CN104990718A - 一种特高压直流输电晶闸管换流阀用散热器热阻测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种特高压直流输电晶闸管换流阀用散热器热阻测试方法，从对于散热器热阻重要的2个参数即散热器台面温度和耗散功率的测量，通过公式计算得到散热器热阻，可有效避免环境等因素、试验条件不会受到晶闸管热源等对热阻测试的影响，更能直接获得水冷系统带走的耗散功率，最终获得更准确的热阻值，无论是用晶闸管热源测试热阻还是用模拟热源测试热阻，均具有较高的准确性、简单易行、具有较高的工程应用价值。

Description

一种特高压直流输电晶闸管换流阀用散热器热阻测试方法

技术领域

本发明属于电气工程领域，涉及一种特高压直流输电晶闸管换流阀用散热器热阻测试方法。

背景技术

特高压直流输电具有输送距离远、输送容量大、损耗低的优势，是实现我国能源资源优化配置的重要途径之一。

随着特高压直流输电技术的不断成熟和完善，国家电网公司已启动初步设计的“三直工程”中，就有两条是±800kV/6250A特高压直流工程，直流电流的提升对直流输电核心设备换流阀提出了更高的要求，如何能更有效的将晶闸管产生的损耗带走成为其中一个核心问题，因而水冷散热器设计就显得尤为重要。

在特高压换流阀通流能力不断提升的情况下，如何能更准确可靠的评价所用水冷散热器的性能，即更能准确可靠的测得散热器的热阻，避免给特高压直流输电工程应用带来隐患，成为目前研究的热门问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种特高压直流输电晶闸管换流阀用散热器热阻测试方法，能准确可靠的测得散热器的热阻。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种特高压直流输电晶闸管换流阀用散热器热阻测试方法，包括以下步骤：

1)水冷散热器台面温度的测量：

在散热器接触面内部根据散热器水道分布情况确定最高温度点位置，然后采用多点采样的方法确定最高温度点温度T_heatsink；

2)耗散功率计算：

根据测量得到的进出散热器水温及流量，根据流体力学公式P＝T_out-T_in×Q×C,计算得到冷却水带走的耗散功率P；

式中T_out为散热器出水的温度，T_in为散热器进水的温度，Q为冷却水流量，C为水的比热；

3)散热器热阻计算：

根据公式得到热阻值R_th。

进一步，所述步骤1)在散热器中多点埋置热电偶来确定散热器最高温度点温度T_heatsink；使用ANSYS Workbench软件中的Fluent模块建立散热器和热源仿真模型，通过得到的温度云图确定台面温度最高点位置，然后埋置热电偶。

本发明的有益效果：

本发明的方法简单易行，适用于半导体器件测试散热器热阻的试验系统，更适用于模拟半导体器件热源测试散热器热阻的测试，对试验系统要求较低，可操作性强。通过测量水冷散热器台面温度的测量，通过公式计算得到散热器热阻，可有效避免环境等因素、试验条件不会受到晶闸管热源等对热阻测试的影响，更能直接获得水冷系统带走的耗散功率，最终获得更准确的热阻值。

进一步，通过ANSYS Workbench软件中的Fluent模块建立散热器和热源仿真模型，通过得到的温度云图确定台面温度最高点位置，然后埋置热电偶，测得的最高温度点温度T_heatsink更加准确，保证最终获得热阻值更加准确。

附图说明

图1本发明中采用ANSYS Workbench确定的散热器台面温度云图；

图2本发明的热电偶分布示意图；

图中：1-晶闸管；2-热电偶；3-水道；

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

参考附图1和2，本发明的方法具体步骤如下：

1)水冷散热器台面温度的测量：

在散热器接触面内部根据散热器水道情况采用多点采样的方法来确定最高温度点位置，然后采用多点采样的方法确定最高温度点温度T_heatsink；从而得到更精确的热阻值，热电偶的多点布置如图2所示，图中晶闸管1贴紧散热器安装，热电偶2埋置在水道3附近。测量用热电偶的精度应满足GB/T 8446.2-2004中的要求。

2)耗散功率的测量与计算：

基于散热器热阻为散热器的固有特性和在热平衡时水冷系统带走的功率即是半导体热源或模拟热源传至散热器的功率2大原理，根据测量得到的进出散热器水温及流量，根据流体力学中的公式P＝T_out-T_in×Q×C,可计算得到冷却水带走的耗散功率P，最后根据GB/T 8446.2-2004中的公式可得到更为精确的热阻值R_th，式中T_out为散热器出水的温度，T_in为散热器进水的温度，Q为冷却水流量，C为水的比热。

进一步，为更加准确的确定最高温度点位置，确定最高温度点温度T_heatsink，在散热器中多点埋置热电偶来确定散热器最高温度点温度T_heatsink；使用ANSYSWorkbench软件中的Fluent模块建立散热器和热源仿真模型，通过得到的温度云图确定台面温度最高点位置，然后埋置热电偶。

实施例，本发明对晶闸管热源试验测量方法：

采用3只为直流工程中应用的同批次生产的进口散热器。从试验结果可以看出，在使用晶闸管作为测试热源时，在热平衡时由于晶闸管的单晶硅片外围有气体和瓷套包裹隔热，周围环境温度对耗散功率并无多大影响，冷却水带走的耗散功率可以认为是晶闸管所施加功率，本发明的计算方法是正确可行的。

Claims (2)

1.一种特高压直流输电晶闸管换流阀用散热器热阻测试方法，其特征在于包括以下步骤：

1)水冷散热器台面温度的测量：

在散热器接触面内部根据散热器水道分布情况确定最高温度点位置，然后采用多点采样的方法确定最高温度点温度T_heatsink；

2)耗散功率计算：

根据测量得到的进出散热器水温及流量，根据流体力学公式P＝T_out-T_in×Q×C,计算得到冷却水带走的耗散功率P；

式中T_out为散热器出水的温度，T_in为散热器进水的温度，Q为冷却水流量，C为水的比热；

3)散热器热阻计算：

根据公式得到热阻值R_th。

2.根据权利要求1所述的特高压直流输电晶闸管换流阀用散热器热阻测试方法，其特征在于：所述步骤1)在散热器中多点埋置热电偶来确定散热器最高温度点温度T_heatsink；使用ANSYS Workbench软件中的Fluent模块建立散热器和热源仿真模型，通过得到的温度云图确定台面温度最高点位置，然后埋置热电偶。