本发明专利技术涉及一种大功率开关器件短时脉冲性能提升的局部制冷装置及方法，属于柔性直流输电领域，大功率开关器件与IEGT散热器连接，半导体制冷片设置于热端散热器和IEGT散热器之间，半导体制冷片的热端与热端散热器贴合，冷端与IEGT散热器贴合，第一温度传感器测量大功率开关器件温度，控制器根据大功率开关器件温度调节半导体制冷片的输入电压，降低大功率开关器件的温度，使用半导体制冷片来实现局部制冷和器件运行前的预制冷，将半导体制冷片冷端产生的冷量降低大功率开关器件温度，从而降低器件结温，达到提升大功率器件短时脉冲性能的效果，本发明专利技术无需提升门极电压，无需使用水冷，解决了直流断路器的寿命问题，并降低了成本。本。本。
【技术实现步骤摘要】
大功率开关器件短时脉冲性能提升的局部制冷装置及方法
[0001]本专利技术涉及柔性直流输电领域，特别是涉及一种大功率开关器件短时脉冲性能提升的局部制冷装置及方法。
技术介绍
[0002]近年来，柔性直流输电技术发展迅速，已有很多工程陆续投入运行。特别随着国内舟山五端、厦门工程以及豫鄂柔性直流输电工程顺利投运，将柔性直流输电技术又推向一个新的应用台阶。由于直流系统的阻尼相对较低，相比于交流系统，直流系统的故障发展更快，控制保护难度更大。因此为快速限制并切断故障电流，以维持直流电网安全稳定运行并保护电网中的关键设备，高压直流断路器成为有效甚至唯一技术手段。分断速度快、分断电流大以及智能重合闸等优点，是高压直流断路器的研究热点。
[0003]直流断路器的核心部件IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，是典型的大功率开关器件，在许多工程中，由于IGBT的通流能力在特定情况下有限，所以以并联的形式提升通流能力，即提升退饱和电流。结合张北柔直工程对直流断路器整体的技术要求，转移支路阀组需要承受和关断电流高达25kA，持续时间约3ms，关断过电压达到800kV。但是常规IGBT的可关断能力远远不能达到转移支路阀组对IGBT的关断能力要求。当前直流断路器处于的环境温度大约为50℃左右，由于IGBT受环境温度影响，环境温度的升高会使得通态退饱和电流值减小，降低短时脉冲性能。而现有技术大多数是通过门极电压去提升IGBT的短时脉冲性能，而这种技术极大可能会降低IGBT的寿命，从而影响直流断路器的使用。且当前对于IGBT等大功率开关器件的降温现状大多数为水冷和自然冷却，而大规模的水冷会导致制造成本的提高，自然冷却也只能降温到室温，降温效果不显著。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种大功率开关器件短时脉冲性能提升的局部制冷装置及方法，在保证直流断路器使用寿命的基础上，通过降低大功率开关器件的结温来提升直流断路器的短时脉冲性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种大功率开关器件短时脉冲性能提升的局部制冷装置，所述局部制冷装置包括：大功率器件连接装置、半导体制冷片、热端散热器、第一温度传感器和控制器；
[0007]大功率开关器件与所述大功率器件连接装置的IEGT散热器连接；
[0008]热端散热器与所述IEGT散热器连接，半导体制冷片设置于热端散热器和IEGT散热器之间，半导体制冷片的热端与热端散热器贴合，半导体制冷片的冷端与IEGT散热器贴合；第一温度传感器设置在IEGT散热器上；
[0009]第一温度传感器的信号输出端与控制器的输入端连接，控制器的输出端与半导体制冷片的输入电压控制端连接；所述控制器用于根据第一温度传感器测量的大功率开关器
件温度，调节半导体制冷片的输入电压，使大功率开关器件的温度下降，实现大功率开关器件的局部制冷。
[0010]可选的，所述局部制冷装置还包括：第二温度传感器和散热风扇；
[0011]第二温度传感器设置在热端散热器上；散热风扇的风向与热端散热器翅片的方向平行；
[0012]第二温度传感器的信号输出端与控制器的输入端连接，散热风扇的输入电压控制端与控制器的输出端连接；
[0013]所述第二温度传感器用于测量半导体制冷片热端温度；所述控制器用于根据所述半导体制冷片热端温度控制散热风扇的输入电压，调节散热风扇的风冷气流，降低半导体制冷片的热端温度。
[0014]可选的，所述局部制冷装置还包括：第三温度传感器；
[0015]第三温度传感器的信号输出端与控制器的输入端连接，所述第三温度传感器用于测量环境温度。
[0016]可选的，所述局部制冷装置还包括：导热硅脂；
[0017]所述半导体制冷片的热端和冷端均涂覆导热硅脂。
[0018]可选的，所述局部制冷装置还包括：供能装置；
[0019]供能装置分别与半导体制冷片、第一温度传感器、第二温度传感器和控制器连接。
[0020]可选的，半导体制冷片、热端散热器和散热风扇的数量均至少为三个。
[0021]可选的，所述大功率器件连接装置包括：两个IEGT散热器和多个母排；
