Hallo,
im Dauerbetrieb (60kW) muss ich mit maximalen
Durchlassverlusten von 3500Watt rechnen.
Wie kommst du auf diese Verlustleitung. Bei welcher Spannung
fließen welche Ströme real?
Für z.B. 400V kommt mir das deutlich zu hoch vor.
Ohne daß ich mich jetzt damit beschäftigt habe, schätze ich, daß
du Ströme um ca 1000A oder noch mehr hast.
Dann wäre die Spannung aber nur ca. 60V oder weniger?
Bei niedrigeren Spannungen sind ABER evtl. IGBT nicht optimal.
Da wären womöglich FET (parallel geschaltet) deutlich effektiver?
Mit einem Innenwiderstand von z.B. 0,001 Ohm bei 1000A wäre die
Verlustleistung nur ca. 1KW. Schaltverluste wären bis zu einigen
kHz vernachlässigbar.
Die Schaltverluste kann ich schlecht abschätzen, mit entsprechenden
Schaltentlastungsnetzwerken kann ich sie evtl. bis auf 3000W
drücken.
Als Annahme also mal ca. 8KW.
Kurzzeitig können aber tatsächlich Leistungsspitzen bis zu
0.8MW aufreten, die meine Halbleiter nur im gut gekühlten
Zustand verkraften.
D.h. die Verlustleistung im Dauerbetrieb darf den Kühlkörper
nicht deutlich über 25Grad aufheizen, 40Grad wären evtl. noch
akzeptabel.
Ok.
Die Verluste im Extrembetrieb werden für die Gesamtwärmebilanz
keine Rolle spielen, da sie nur für ca 2 bis 15ms auftreten.
Wichtig ist in dem Moment nur die niedrige Sperrschichttemperatur.
Wenn die Halbleiter schon dicht an der Kotzgrenze betrieben werden,
dann ist das plausibel. Muß das aber sein?
Sonst hat man bei Si-Halbleitern in der Regel locker den Faktor 10
zwischen Nennlast und max. Impulslast.
Wärmeübergang zur Flüssigkeit eine Rolle (Oberfläche und
Strömungsgeschwindigkeit).
Da sollte man noch mal genau nachrechnen.
Genau da kommen wir zum kritischen Punkt. Je größer die
Oberfläche, desto besser die Wärmeübertragung. D.h. lieber
viele dünne Bohrungen, soweit technisch zu realisieren.
Mein Konstruktionsvorschlag in diesem Sinne wäre:
Eine Kupferplatte mit 600mm*180mm und 12mm Stärke auf der
Längsseite mit vielen 6mm Bohrungen/ 3mm Abstand versehen
(lassen), wobei nur die Bereiche der Modulbefestigungen
freibleiben.
Vor allem direkt unter der aktiven Fläche muß die Wärmeabführ
optimal sein. Die Modulbesfetigung also unbedingt nach außen
zum Rand hin legen.
Die Bohrungen sollten auch so dicht wie möglich unter die aktive
Fläche gelegt werden.
Allerdings mußt du aufpassen, daß die Flache noch steif genug bleibt
und die Kontaktfläche der Halbleiter optimal eben und glatt ist.
Beim bohren wird sich das Kupfer aufbauchen. Da müßte die
Oberfläche eh nachbearbeitet werden.
Also evtl. mal nach passendem Mat. suchen, kein reines Kupfer,
weil zu weich.
Ich hätte noch eine andere konstruktive Lösung.
Eine Platte mit dünnen Kanälen, die über die Breite eingefräst
werden und an beiden Enden gleich in Sammelkanäle enden.
Darüber eine rel. dünne und glatte Abdeckplatte, die über die
Flache mit Senkschrauben befestigt wird (oder von unten - keine
Löcher von oben nötig).
Außen herum brauchst du natürlich eine Dichtung (Nut auch gleich
mit einfräsen lassen).
Die Bohrungen wären bei 180mm Länge noch gut realisierbar.
An diese Platte löte ich im Bereich der Bohrungsöffnungen
jeweils ein geschlitztes Hohlprofil an, über das an allen
Bohrungen einer Seite der gleiche Druck anliegt, und an das
meine Wasserzuführung angeschlossen wird.
Somit müsste man bei vertretbarem Aufwand und Materialeinsatz
eine gute Kühlwirkung erreichen. Bei grob geschätzt 50
Bohrungen kommt eine Fläche von ca. 1700cm2 zustande. Bei
einem Querschnitt von 14cm2 ist allerdings mit einem großen
Wasserverbrauch zu rechnen. Naja, macht in meinem Fall nichts.
Da würde ich anders rangehen. Der Wasserverbrauch kann ja nicht
von den Abmessungen der Bohrungen abhängig gemacht werden!
Du brauchst bei ca. 8KW mit 10grd Temp.-Diff. eine Wassermenge
von ca. 0,2 l/s = 720 l/h. Wenn’s etwas mehr ist, umso besser.
Um das Wasser auf eine große Menge Bohrungen gleichmäßig zu
verteilen und den Durchfluß auf vernüftige Werte festzulegen,
würde ich Düsen einsetzen.
Wenn du die Düsen im Einlauf hast, ist das ganze weitgehend
druckfrei, so daß alles einfacher wird (wenig Probleme mit Dichtheit).
Muß ja nicht vor jede Bohrung eine Düse, aber z.B. pro 3-6 Bohrungen könnstest du eine setzen.
Entweder die Düsen gleich mit konstruktiv vorsehen (an einer Seite
auf 1-2mm nur mit kleinem Durchmesser durchbohren) oder z.B.
Schlauchanschlüsse mit z.B. 1/8" einsetzen. Da kannst du die Düssen
auch irgendwo in die Schlauchverteilung integrieren und bei
Bedarf anpassen.
Da ich keine Randbed. kenne, kann es sein, daß ich völlig falsch liege.
Evtl. hast du aber ein eher schlechtes Gesamtkonzept?
Gruß Uwi
