корпусом.

При наличии осевых нагрузок, которые неизбежны в процессе сборки СПП с охладителем, и при воздействии ударных нагрузок возможно разрушение, растрескивание керамики, что приводит в условиях повышенной влажности к снижению электрического сопротивления изоляции. Выполнение конструкции охладителя более жесткой позволяет устранить указанный недостаток. Испытываемые образцы с керамической электроизоляцией, припаянной к шине и корпусу припоем ПОС-61, а также приклеенной с помощью клея на основе смолы СК-25, вьщерживают осевые усилия сжатия до 20000 Н, вибрационные нагрузки по ГОСТ 16962-71 третьей степени жесткости и воздействие одиночных ударов с ускорением 60g длительностью 20 мс.

7.5. ИСПАРИТЕЛЬНОЕ ПОГРУЖНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ СПП

Как показал анализ отечественной и зарубежной специальной литературы, из всех известных видов охлаждений СПП наиболее эффективным является испарительное охлаждение погружного типа, где в качестве теплоотдающей поверхности (поверхностей кипения) в СПП штыревого исполнения используют такие элементы СПП, как резьбовая шпилька, основание прибора, а в СПП таблеточного исполнения - специальные теплоотводы-испарители.

Основным преимуществом испарительного погружного охлаждения являются высокие значения теплофизических параметров, например коэффициент теплопроводности на участке «испаритель-конденсатор» 10*-12* Вт/(м • °С), который на три порядка выше теплопроводности меди.

Коэффициент теплоотдачи при кипении диэлектрика (воды) составляет 58-103Вт-°С, что позволяет реализовать высокие плотности теплового потока (120-150 Вт/см) при температурных напорах 20-25° С. Для сравнения можно отметить, что коэффициент теплоотдачи для принудительного воздушного охлаждения составляют 60-80 Вт/{м • °С), для водяного охлаждения 600-1000 Вт/(м2-°С).

Особенностью испарительного погружного охлаждения СПП по сравнению с другими видами охлаждения является то, что СПП полностью погружен в жидкую диэлектрическую среду, используемую в качестве промежуточного теплоносителя. Поэтому к жидким диэлектрикам помимо традиционных требований, предъявляемых к промежуточным теплоносителям в других системах охлаждения, таких, как высокие теплофизические и термодинамические параметры, нетоксичность, взры-вобезопасность, негорючесть и др., предъявляются дополнительные требования, характерные только для систем испарительного охлаждения погружного типа: высокие электрические сопротивления и прочность, инертность, совместимость с материалами прибора, испарителя-охладителя, системы крепления и токосъема. Выбор жидкого диэлектрика для использования в качестве промежуточного теплоносителя в испарительных системах погружного типа для охлаждения СПП является одним из важных этапов создания систем охлаждения СПП и ПУ на их основе [7.11].

Жидкие диэлектрики, применяемые в этих системах в качестве промежуточного теплоносителя, должны обладать следу-юптими параметрами и свойствами.

Температура насыщения Т. Одним из основных критериев при выборе жидкого диэлектрика для испарительного охлаждения СПП является температура насыщения, так как она играет важную роль в оптимизации режимов кипения и конденсации

теплоносителя. Для эффективной работы испарительной системы охлаждения необходимо выполнение следующего условия:

[7;-(2о-зо) °с]< 7;<[7;+(20-зо) °с],

где Тс-предельно допустимая температура корпуса полупроводникового прибора, °С; Tf-температура вторичного охлаждающего агента согласно условиям эксплуатации прибора, °С.

Предельно допустимая температура основания корпуса СПП согласно техническим условиям составляет 85° С для тиристоров, 160° С для серийно выпускаемых диодов. Температура вторичного охлаждающего агента-воздуха или воды-определяется условиями эксплуатации и обычно задается: для воздуха-40-н 50° С, для воды-12 ч-30° С. Исходя из этого значения температуры насыщения промежуточного теплоносителя могут лежать в пределах 40-100° С и выбираться индивидуально для каждого прибора и вида вторичного охлаждения.

Теплота парообразования. Для достижения наибольшего теплосъема при кипении промежуточного теплоносителя на теплоотдающих поверхностях СПП и охладителя-испарителя необходимо выбирать жидкий диэлектрик с максимальной теплотой фазового перехода парообразования, так как этот параметр определяет количество тепла, снимаемого с твердой поверхности, при закипании жидкости на ней.

Теплопроводность. Использование диэлектрической жидкости с высоким коэффициентом теплопроводности позволяет не только улучшить теплообмен в испарительной части системы охлаждения за счет увеличения коэффициентов теплоотдачи в области развитого кипения и в области конвективно-теплопроводной теплоотдачи, но и интенсифицировать процесс конденсации путем повышения теплопередачи через пленку конденсата теплопроводностью, особенно при утолщенной пленке.

Критические плотности теплового потока и коэффициенты теплоотдачи. Известно, что при кипении жидкости на твердой поверхности критические плотности подводимого теплового потока и соответствующие максимальные коэффициенты теплопередачи во многом зависят от типа жидкости, причем для различных диэлектрических жидкостей они изменяются в довольно широком диапазоне. Естественно, что для повышения эффективности системы испарительного охлаждения СПП желательно использовать промежуточные теплоносители с максимальными критическими параметрами.

Поверхностное натяжение. Жидкости с низкими коэффициентами поверхностного натяжения предпочтительнее, так как чем ниже коэффициент поверхностного натяжения жидкости.