CC BY
129
ческого ущерба», предусматривающая строительство новых и реконструкцию действующих природоохранных объектов, приобретение природоохранных технологий, оборудования, в том числе и для ликвидации экологических последствий чрезвычайных ситуаций. Разработчиками этих экологических программ и организаторами их реализации являются экологи отрасли.
Заключение
Таким образом, для реализации экологической политики необходимо создание упорядоченной системы экологического управления, в которой, с одной стороны, государство, используя все перечисленные выше методы, будет принимать участие в организации рационального природопользования и охраны окружающей среды. С другой стороны, само предприятие должно сделать свою природоохранную деятельность частью общей системы управления предприятием.
Библиографический список
1. Экономика природопользования : учеб. пособие / О. С. Шимова, Н. К. Соколовский. - М.: ИНФРА-М, 2005. - 377 с. - ISBN 5-16-002284-8.
2. Экономические основы экологии : учебник / В. В. Глухов, Т. В. Лисочкина, Т. П. Некрасов. - СПб.: Специальная литература, 1997. - 304 с.
3. Основы экономики природопользования / С. В. Макар. - М.: ин-т междунар. права и экономики им. Грибоедова, 1998. - 192 с.
4. Экология и экономика природопользования : учеб. для эконом. вузов / Э. В. Гирусов, С. Н. Бобылев, А. Л. Новоселов, Н. В. Чепурных; ред. Э. В. Гирусов. -М.: Закон и право, 1998.- 455 с.
5. Экономика природопользования и охраны окружающей среды : учеб. пособие / А. П. Москаленко. - Ростов-на-Дону: Изд. центр «МарТ», 2003. - 224 с. - ISBN 5-24100169-7.
6. Экологический менеджмент / Н. В. Пахомова, А. Эндрес, К. Рихтер. - СПб.: Питер, 2003. - 544 с. - ISBN 5-94723-494-7.
7. Экономика природопользования : учебник / С. Н. Бобылев, А. М. Ходжаев. -М.: ИНФРА-М, 2004. - 501 с. - ISBN 5-16-001718-6.
УДК 621.382.026.017.72
А. Б. Буянов, С. И. Степанов, В. И. Крылов
ИССЛЕДОВАНИЕ КОНТАКТНОГО ТЕПЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В СИСТЕМАХ СПП-ОХЛАДИТЕЛЬ
Изучено влияние силы сжатия, плотности теплового потока и частоты обработки контактирующих поверхностей на контактное тепловое сопротивление в системах силовой полупроводниковый прибор (СПП)-охладитель. Даны рекомендации по снижению контактного теплового сопротивления подобных систем, работающих в условиях блочной компоновки.
контактное тепловое сопротивление, охладитель, силовой полупроводниковый прибор, сила сжатия.
Введение
Любые две поверхности, находящиеся в контакте, независимо от силы их сжатия остаются удаленными друг от друга из-за их шероховатостей. Газ, жидкость, различные прокладки или они совместно могут заполнять пространство между поверхностями, обеспечивая наличие между ними контактного теплового сопротивления (КТС). Теплота от одной из соприкасающихся поверхностей к другой в общем случае может передаваться теплопроводностью через места непосредственного контакта (пятна контакта); теплопроводностью через среду, заполняющую пространство между выступами и шероховатостями контактирующих поверхностей; конвективным переносом теплоты средой, заполняющей это пространство; лучистым теплообменом между поверхностями [1]—[3].
Основной причиной возникновения разности температур контактирующих поверхностей является их частичное касание из-за неудовлетворительного состояния поверхностей (шероховатости, кривизны, волнистости и т. д.). Как правило, при непосредственном контакте суммарная площадь пятен контакта составляет 5...30% общей площади визуального соприкосновения [1]-[4]. На величину суммарной площади контактных пятен влияют многие факторы: материал контактируемых тел; чистота обработки контактирующих поверхностей; сила сжатия; температура в области контакта; плотность теплового потока, проходящего через контакт, и ряд других факторов.
В данной статье рассматривается влияние перечисленных факторов на КТС в силовой полупроводниковой преобразовательной технике.
