脉冲晶闸管热网络模型及运行状态评估方法

针对脉冲晶闸管承受强流脉冲导致的瞬态电磁热力联合冲击产生的热疲劳累积突发性失效问题,提出了在脉冲晶闸管内布置温度传感器的状态监测方法,建立了脉冲晶闸管的高阶瞬态热阻抗网络模型,分析了强流脉冲作用下脉冲晶闸管内部不同层的温度分布规律,并通过理论计算验证了分析方法的有效性。计算结果表明,热网络模型计算相对偏差小于5%。可为脉冲晶闸管型强流开关的状态评估提供理论指导。

晶闸管和IGBT混合的三相电机两相变频控制策略

现有三相交直交变频电路中大多使用IGBT作为电力电子器件,为了进一步降低低压大容量变频器设备成本,减少IGBT的使用,提出了一种晶闸管和IGBT混合的三相电机两相变频电路结构及四开关八电压矢量直接转矩控制策略.首先分析了利用IGBT辅助晶闸管关断的三相电机两相变频电路结构,并分析了不同开关状态下的瞬时电路工作原理,给出三相四开关拓扑下的八电压矢量生成方法;其次提出四开关八矢量异步电机直接转矩控制策略,并给出扇区划分、电压矢量选择和电压矢量伏秒生成原理;最后通过仿真实验验证所提策略的正确性和可行性.仿真结果验证了上述电路结构和控制方法的有效性.

单相桥式全控整流电路晶闸管续流问题分析

本文以晶闸管单相桥式全控整流电路为研究对象,简述单相整流桥的工作原理及其特点,分析续流电阻在整流电路中的作用,分别从整流桥整流和逆变两种状态入手,研究续流电阻在不同工况下的工作原理及其对电路输出波形的影响,并通过Matlab仿真和现场试验对续流电阻的作用进行验证,以期为工程现场续流电阻的准确选取提供依据。

基于晶闸管的电容换相式混合直流断路器拓扑

通过直流断路器切除故障是柔性直流电网中最具前景的故障隔离方法。目前,主断支路串联大量全控型电力电子器件的传统混合式直流断路器存在成本高、技术难度大等问题。文中提出一种基于晶闸管的电容换相式混合直流断路器(Thyristor Based Capacitor Commutation Hybrid DC Circuit Breaker, TCC-HDCCB)拓扑。该断路器通过晶闸管和电容配合完成双向故障换流、断流和自适应重合闸功能且利用直流系统本身对换相电容进行预充电,大大降低了造价和控制难度。文中首先介绍了TCC-HDCCB的拓扑结构、工作原理;然后给出了关键器件参数选取方法;最后在PSCAD/EMTDC4.5软件平台中搭建TCC-HDCCB仿真模型,在单端和四端柔性直流电网中进行仿真验证,并从性能以及经济性与有关方案进行对比分析,验证方案的可行性。

直流输电用特高压晶闸管大气中子失效率评估和损伤机理

本文基于散裂中子源开展了直流输电用8.5 kV/5 kA晶闸管的加速辐照试验。试验证实了大气中子导致的晶闸管单粒子烧毁失效现象,同时基于加速辐照试验结果计算了大气中子导致的晶闸管失效率。晶闸管的反向偏置电压和结温是影响晶闸管器件失效的关键因素。大气中子失效率随着反向偏置电压的增加呈指数增加。此外,失效率随温度的降低而增加。对应器件偏置在50%额定电压下的情况,5℃时的失效率较25℃时增加了近6倍。基于TCAD仿真进一步验证了辐照导致晶闸管失效的机理。仿真表明,单粒子烧毁失效与辐射粒子入射诱发的雪崩击穿效应直接相关。雪崩击穿效应与晶闸管反向偏置电压正相关,而与结温负相关,这与大气中子失效率随电压和结温的变化关系一致。

考虑水冷回路的晶闸管换流阀热阻模型建模

结合晶闸管串联水冷回路机构,建立了考虑水冷回路的晶闸管换流阀热阻模型。该模型能够计算出各散热器进水口处的水温,并在此基础上对各级晶闸管的结温进行计算。利用所建模型对换流阀中各组件的热阻进行算例计算;建立稳态热阻模型,对晶闸管结温进行计算。结果表明,考虑水冷回路中冷却液水温差异前后,晶闸管结温计算结果的误差最高可达到10.81%。

基于共轭梯度法的晶闸管电热耦合模型快速求解方法研究

为解决传统求解技术在处理效率和计算成本上的局限问题,针对晶闸管电热应力耦合交互模型,提出一种基于共轭梯度法的高效解析方法。通过优化迭代过程和收敛条件来显著提升求解效率和精度。新的参数选择策略被引入以自动调整算法迭代步长,加快收敛速度,减少计算资源消耗。相比传统求解方法,所提优化方法在求解时间上平均减少10%,求解精度提高8%。这一进展证明自适应共轭梯度法在电热应力耦合模型快速求解中的有效性,可为电力电子设备热管理提供高效、可靠的计算工具。所提方法在多种测试条件下均表现出显著的提升效率和良好的精确度,为晶闸管电热耦合模型的高效求解提供了创新方案,同时对电力电子领域的相关研究具有重要的实践意义。

