第1章 电力电子器件的热特性 1
1.1 电力电子冷却装置 1
1.2 电力电子器件的损耗与发热 2
1.2.1 IGBT损耗计算 3
1.2.2 晶闸管损耗计算 7
1.2.3 TCR阀触发关断损耗 8
1.3 电力电子器件的失效机理与可靠性 9
1.4 温度对器件性能的影响 12
1.4.1 半导体器件的最大工作温度 13
1.4.2 最大允许功耗与温度的关系 14
1.4.3 载流子寿命对器件性能的影响 17
第2章 电力电子冷却的基本原理 19
2.1 电力电子传热的基本理论 19
2.1.1 电力电子器件的封装 19
2.1.2 热传导 19
2.1.3 对流 20
2.1.4 热辐射 21
2.2 风冷 22
2.2.1 风冷及其主要方式 22
2.2.2 空气自然对流冷却 22
2.2.3 强迫对流风冷 25
2.3 液冷 27
2.3.1 电力电子液冷及分类 27
2.3.2 水冷板散热器 29
2.3.3 水冷过程的计算关联式与计算模型 31
2.3.4 水冷散热的影响机制与强化方法 34
2.4 热管冷却 35
2.4.1 热管的工作原理与基本性质 35
2.4.2 热管传热性能分析与设计计算 37
2.4.3 环路热管 37
2.4.4 脉动热管 38
2.5 其他冷却方式 40
2.5.1 半导体冷却 40
2.5.2 微通道冷却 42
第3章 电力电子设备用换热设计 44
3.1 电力电子设备半导体冷却方式的选择与选型 44
3.1.1 电力半导体器件热设计 44
3.1.2 电力半导体冷却方式选择 46
3.1.3 电力半导体整体式水冷散热器设计 50
3.1.4 电力半导体的风冷散热器 56
3.1.5 电力半导体的热管散热器 58
3.1.6 电力半导体的传热介质 60
3.2 大功率电力电子装置液冷内冷系统设计计算 62
3.2.1 液冷系统的传热介质 62
3.2.2 纯水系统的内冷设计原理 66
3.3 大功率变流器液冷系统外冷设计计算 68
3.3.1 外冷设计概述 68
3.3.2 管翅式空冷器 69
3.3.3 板翅式换热器 75
3.3.4 冷却塔 78
第4章 HVDC换流阀冷却系统集成设计 84
4.1 HVDC换流阀冷却系统概述 84
4.1.1 换流阀冷却系统的发展 84
4.1.2 换流阀冷却系统的原理 85
4.2 换流阀冷却系统基本结构 86
4.2.1 总体技术要求 87
4.2.2 主要材质要求 87
4.2.3 主循环设备 87
4.2.4 去离子装置 99
4.3 外循环冷却系统基本结构 106
4.3.1 外循环冷却系统空冷器设计要求 106
4.3.2 外循环冷却系统的冷却塔选型 110
4.3.3 外循环冷却系统的冷却塔要求 111
4.4 冷却系统的结构设计 117
4.4.1 冷却系统主设备的结构设计 118
4.4.2 冷却系统布置设计 120
4.4.3 减振、噪声控制 121
4.4.4 冷却系统对土建的要求 122
4.5 若干性能参数的测量 123
4.5.1 流量类检测 123
4.5.2 温度类检测 125
4.5.3 压力类检测 126
4.5.4 液位类仪表 127
4.5.5 电导率仪 128
第5章 电力电子设备换热仿真 130
5.1 概述 130
5.2 电力电子热处理器件设计仿真 131
5.2.1 仿真软件 131
5.2.2 电力半导体器件用散热器仿真 135
5.2.3 外循环冷却系统空气冷却器选型 139
5.3 液冷却系统仿真 141
5.3.1 水冷系统仿真概述 141
5.3.2 水冷系统仿真软件介绍 142
5.3.3 直流输电换流阀冷却系统的系统仿真 153
第6章 冷却系统电气设计 160
6.1 交流电源配置要求 160
6.1.1 内冷回路 160
6.1.2 外水冷回路 161
6.1.3 外风冷回路 162
6.1.4 外风冷＋外水冷回路 162
6.2 控制原理与方法 164
6.2.1 可编程序控制器的概念及工作原理 164
6.2.2 电气控制系统的常见保护环节 165
6.3 电磁兼容 166
6.3.1 电磁兼容的相关理论 166
6.3.2 提高电磁兼容性的研究与对策 167
6.3.3 换流阀冷却系统电气控制与监测系统抗电磁干扰设计 170
6.4 换流阀冷却控制系统配置 171
6.4.1 直流电源的配置要求 171
6.4.2 主循环泵控制 173
6.4.3 电加热器控制 174
6.4.4 电动阀门控制 174
6.4.5 补水系统 175
6.4.6 氮气恒压控制 176
6.4.7 外水冷系统控制要求 176
6.4.8 外风冷系统风机控制要求 177
6.4.9 外风冷+外水冷系统控制要求 177
6.5 换流阀冷却控制系统通信 177
6.5.1 报警信号和事件记录 177
6.5.2 一般要求 178
6.5.3 直流项目硬触点上行和下行信号 178
6.5.4 直流项目光调制信号通信 179
6.6 换流阀冷却控制系统的保护 183
6.6.1 阀冷却系统温度保护技术要求 183
6.6.2 阀冷却系统流量压力保护的技术要求 184
6.6.3 阀冷却系统液位保护的技术要求 185
6.6.4 阀冷却系统泄漏保护的技术要求 186
6.6.5 电导率保护 187
6.6.6 阀冷却与控制保护间的接口 189
6.7 换流阀冷却控制系统的故障诊断 190
6.7.1 仪表故障诊断 190
6.7.2 模块故障诊断 191
第7章 冷却设备的运行维护 192
7.1 故障判定与运行维护的依据 192
7.1.1 故障判定 192
7.1.2 运行维护的依据 199
7.2 换流阀冷却控制系统的维护 199
7.2.1 维护项目及周期 199
7.2.2 维护方案 214
7.3 常规变流器冷却系统的维护 231
7.3.1 注意事项 231
7.3.2 巡检措施 231
7.3.3 零部件的更换 232
参考文献 237