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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