1 Анализ современного состояния исследований в области КТС
Теплообмен в зоне контакта может быть охарактеризован величиной КТС, определению которого посвящено много работ [1]-[7]. Имеющиеся в настоящее время аналитические зависимости по расчету КТС, полученные в результате обобщения опытных данных для узкого круга материалов, неприменимы для силовой полупроводниковой техники из-за наличия следующих факторов:
1) идеализации контактирующих поверхностей;
2) обобщения данных для химически чистых металлов;
3) отличающихся рабочих температур;
4) применения мягких прокладок, теплопроводных паст (циатим-201, КПТ-8) и гальванических покрытий полупроводниковых приборов (Cr, Ni, Cd);
5) различия температур в месте контакта и прижимного устройства полупроводниковых приборов;
6) наличия волнистости, неплоскостности и макронеровностей;
7) наличия окисных пленок на охладителях;
8) большой длительности выдержки контактирующих элементов под давлением при значительных колебаниях средней температуры в месте контакта;
9) блочной компоновки силовых полупроводниковых приборов (СПП) с охладителями при их большом количестве в одной сборке.
Расчетные значения КТС в полупроводниковой технике оказываются в 2.. .3 раза ниже фактических величин [5].
В работе [6] представлены результаты опытов по влиянию на КТС покрытий и мягких прокладок в зоне контакта, типичных для СПП и их охладителей. При расчете полупроводниковых приборов за КТС принимают
T - T
параметр Rthc-h, где Rthc-h =—---, К/Вт; Tc - температура контактной
Pf (лк)
поверхности СПП; Th - температура контактной поверхности охладителя;
PF(AV) - мощность теплового потока, Вт.
Применение оловянных или свинцовых прокладок между медными телами снижает величину Rthc-h в два раза и более при усилиях сжатия
контактируемых тел 10 .15 кН, что объясняется деформацией прокладки и ростом суммарной площади пятен контакта. В то время как гальваническое покрытие торцов двух медных контактируемых цилиндров диаметром
-2
3-10 м металлами Cr, Ni или Cd, что имеет место для СПП, наоборот, увеличивает значение Rthc-h в 2.10 раз в зависимости от металла и толщины покрытия. Применение пасты КПТ-8 на основе окиси бериллия (МРТУ-6-02-394-66, 1 = 0,7.0,8 Вт/(м-К)) более эффективно для поверхностей, обработанных по 2-7 классу шероховатости (Rz 160. Rz 6,3)
[7].
Проанализируем значения КТС для различных СПП таблеточной конструкции, которые приводятся в заводских каталогах на такие приборы (рис. 1) для их серийных охладителей с применением оловянных прокладок.
Дь мм
Рн ■ 10-4, кН/м2
70
-х-
50
30
□
□
10 -I--------,-------,------,-------т-
0,004 0,009 0,014
х
--1,0
--0,75
□
0,019
----1-0,5
0,024
Rthc-h, к/Вт
Рис. 1. Влияние удельной номинальной силы сжатия и диаметра контактной поверхности СПП на КТС:
• ,□ - по данным ОАО «Электровыпрямитель»;
Д5 х - по данным ТЭЗ;
□,Х - Rthc-h = f (Д1); •= Д - Rthc-h = f(Рн)
На рисунке видно, что с увеличением диаметра контактной поверхности СПП Д1, а также с увеличением нормируемой удельной силы сжатия Рн величина Rthc-h уменьшается. С одной стороны, увеличение диаметра
контактной поверхности Д1, несмотря на увеличение мощности прямых потерь в СПП, в целом уменьшает поверхностную плотность теплового потока через контактную поверхность, а это, в свою очередь, приводит к снижению величины КТС. С другой стороны, с увеличением диаметра контактной поверхности нормируемая удельная сила сжатия падает (см. рис. 1), и это должно приводить к росту Rthc-h, чего не происходит (рис. 2).
Этот факт можно объяснить тем, что отношение суммарной площади пятен контакта к площади контактной поверхности с ростом Д1 уменьшается вследствие наличия кривизны контактных поверхностей. А это, в свою очередь, приводит к росту силы сжатия на пятнах контакта и к снижению величины КТС.
