大型励磁系统的可控硅整流装置的设计.PDF

大型励磁系统的可控硅整流装置的设计 李国良 刘志刚 (哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150040) Li Guoliang Liu Zhigang (Harbin Electric Machinery Company Limited, Heilongjiang Harbin 150040) 摘 要 Abstract • 本文针对影响大型励磁系统的整流装置的 有关因素进行了分析，并对配有热管散热 器的装置进行了理论计算。分别选用国产 和进口4吋可控硅进行了大电流温升试验， 根据试验结果提出了对励磁系统整流装置 的设计建议 1.设计根据 现阶段国内外的新建发电厂项目的机组装机容量主要 以600MW及以上的大型发电机组为主，而与其大型发电机 配套的大型励磁系统的特点是高电压、大电流，励磁电流 多数在3000A以上，因此设计单屏出力为3500A至4000A的 可控硅整流装置十分必要。由于热管散热器的极低的热阻 系数，散热效果可以保证在可控硅芯片通过大电流的情况 下保持可控硅的温升不超过40K，故选用热管散热器作为 可控硅的散热器是理想的选择。大型静止励磁系统的整流 装置与通用的整流装置的电路和结构大致相同，但应用于 励磁系统的整流装置的设计必须考虑有关励磁标准的要求 和用户的习惯要求，如国标GB/T7409.3。对于出口到国外 的产品还要参照有关励磁国际标准。故大型励磁可控硅整 流装置的设计主要应考虑可控硅、散热器、风机的选择及 风道结构的设计，同时执行国内外的励磁系统标准要求及 适应用户的习惯 2.系统介绍 一 .热管散热器简介 纯铝制散热器已经成为最为普及但散热效果没有突出特点的产品， 各种铜铝结合使用或全铜的散热器也逐渐成为解决散热问题的流行方 法。虽然铜的导热系数已经比铝合金高将近一倍，但是与热管技术相 比，仍然是小巫见大巫。1963年，George McGovern科学家第一个发明 并且成功的制造出了热管，直到20世纪的60年代，热管才普遍的受到 人们的重视，逐渐成为一种提高传热效率的元件，热管受到了众多国 家的重视。在20世纪80年代之前，热管的造价相当的昂贵，热管的客 户还只是政府、航天卫星上的系统等等一些高端科技和重要部门。自 从1997年，哈尔滨电机厂首次将海城市高效换热技术有限公司研制的 大功率晶闸管热管散热器成功地应用到井冈山300MW励磁装置以来，热 管散热器已成为哈电机厂大型励磁装置标配散热器，并且随着大范围 的应用，造价已经大幅度降低。其运行可靠，至今还未发现热管渗漏 导致可控硅故障的现象。 图1：热管散热器原理图 如图1所示热管散热器的工作原理：热管两端产生温差的时候，蒸发 端的液体就会迅速气化，将热量带向冷凝端，速度非常快。两端温差 越大，蒸发速度越大。液体在冷凝端凝结液化以后，通过毛细作用， 流回蒸发端。如此循环往复，不断地将热量带向温度低的一端。水-- 气之间的相变反应，使热管的热传导效率比普通的纯铜高数十倍。应 用这种方式可以用极快的速度将热量从热管的底部传导到热管的顶 部。这种极佳的导热性能，可以使热量不会在发热部位堆积，而是均 匀地散发到了散热器的各个散热翅片上，极大的提高了散热片的导热 性能。风冷平板器件的散热器热阻已达到0.018℃/W（3英寸器件）、 0.012℃/W（4英寸器件）和0.008℃/W（5英寸器件）； 图2为4英寸器件热管散热器外型图。 图2：4英寸器件热管散热器 K a 二．主要器件的选择： (一)可控硅元件的参数选择： 1.可控硅元件重复峰值电压： Vrrm=Kav×2.75×1.414× U VO U 为励磁变的二次空载电压值, K 为裕量系数(1-1.3) VO