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罗志勇:战斗在华中工学院硅元件厂十年的难忘岁月

点击次数:  发布时间:2014-4-30 8:07:06 编辑:校史研究室


   (二)研制451工程所需的500A/2000V平板型风冷硅整流元件

   

    根据451工程对风冷硅整流元件的要求,组成了干部、工人、技术人员、教师相结合的调查组,在1974年3月4日到3月31日前往西安、北京、上海调研,走访了西安整流器研究所、西安整流器厂、北京变压器厂、北京椿树整流器厂、首钢总计控室硅元件车间、上海整流器厂、上海轻工电子元件厂、上海机器控制器厂。调查后期适逢全国变流行业会议在常州召开(3月24日~31日),调查组派我到常州参加全国变流行业会议。

   

    通过调查和参加全国变流行业会议,初步摸清了500A硅整流元件在国内的生产和研制情况。围绕提高元件的电压水平、过载能力、稳定性、可靠性以及管壳结构、散热器结构等,都作了详尽的了解,收集了有关资料,为解决这些问题创造了条件。

   

    1974年春,国内几个主要单位的500A硅整流元件的电压水平在1200V~2000V的成品率约在30%~40%左右,採用水冷散热器,过载能力一般为4~5倍,个别单位可达6倍,而500A风冷散热器没有定型,过载实验做得不多。北京变压器厂500A风冷硅整流元件的过载能力仅为3.5倍。500A/2000V以上风冷硅整流元件成品率不高,估计在10-20%左右。

   

    调查结束后,于1974年4月撰写出详细的调查报告,提出了可行的合理建议共计18条。在其后的研制工作中都被全面采用实施。

   

    研制工作的关键是提高硅整流元件的电流过载能力,进行过载测试和型式试验考核。

 

    1. 提高电流过载能力  

     1974年3月底在常州召开的全国变流行业会上,一机部决定修改原定的部颁标准:电流过载能力由一周波过载4倍,提高到一周波6倍,20次。一机部部长沈洪斩钉截铁地说:“新的部颁标准必须立即执行!”但真正实施起来还存在一年的过渡期。对于我们刚刚启动的451工程,就必须执行新的部颁标准,起点更高了。能否达到新的部颁标准,成为451工程成败的关键。


    当时585所对硅元件厂能否攻克这一技术难题,尚存疑虑。585所派技术员冯青华、傅魁昇作为451工程中硅元件的质量监督员,派施锦华为硅整流装置的质量监督员。


    电流过载能力是大功率硅整流元件质量的核心指标,它不仅反映元件的正向通流能力,而且反映元件的高温特性的好坏和元件结构是否合理。电流过载能力是元件电特性和热特性的综合表现,因此提高电流过载能力是提高硅整流元件质量的重大课题,当时全行业都没有很好解决。


    浪涌电流通过硅整流元件时,在很短的时间内,在PN结附近产生很大的功率损耗,由于管芯特别是硅片的热时间常数很小,因而PN结的结温急剧上升,元件的反向漏电流也随之迅速加大,反向电压急剧下降。过载瞬时最高结温由元件的功率损耗及其热阻抗所决定。硅元件所能承受的最大浪涌电流,主要由元件的功率损耗、热阻抗及其高温特性所决定,但也应考虑硅片与钼片之间的热应力可能导致的热损坏。


    要定量分析硅整流元件的电流过载能力就应将硅整流元件作为一个系统加以分析研究:要列出硅整流元件的功率损耗方程组;要列出硅整流元件的热阻抗方程组;要研究硅整流元件的瞬态热阻抗,就必须根据500A平板型风冷硅整流元件的具体结构画出与其对应的瞬态热阻抗的等值热路图,从而导出稳态热阻抗和瞬态热阻抗的表达式。根据上述方程组,应用电子计算机,计算和分析了元件功率损耗及结构参数对过载瞬时最高结温的影响。根据过载瞬时最高结温和元件的高温特性,分析了元件的极限过载能力。


    如此深入细致的分析研究,在理论上不能不说是一个重要创新。结合上述分析和有关实验结果,从以下三方面采取措施来提高硅整流元件的电流过载能力:(1)降低功率损耗;(2)提高元件的高温特性;(3)减少元件的热阻抗。对应每一方面都采取4条技术措施,三方面共采取12条技术措施来实现。


    2. 过载测试与型式试验

   

    从1974年4月中旬开始,全面展开451工程500A/2000V平板型风冷硅元件的研制工作,经过半年的艰苦努力终于在1974年10月研制出一批高质量的500A/2000V平板型风冷硅整流元件。在投入大批量生产前,必须进行严格的过载测试与型式试验。

   

    硅元件厂派我、刘业伟,585所派冯青华、付魁昇共同进行过载测试与型式试验。通过过载测试和型式试验(包括低温特性试验、低温存放试验、冲击试验、震动试验、冷热循环试验、浪涌电流试验)的考核后,可以得出结论:硅元件厂研制的500A/2000V平板型风冷硅整流元件完全符合新的部颁标准的要求,不仅电流过载能力全部达到6倍20次的标准,有的高达10倍,过载100次仍不损坏。这为451工程的顺利开展打下坚实的基础。此项产品随即投入大批量生产。

   

   为了及时总结研制的经验,1975年6月编写了《500A硅整流元件工艺规程》作为硅元件厂的技术文件,使此项产品的生产走上了正规。同时又撰写出研究论文“提高500AZKV风冷硅整流元件质量的若干问题”。此文由科研生产处王家金审阅,得到了高度评价,尤其是提高电流过载能力部分显示了相当高的理论水平。此文在1975年6月的华中工学院学报第2期上发表。

   

    1975年7月在西安整流器研究所召开“全国可控硅元件可靠性经验交流会”,硅元件厂派我陪同无线二厂副主任黄天柱参加会议。时任西安硅整流器研究所情报室主任曾培炎(后曾升任国务院副总理)主持此次会议,安排华中工学院在大会上作学术报告。黄天柱安排我去作报告,于是我作了题为“提高500A2KV风冷硅整流元件质量的若干问题”的学术报告,得到与会者广泛的好评。其后此文又在全国《变流技术动态》1975年第4期上发表。

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