РнТ0-4, кН/м2
1,5
1,0
0,5
10 30 50 Д1, мм
Рис. 2. Зависимость удельной номинальной силы сжатия от диаметра контактной поверхности СИЛ:
• - по данным ОАО «Электровыпрямитель»;
Д - по данным ТЭЗ
2 Результаты исследований КТС, полученные в лаборатории ПГУПС
Как уже отмечалось, значительное влияние на величину КТС оказывает состояние контактирующих поверхностей. Это было ещё раз подтверждено опытным путем при измерении КТС между СЛЛ таблеточной конструкции Д253-1600 и половинкой серийного алюминиевого охладителя из сплава АД-31 без установки между ними оловянной прокладки (рис. 3). Сначала испытания проводились после фрезерования контактной поверхности охладителя (нижняя кривая), а затем - после ее пескоструйной обработки, т. е. при создании искусственной макрошероховатости. Начальное усилие сжатия Рн = 15 кН при сборке СЛЛ с охладителем устанавливалось по поверенному динамометрическому ключу. Различие в значениях Rthc-h
оказалось очень велико - в 3,5...4,0 раза, в зависимости от состояния поверхности охладителя. Лри этом была установлена зависимость величины КТС от мощности тепловых потерь PF(AV) или, что одно и то же, от перегрева контактной поверхности DT относительно окружающей среды, где
T + T
DT ——=--------Ta (Ta - температура окружающей среды, которой соот-
^2
ветствует температура прижимного устройства). На рисунках 3-5 представлены значения КТС для одной контактной пары, т. е. только с одной стороны СЛЛ таблеточной конструкции (со стороны охладителя).
Значительный интерес представляет зависимость КТС от удельной силы сжатия при различных поверхностных плотностях теплового потока. В этих исследованиях испытанию подвергался СЛЛ типа В 500 с серийными медными охладителями ОМ-104. Охладители позволяли достаточно точно и просто определить величины тепловых потоков с анодной и ка-
тодной сторон СПП по нагреву охлаждающей воды с раздельным протоком от каждого охладителя в отдельные мерные ёмкости. На графике (рис. 4), построенном по данным испытаний, можно выделить две области, граничащие по линии Р = 8,5-10 кН/м .
Rthc-h, К/Вт
0,065 0,050 0,035 0,020 0,005
50 60 70 80 90 ДТ, К
Рис. 3. Влияние способа обработки и перегрева контактной поверхности
охладителя на КТС:
о, □ - фрезерование контактной поверхности охладителя;
• ,Д - пескоструйная обработка; Д, □ - Rthc-h = f (DT)
R
Рис. 4. Влияние удельной силы сжатия и поверхностной плотности теплового потока на КТС:
Д - 100 кВт/м2; о - 300 кВт/м2; □ - 600 кВт/м2
_3 2
В левой области Р < 8,5 •10 кН/м график представляет собой семейство кривых, постепенно сходящихся в линию в правой области. Постепенное снижение величины Rthc-h происходит за счет увеличения суммарной площади контактных пятен с ростом удельной силы сжатия Рн, вызывающей деформацию мягкой оловянной прокладки, которая частично заполняет впадины между выступами микронеровностей на контактных поверхностях СПП и охладителя.
_3 2
Особенностью левой области Рн < 8,5 •10 кН/м является то, что для одной и той же удельной силы сжатия существуют разные значения теплового контактного сопротивления в зависимости от поверхностной плотности теплового потока, причем большему значению поверхностной плотности теплового потока соответствует меньшее значение Rthc-h. Это может
быть объяснено тепловым расширением контактирующих тел.
При увеличении поверхностной плотности теплового потока повышается средняя температура корпуса охладителя и СПП, следовательно, происходит их тепловое расширение, т. е. увеличение линейных размеров. А это, в свою очередь, увеличивает приложенную силу сжатия относительно начальной нормированной Рн на АР, т. к. в это время стальные шпильки и траверсы прижимного устройства находятся при неизменной окружающей
температуре Та. Однако с увеличением удельной силы сжатия ее относи-
—3 2
тельный температурный прирост АР/Рн падает и при Р > 8,5-10 кН/м уже практически не оказывает влияния на величину КТС (правая область на рисунке 4). Характерно, что область нормированных усилий сжатия Рн всех отечественных СПП таблеточной конструкции лежит в правой области графика.
Анализ полученных результатов (см. рис. 4) позволил сделать следующие предположения.
1. На величину КТС в левой области оказывает влияние не только поверхностная плотность теплового потока через место контакта, но и перегрев контактной поверхности АТ, характеризующий линейное удлинение системы СПП с охладителями относительно прижимного устройства, температура которого соответствует температуре окружающей среды Та. При этом не имеет значения, в результате чего возникает перегрев АТ - за счет теплового потока, подогрева охлаждающим воздухом или при их совместном действии.
2. Граница левой области (см. рис. 4) сдвигается вправо в область нормированных значений усилия сжатия Рн в случае применения блочной компоновки, когда большое число СПП, охладителей и токоведущих шин сжаты общим прижимным устройством.