[0022]大功率开关器件设置在两个IEGT散热器之间；每个IEGT散热器的一侧面与至少一个热端散热器连接，每个IEGT散热器的另一侧面与一个母排连接。
[0023]可选的，所述IEGT散热器的一侧面和热端散热器上均开设M3螺纹底孔，所述IEGT散热器的另一侧面开设M8螺纹底孔，所述IEGT散热器的顶面开设凹槽，所述IEGT散热器的底面与大功率开关器件连接；
[0024]所述IEGT散热器的M3螺纹底孔和热端散热器上开设的M3螺纹底孔通过M3尼龙螺丝连接；所述IEGT散热器通过M8螺纹底孔与母排连接；所述凹槽用于放置第一温度传感器。
[0025]一种大功率开关器件短时脉冲性能提升的局部制冷方法，所述局部制冷方法包括：
[0026]测量当前环境温度下的大功率开关器件温度，并预设器件理想温度；
[0027]当大功率开关器件温度与器件理想温度的差值大于温度阈值时，逐渐增大半导体制冷片的输入电压，直至相邻采样时刻的大功率开关器件温度的变化值大于变化阈值；
[0028]逐渐降低半导体制冷片的输入电压，直至相邻采样时刻的大功率开关器件温度的变化值等于零，记录此时的输入电压，并将此时的输入电压作为最优输入电压；
[0029]以最优输入电压控制半导体制冷片，当实时测量的大功率开关器件温度等于器件理想温度或预设时间段内实时测量的大功率开关器件温度保持不变时，判定当前环境温度下大功率开关器件的温度下降至稳定，完成当前环境温度下的大功率开关器件局部制冷。
[0030]可选的，所述当大功率开关器件温度与器件理想温度的差值大于温度阈值时，逐渐增大半导体制冷片的输入电压，直至相邻采样时刻的大功率开关器件温度的变化值大于变化阈值，之后还包括：
[0031]控制散热风扇的输入电压增大至最大电压。
[0032]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0033]本专利技术公开一种大功率开关器件短时脉冲性能提升的局部制冷装置及方法，使用半导体制冷片来实现局部制冷和器件运行前的预制冷，将半导体制冷片冷端产生的冷量降低大功率开关器件温度，从而降低器件结温，达到提升大功率器件短时脉冲性能的效果，本专利技术无需提升门极电压，无需使用水冷，解决了直流断路器的寿命问题，并降低了成本，其装置结构简单并且提高了运行可靠性。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种大功率开关器件短时脉冲性能提升的局部制冷装置，其特征在于，所述局部制冷装置包括：大功率器件连接装置、半导体制冷片、热端散热器、第一温度传感器和控制器；大功率开关器件与所述大功率器件连接装置的IEGT散热器连接；热端散热器与所述IEGT散热器连接，半导体制冷片设置于热端散热器和IEGT散热器之间，半导体制冷片的热端与热端散热器贴合，半导体制冷片的冷端与IEGT散热器贴合；第一温度传感器设置在IEGT散热器上；第一温度传感器的信号输出端与控制器的输入端连接，控制器的输出端与半导体制冷片的输入电压控制端连接；所述控制器用于根据第一温度传感器测量的大功率开关器件温度，调节半导体制冷片的输入电压，使大功率开关器件的温度下降，实现大功率开关器件的局部制冷。2.根据权利要求1所述的大功率开关器件短时脉冲性能提升的局部制冷装置，其特征在于，所述局部制冷装置还包括：第二温度传感器和散热风扇；第二温度传感器设置在热端散热器上；散热风扇的风向与热端散热器翅片的方向平行；第二温度传感器的信号输出端与控制器的输入端连接，散热风扇的输入电压控制端与控制器的输出端连接；所述第二温度传感器用于测量半导体制冷片热端温度；所述控制器用于根据所述半导体制冷片热端温度控制散热风扇的输入电压，调节散热风扇的风冷气流，降低半导体制冷片的热端温度。3.根据权利要求1所述的大功率开关器件短时脉冲性能提升的局部制冷装置，其特征在于，所述局部制冷装置还包括：第三温度传感器；第三温度传感器的信号输出端与控制器的输入端连接，所述第三温度传感器用于测量环境温度。4.根据权利要求1所述的大功率开关器件短时脉冲性能提升的局部制冷装置，其特征在于，所述局部制冷装置还包括：导热硅脂；所述半导体制冷片的热端和冷端均涂覆导热硅脂。5.根据权利要求1所述的大功率开关器件短时脉冲性能提升的局部制冷装置，其特征在于，所述局部制冷装置还包括：供能装置；供能装置分别与半导体制冷片、第一温度传感器、第二温度传感器和控制器连接。6.根据权利要求2所述的大功率开关器件短时脉冲性能提升的局部制冷装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐磊，詹良涛，张翔宇，柴宛彤，刘珂鑫，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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