【摘 要】
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随着柔性直流输电技术的快速发展,压接型IGBT器件由于具有双面散热、功率循环能力强等优点,被越来越多的应用在高压大容量柔直换流阀领域.作为柔性直流输电换流阀的核心设备,基于压接型IGBT器件的功率模块是一个集电磁场、温度场和结构场相互耦合的复杂多物理场环境,在运行时会受到电、磁、热、力等多个物理场的相互作用,其内部强大的交变电磁场使机箱、铜排、硅堆等结构件产生涡流和电磁力,涡流发热和器件损耗发热使得功率模块在运行中温度上升,影响其工作可靠性.且压接型IGBT器件内部均为多芯片并联结构,必须保证各芯片结构均
【机 构】
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西安西电电力系统有限公司,西安710075
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随着柔性直流输电技术的快速发展,压接型IGBT器件由于具有双面散热、功率循环能力强等优点,被越来越多的应用在高压大容量柔直换流阀领域.作为柔性直流输电换流阀的核心设备,基于压接型IGBT器件的功率模块是一个集电磁场、温度场和结构场相互耦合的复杂多物理场环境,在运行时会受到电、磁、热、力等多个物理场的相互作用,其内部强大的交变电磁场使机箱、铜排、硅堆等结构件产生涡流和电磁力,涡流发热和器件损耗发热使得功率模块在运行中温度上升,影响其工作可靠性.且压接型IGBT器件内部均为多芯片并联结构,必须保证各芯片结构均匀受力、均匀通流、均匀散热,对压装结构要求比较高.因此,须综合考虑涡流、器件损耗、水冷却以及电磁力、热应力、机械应力等因素对压接型IGBT器件功率模块的影响.文中结合Ansys有限元分析软件,提出了一种基于压接型IGBT器件的柔直换流阀功率模块的多物理场耦合仿真分析方法.首先通过构建多物理场耦合关系数学模型,分析电磁、热、力等多物理场的耦合关系.其次针对换流阀功率模块,分别开展了电磁—热—流体和电磁—热—力多物理场耦合分析,得到功率模块运行时的损耗、温度、电磁力、热应力、总体应力和形变量等.最后,将电磁—流体—温度耦合结果与功率模块试验结果进行了对比验证,证明文中换流阀功率模块的多物理场耦合分析方法可以指导换流阀功率模块的设计.
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利用感应电极与高压导体间杂散电容构成电容分压器高压臂的电压传感器是GIS中暂态电压的主要测量手段,但三相同壳GIS结构各相电场在电压传感器处相互耦合,因此需要研究解耦方法以准确测量各相VFTO电压波形.文中根据三相同壳式GIS母线三角形布置这一特点,结合电压传感器电容分压原理,首先建立了三相同壳GIS母线相电压测量系统,提出了电场耦合系数矩阵,并利用仿真手段,建立了二维仿真模型,研究电压传感器位置对电场耦合矩阵的影响.结果 表明,电压传感器处于相母线“近距点”时对应电场耦合系数达到最大值,另外两相电场耦合
气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)是将成套的开关设备如断路器、隔离开关、母线等封闭在充以SF6气体接地的金属罐体中,而内部异物金属颗粒的存在会引起局部放电甚至绝缘击穿.文中针对高压下GIS中两种典型金属颗粒—线形和球形颗粒的运动特性进行了研究.首先搭建了局部放电试验平台,测试了两种类型金属颗粒放电图谱;其次通过对金属颗粒的受力情况分析数值模拟了不同类型电压下不同类型金属颗粒运动轨迹.数值模拟结果发现在脉冲电压下金属颗粒的运动与其形态存在一定的规律.为进一步后续通过
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