[发明专利]一种励磁系统自冷热管散热功率柜的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，特别是一种励磁系统自冷热管散热功率柜的设计方法。

背景技术

自冷热管散热功率柜具有低碳环保、节能减排与无尘免维护的优势，现已有一些励磁系统厂家进行研制，但是由于热管散热器结构和功率柜散热结构设计不够完善，导致在功率柜电流较高的情况下还是要依靠后备风机进行散热，并没有达到停风散热的目标。如能设计出机组正常运行中不需要开启风机的励磁功率柜，对于用户来说可以大幅减轻对励磁功率柜的维护工作，也可以增强励磁功率柜运行的可靠性。

目前自冷励磁系统的热管散热功率柜设计方法的主要依赖于试验优选方案的设计方法。试验优选方案的设计方法主要依赖工程设计人员的设计经验，提出几种基本设计方案，通过试验后的数据进行优选确定最终方案的。按照这种传统的研制模式，每套方案都需要进行热平衡试验验证热设计及设备的安装是否满足要求，试验费用高且研发周期长，不适应热管散热功率柜的用户定制投产模式。

不同环境及机组容量对自冷励磁系统的热管散热功率产品的性能需求存在差异，导致其主要元器件选型多样化，使得整体热设计与实际发热功耗发生变化。在不采用传统的试验优选方案的方法下，需要寻找一种快速有效低成本的方法来达到热管散热功率产品的器件选型及热平衡最优设计。

自冷励磁系统的热管散热功率产品提出了额定散热功耗下的温升要求，并对其最大温度进行了限制。在环境温度升高或产品过负载运行时，热保护设计的判定启动与额外散热能力需要在特定的试验环境下进行，只能委托专业试验认证机构进行。自冷励磁系统的热管散热功率产品的热保护设计是否达到要求，也需要一种易于实施的方法来进行验证。

发明内容

本发明提供一种励磁系统自冷热管散热功率柜的设计方法，能够根据性能需求提供最优选型，降低材料成本，并且减少产品设计中对多方案的试验验证的依赖，优化结构与热保护设计。

为达到上述目的，本发明励磁系统自冷热管散热功率柜的设计方法可采用如下技术方案：

一种励磁系统自冷热管散热功率柜的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1.1)、确认励磁系统自冷热管散热功率柜性能参数，包括单柜额定励磁电压电流、整流桥类型、脉冲触发方式与散热风道类型；

1.2)、依照励磁系统自冷热管散热功率柜性能要求，计算各主要元器件的最低需求参数：可控硅电气参数、阻容电气参数、快熔电气参数；

1.3)、选取符合最低需求参数要求的备选主要元器件，根据同类型主要元器件的参数及出厂数据计算柜内可控硅整流模块与阻容吸收模块的热功耗；

1.4)、比对备选主要元器件的热功耗值，优选并确认主要元器件；

2.1)、依据元器件发热特性初步拟定多个设计方案的结构制图；

2.2)、搭建各方案励磁系统自冷热管散热功率柜的有限元热分析仿真模型；

2.3)、对比相同参数下励磁系统自冷热管散热功率柜各模块仿真数据，对不同方案的各模块的温度变化趋势进行分析，选取最佳设计方案；

2.4)、根据最佳设计方案生产样柜，并对样柜进行热平衡试验，试验模拟样柜在额定与极限运行状态下的各元器件发热情况，对样柜的设计进行验证，验证样柜设计是否能满足实际运行工况的要求，记录设计技术状态下样柜内部各主要发热元器件的最低平衡温度与最高平衡温度：如果柜内发热元器件最高平衡温度在设计要求范围内，则可认定样机设计合格，可进行投产；如果柜内发热元器件最高平衡温度超出设计要求范围，则可认定样机设计不合格，需根据试验数据优化调整仿真模型，改进设计直至合格。

本发明的有益效果是：本发明通过分析自冷热管散热功率柜的需求，计算比对各发热模块热功耗，优化元器件设计选型；通过搭建多方案有限元热分析仿真模型，比对核心器件可控硅的热平衡最高温度优选设计方案；通过优选设计方案样柜实际测量数据优化调整有限元热分析仿真模型，作为后续励磁系统自冷热管散热功率柜的评价基准。这种的设计方法有效的优化和精简了励磁系统自冷热管散热功率柜的设计研制流程，节省了整柜的多方案试验经费，大大缩短了自冷热管散热功率柜的研制周期，并满足了不同环境及机组容量对功率柜的需求。

附图说明

图1为本发明的元器件优化选型流程图。

图2为本发明的搭建有限元热分析模型流程图。

具体实施方式