[發(fā)明專利]大功率開(kāi)關(guān)器件短時(shí)脈沖性能提升的局部制冷裝置及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210041106.0
• 申請(qǐng)日: 2022-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114361120A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 齊磊;詹良濤;張翔宇;柴宛彤;劉珂鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L23/367
• 分類號(hào): H01L23/367;H01L23/467;H05K7/20
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 趙興華

本發(fā)明涉及一種大功率開(kāi)關(guān)器件短時(shí)脈沖性能提升的局部制冷裝置及方法，屬于柔性直流輸電領(lǐng)域，大功率開(kāi)關(guān)器件與IEGT散熱器連接，半導(dǎo)體制冷片設(shè)置于熱端散熱器和IEGT散熱器之間，半導(dǎo)體制冷片的熱端與熱端散熱器貼合，冷端與IEGT散熱器貼合，第一溫度傳感器測(cè)量大功率開(kāi)關(guān)器件溫度，控制器根據(jù)大功率開(kāi)關(guān)器件溫度調(diào)節(jié)半導(dǎo)體制冷片的輸入電壓，降低大功率開(kāi)關(guān)器件的溫度，使用半導(dǎo)體制冷片來(lái)實(shí)現(xiàn)局部制冷和器件運(yùn)行前的預(yù)制冷，將半導(dǎo)體制冷片冷端產(chǎn)生的冷量降低大功率開(kāi)關(guān)器件溫度，從而降低器件結(jié)溫，達(dá)到提升大功率器件短時(shí)脈沖性能的效果，本發(fā)明無(wú)需提升門極電壓，無(wú)需使用水冷，解決了直流斷路器的壽命問(wèn)題，并降低了成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及柔性直流輸電領(lǐng)域，特別是涉及一種大功率開(kāi)關(guān)器件短時(shí)脈沖性能提升的局部制冷裝置及方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展迅速，已有很多工程陸續(xù)投入運(yùn)行。特別隨著國(guó)內(nèi)舟山五端、廈門工程以及豫鄂柔性直流輸電工程順利投運(yùn)，將柔性直流輸電技術(shù)又推向一個(gè)新的應(yīng)用臺(tái)階。由于直流系統(tǒng)的阻尼相對(duì)較低，相比于交流系統(tǒng)，直流系統(tǒng)的故障發(fā)展更快，控制保護(hù)難度更大。因此為快速限制并切斷故障電流，以維持直流電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行并保護(hù)電網(wǎng)中的關(guān)鍵設(shè)備，高壓直流斷路器成為有效甚至唯一技術(shù)手段。分?jǐn)嗨俣瓤臁⒎謹(jǐn)嚯娏鞔笠约爸悄苤睾祥l等優(yōu)點(diǎn)，是高壓直流斷路器的研究熱點(diǎn)。

直流斷路器的核心部件IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)，是典型的大功率開(kāi)關(guān)器件，在許多工程中，由于IGBT的通流能力在特定情況下有限，所以以并聯(lián)的形式提升通流能力，即提升退飽和電流。結(jié)合張北柔直工程對(duì)直流斷路器整體的技術(shù)要求，轉(zhuǎn)移支路閥組需要承受和關(guān)斷電流高達(dá)25kA，持續(xù)時(shí)間約3ms，關(guān)斷過(guò)電壓達(dá)到800kV。但是常規(guī)IGBT的可關(guān)斷能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到轉(zhuǎn)移支路閥組對(duì)IGBT的關(guān)斷能力要求。當(dāng)前直流斷路器處于的環(huán)境溫度大約為50℃左右，由于IGBT受環(huán)境溫度影響，環(huán)境溫度的升高會(huì)使得通態(tài)退飽和電流值減小，降低短時(shí)脈沖性能。而現(xiàn)有技術(shù)大多數(shù)是通過(guò)門極電壓去提升IGBT的短時(shí)脈沖性能，而這種技術(shù)極大可能會(huì)降低IGBT的壽命，從而影響直流斷路器的使用。且當(dāng)前對(duì)于IGBT等大功率開(kāi)關(guān)器件的降溫現(xiàn)狀大多數(shù)為水冷和自然冷卻，而大規(guī)模的水冷會(huì)導(dǎo)致制造成本的提高，自然冷卻也只能降溫到室溫，降溫效果不顯著。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種大功率開(kāi)關(guān)器件短時(shí)脈沖性能提升的局部制冷裝置及方法，在保證直流斷路器使用壽命的基礎(chǔ)上，通過(guò)降低大功率開(kāi)關(guān)器件的結(jié)溫來(lái)提升直流斷路器的短時(shí)脈沖性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種大功率開(kāi)關(guān)器件短時(shí)脈沖性能提升的局部制冷裝置，所述局部制冷裝置包括：大功率器件連接裝置、半導(dǎo)體制冷片、熱端散熱器、第一溫度傳感器和控制器；

大功率開(kāi)關(guān)器件與所述大功率器件連接裝置的IEGT散熱器連接；

熱端散熱器與所述IEGT散熱器連接，半導(dǎo)體制冷片設(shè)置于熱端散熱器和IEGT散熱器之間，半導(dǎo)體制冷片的熱端與熱端散熱器貼合，半導(dǎo)體制冷片的冷端與IEGT散熱器貼合；第一溫度傳感器設(shè)置在IEGT散熱器上；

第一溫度傳感器的信號(hào)輸出端與控制器的輸入端連接，控制器的輸出端與半導(dǎo)體制冷片的輸入電壓控制端連接；所述控制器用于根據(jù)第一溫度傳感器測(cè)量的大功率開(kāi)關(guān)器件溫度，調(diào)節(jié)半導(dǎo)體制冷片的輸入電壓，使大功率開(kāi)關(guān)器件的溫度下降，實(shí)現(xiàn)大功率開(kāi)關(guān)器件的局部制冷。

可選的，所述局部制冷裝置還包括：第二溫度傳感器和散熱風(fēng)扇；

第二溫度傳感器設(shè)置在熱端散熱器上；散熱風(fēng)扇的風(fēng)向與熱端散熱器翅片的方向平行；

第二溫度傳感器的信號(hào)輸出端與控制器的輸入端連接，散熱風(fēng)扇的輸入電壓控制端與控制器的輸出端連接；