[发明专利]利用半导体热电效应改善变频器功率模块散热性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用半导体热电效应改善变频器功率模块散热性能的方法。

背景技术

目前，在煤矿井下使用变频器时，由于煤矿井下条件恶劣，变频器散热差，缩短变频器的工作寿命，同时严重影响了变频器的安全运行，存在着炸模块、炸电容等一系列严重影响安全生产的问题，变频器损坏后，不仅需要很高的维修费用，还会影响现场生产生活的正常进行,特别是经常性出现高温后，报故障后直接停机的事件，会严重影响生产效率；通常的散热方式为风冷和水冷，风冷的效果比较差，而水冷的工程量太大，对水质要求也高，特别是需要配净水装置，如果发生变频器内水管破裂，后果很严重，这些问题都亟待解决。

发明内容

本发明的目的是克服上述已有技术的不足，提供一种利用半导体热电效应直接制冷散热、而且散热成本低、散热效率高的一种利用半导体热电效应对变频器功率模块散热的方法。

由高速低功耗管芯（IGBT）以及优化的门极驱动电路和快速保护电路构成的智能功率模块，简称为IGBT功率模块，是变频器的核心器件，安装在变频器内腔侧板上，其表面积通常是190mm*140mm。作用是将直流变为交流供电机使用。

本发明方法是：

（1）先制作一个中空散热铝块，中空散热铝块为中空矩形六面体，顶部和底部分别为散热面和固定面，顶部和底部上均设有螺丝孔，其余四个侧面上均设有散热通孔；

（2）将变频器上原有的IGBT功率模块从变频器内腔侧板上拆下来，在原拆除位置表面涂导热硅胶，中空散热铝块底部涂导热硅胶后粘贴在变频器内腔侧板上，并采用螺丝进一步固定，导热硅胶有导热的作用；

（4）采用半导体制冷片作为制冷元件；在中空散热铝块顶部散热面涂上导热硅胶，将半导体制冷片的制热面贴在中空散热铝块的散热面上；再将IGBT功率模块覆盖到半导体制冷片制冷面上，采用螺丝将IGBT功率模块固定到中空散热铝块散热面上；半导体制冷片夹在IGBT功率模块与中空散热铝块之间对IGBT功率模块进行散热；

（5）将半导体制冷片并联后接到变频器的DC12v电源上，半导体制冷片制冷面开始制冷，使IGBT功率模块工作时产生热量迅速释放，同时，半导体制冷片制热面散发的温度通过中空散热铝块带走，从而使IGBT功率模块始终保持在稳定温度范围内安全运行。

所述半导体制冷片为单级半导体制冷片，型号为TEC1-12705，外形尺寸为40*40*3.8mm ，额定电压为DC12V，四周采用标准704硅橡胶密封。通常，半导体制冷片的数量为12片，相邻两片半导体制冷片之间的空隙为3-6mm。12片半导体制冷片的总面积160mm*120mm，覆盖IGBT功率模块后可实现均匀散热。半导体制冷片与IGBT功率模块为同时启动或关闭，方便控制，提高制冷效果。

本发明方法利用半导体的热电效应直接制冷散热，使用方便，安装简单，可以降低散热的成本，提高散热的效率，散热效果良好，使用安全且占用空间小。

附图说明

图1为本发明变频器IGBT功率模块的安装结构示意图；

图2为中空散热铝块及半导体制冷片结构示意图。

图中：1、变频器内腔侧板，2、中空散热铝块，3、散热通孔，4、外接导线，5、半导体制冷片，6、IGBT功率模块，7、铝块散热面，8、铝块固定面。

具体实施方式

本发明方法利用半导体热电效应对变频器IGBT功率模块进行散热，具体做法是：

（1）先制作一个中空散热铝块2，中空散热铝块2为中空矩形六面体，顶部和底部分别为散热面7和固定面8，顶部和底部上均设有螺丝孔，其余四个侧面上均设有散热通孔3；

（2）将变频器上原有的IGBT功率模块6从变频器内腔侧板上拆下来，在原拆除位置表面涂导热硅胶，中空散热铝块2底部涂导热硅胶后粘贴在变频器内腔侧板1上，并采用螺丝进一步固定；

（4）采用半导体制冷片5作为制冷元件；在中空散热铝块2顶部散热面7涂上导热硅胶，将半导体制冷片5的制热面贴在中空散热铝块散热面7上；再将IGBT功率模块6覆盖到半导体制冷片5的制冷面上，采用螺丝将IGBT功率模块6固定到中空散热铝块散热面7上；半导体制冷片5夹在IGBT功率模块6与中空散热铝块2之间对IGBT功率模块6进行散热；

（5）将半导体制冷片5并联后通过外接导线4接到变频器的DC12v电源上，半导体制冷片5制冷面开始制冷，使IGBT功率模块6工作时产生热量迅速释放，同时，半导体制冷片5制热面散发的温度通过中空散热铝块2带走，从而使IGBT功率模块6始终保持在稳定温度范围内安全运行。

2017年5月12日，在阳煤集团某矿机电厂房，对阳煤华鑫矿用隔爆兼本质安全型高压变频开关使用上述方法进行了改造，使用后，IGBT功率模块6与变频器同步启动，在增大负载后3h内，IGBT功率模块6没有同改造前一样温度急速升高，而是始终保持在30-50摄氏度之间，远远小于跳闸保护温度85摄氏度，使用效果良好。