Эти предположения подтвердились экспериментально при испытании блока, содержащего два тиристора Т630 и три медных охладителя типа «двухфазный термосифон» (ДТС). При этом перегрев АТ создавался
(рис. 5) регулированием мощности тепловых потерь в СПП PF(AV) и дополнительным подогревом охлаждающего воздуха Тcf = +20...+40 °С. Существенная зависимость величины Rthc-h от перегрева контактной поверхности наблюдается при нормированном значении усилия сжатия Рн = 20 кН для СПП-Т630. Аналогичные экспериментальные результаты были получены при исследовании КТС блока, содержащего два тиристора ТБ400 и три алюминиевых ДТС (сплав АЛ-4) при нормированном значении усилия сжатия блока Рн = 16 кН (см. рис. 5).
Рис. 5. Влияние разности температур контактной поверхности и окружающей среды на КТС при блочной компоновке СПП с охладителями типа ДТС: о - СПП типа Т630 (Рн = 20 кН) с медными ДТС;
□ - СПП типа ТБ400 (Рн = 16 кН) с алюминиевыми ДТС
Заключение
По представленным выше данным исследования КТС можно сделать следующие выводы.
1. Совершенствование конструкций охладителей СПП, дающее снижение их теплового сопротивления (0,10.0,02 К/Вт), привело к тому, что контактное тепловое сопротивление (0,04.0,005 К/Вт) стало соизмеримым с ними и с тепловым сопротивлением самого СПП (0,12.0,04 К/Вт) и фактически также определяет долговечность дорогостоящих полупроводниковых приборов. Поэтому к величине КТС возрастает интерес как изготовителей, так и эксплуатационников силовой электроники.
2. При сборке СПП и их охладителей должно быть строго соблюдено
3 2
нормированное усилие сжатия, удельная величина Р > 8,5-10 кН/м . Несоблюдение этого требования приводит к росту температуры перехода Тj
и к снижению надежности работы СПП.
3. Актуальность вопроса о КТС растет с использованием блочной компоновки СПП и охладителей, стянутых общим прижимным устройст-
вом. Величина КТС определяется перегревом контактной поверхности DT вне зависимости от причин, вызвавших его.
4. Для транспортных силовых преобразовательных установок, работающих в условиях вибраций для повышения срока службы СПП необходимо проводить периодический контроль величины силы сжатия приборов.
5. Контактное тепловое сопротивление системы СПП-ДТС в условиях блочной компоновки с применением типовых оловянных прокладок находится в пределах от 0,012 до 0,025 К/Вт в зависимости от величины перегрева контактной поверхности DT.
Библиографический список
1. Контактное термическое сопротивление / Ю. П. Шлыков, Е. А. Ганин, С. Н. Царевский. - М.: Энергия, 1977. - 328 с.
2. Теплообмен в зоне контакта разъемных и неразъемных соединений / В. Н. Попов. - М.: Энергия, 1971. - 216 с.
3. Моделирование контактного теплообмена на ЭВМ : учеб. пособие / И. Г. Киселев, В. И. Крылов, С. В. Урушев. - СПб.: ПГУПС, 2002. - 44 с. - ISBN 5-7641-0091-7.
4. К решению контактных задач теории теплопроводности / Ю. Б. Гнучий. -Проблемы прочности. - 1983. - № 1. - С. 104-107.
5. Расчет тепловых параметров полупроводниковых приборов. Метод эквивалентов / А. Л. Захаров, Е. И. Асвадурова. - М.: Радио и связь, 1983. - 184 с.
6. Режимы нагрузки силовых полупроводниковых приборов / А. А. Рабинерсон, Г. А. Ашкинази. - М.: Энергия, 1976. - 296 с.
7. Обеспечение тепловых режимов изделий электронной техники / А. А. Чернышов, В. И. Иванов, А. И. Аксенов, Д. И. Глушкова. - М.: Энергия, 1980. - 216 с.
УДК 658:332.7
С. П. Воронова
О КЛАССИФИКАЦИИ РИСКОВ, СВЯЗАННЫХ С ИНВЕСТИРОВАНИЕМ В ОБЪЕКТЫ ДОХОДНОЙ НЕДВИЖИМОСТИ
«Любые классификации не имеют самостоятельного и абсолютного значения. Они представляют собой определенный прием, с помощью которого упрощается задача исследования. Поэтому нельзя назвать какие-либо «объективные» основания для классификации» [1, с. 69]. Задача любой классификации - выявить общие признаки и зависимости, характерные для классификационной группы. Это даст возможность разработать общие принципы и подходы к анализу и оценке соответствующих рисков.
В статье приведен сравнительный анализ существующих источников рисков, возникающих при инвестировании в объекты доходной недвижимости. Предлагаются качественно новые классификации соответствующих рисков.