用于直流可控避雷器的晶闸管控制单元设计

基于晶闸管的直流可控避雷器是混合级联特高压直流输电系统的关键设备,而晶闸管控制单元(thyristor control unit,TCU)作为其核心开关器件晶闸管的驱动控制装置,对于直流可控避雷器晶闸管的可靠运行起到十分重要的作用。直流可控避雷器的晶闸管工作在高压直流的条件下,其TCU的设计有别于常见的工作于交流电压条件下的晶闸管阀。文中首先介绍了直流可控避雷器的工作原理,接着分析了可控避雷器晶闸管TCU的工作原理,将TCU分为五大电路功能模块,并给出了各个电路功能模块的设计方案,实现了直流工况下晶闸管的触发控制。根据某实际工程直流可控避雷器提出的TCU设计需求,设计了样机,并通过试验验证了设计的合理性。

模拟换流阀长期运行工况的高压大功率晶闸管电热联合老化系统研制

近年来国内多个直流换流站发生严重事故,经调查发现事故起因多为长时间运行的换流阀晶闸管发生不同程度的老化甚至绝缘能力丧失。掌握晶闸管参数退化规律是开展晶闸管运维监测、预防此类事故继续发生的基础。因此为了深入了解换流阀晶闸管老化过程中特性参数退化规律与老化机理,首先需要搭建试验所需的模拟换流阀运行过程的晶闸管老化试验装置。文中首先分析了换流阀晶闸管的实际运行工况,并基于此设计了晶闸管电热联合老化主电路,接着对电路中涉及到的控制单元,包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的驱动电路与晶闸管的触发电路进行设计与搭建,并基于晶闸管的实际运行工况设计了晶闸管结温控制系统。为了获得晶闸管老化过程中特性参数的退化规律,设计了晶闸管漏电流在线监测系统与反向恢复离线测量系统。经过检验,各个模块以及主电路均能够保持长期稳定运行,为换流阀晶闸管的老化试验打下了良好基础。

国产硅橡胶保护的特高压晶闸管可靠性分析

研究一种国产硅橡胶在晶闸管芯片台面保护的涂覆工艺,介绍了硅橡胶对芯片的保护机理,对采用国产硅橡胶保护的晶闸管进行了常规测试和型式试验,结果表明,其电性能参数和可靠性试验均满足国标要求,能够满足国产化应用替代。

特高压晶闸管用硅橡胶的老化及使用寿命评估

采用加速老化的试验方法对特高压晶闸管用硅橡胶材料的热老化性能进行研究,以粘结强度作为参数指标,研究了两种不同耐热添加剂的硅橡胶在规定环境下的使用寿命。结果表明,随着老化时间的延长,两种硅橡胶粘结强度呈现出先增加后缓慢下降的趋势,寿命预测结果表明在150℃、氮气氛围环境条件下,采用铁红作为耐热添加剂配方制备的硅橡胶使用寿命为48.2年,能够满足特高压晶闸管的应用设计要求。

国产硅橡胶在特高压晶闸管上的应用研究

研究了增粘剂含量、含氢硅油含氢量和填料种类对硅橡胶粘接性能的影响,制备了两种不同填料的国产硅橡胶,研究了两种硅橡胶固化工艺对晶闸管阻断性能的影响,并与进口硅橡胶的综合保护性能做了对比实验。结果表明:当增粘剂含量为3份时,含氢硅油含氢量为0.8%时,硅橡胶与硅片粘附力强,内部无空洞,且工艺效率较高,采用填料为氧化铝的国产硅橡胶对晶闸管的保护特性与进口硅橡胶基本相当,满足应用需求。

大功率晶闸管整流器均流测量方法研究

随着电力电子技术的发展,大功率晶闸管整流器电源单机容量越来越大,其桥臂并联支路晶闸管数量越来越多,对桥臂并联支路的均流系数要求越来越高。介绍了传统的晶闸管整流器均流测量的几种方法并加以比较分析,提出了一种罗氏线圈与配套积分器测量桥臂均流电流的新方法。罗氏线圈不仅结构简单,便于绕制,重量轻方便安装,而且价格低,能够实现与主回路电气隔离。该方法已成功应用于核聚变领域,测量精度控制在1%以内。

基于晶闸管的放电冲击波油气增产装置研制

井下电脉冲技术是实现油气井解堵增产的新型途径之一,放电开关是支撑其产生冲击压力波的基础。针对基于自触发气体开关的油气井增产装置放电电压不可控的缺点,设计了一种利用晶闸管串联构成放电开关的新型油气井增产实验装置。为确保实验装置能安全应用于大功率高电压场合下,设计了静态与动态均压电路,以避免装置运行时晶闸管过电压击穿。使用现场可编程门阵列(field programmable gate array, FPGA)作为主控芯片,控制晶闸管导通放电,实现放电电压的可控调节。采用光纤传输控制信号,使隔离电压不受限制。同时设计了高压取能单元,为各晶闸管驱动电路提供独立的供电电源。实验结果表明,此装置电压钳位能力良好,放电电压控制精确,解堵效果明显,为新型油气井增产装置井下作业奠定了基础。

特高压直流输电柔直阀旁路晶闸管分流能力研究

通过优化晶闸管结构参数,研制出低通态压降的柔直阀专用晶闸管。在实验室中等效出柔直阀闭锁状态下的暂态电流波形,测试并分析RZTB60系列旁路晶闸管在通过该电流时的结温变化情况,验证其工作的可靠性和安全性。

晶闸管整流器多重化的数学分析

本文作者利用开关函数和移相整流变压器原、副边电流关系矩阵,根据理想条件下三相可控硅多重化整流器功率器件的换流规律,得到多重化整流器输入电流及输出电压的波形。对输入电流波形和输出电压波形进行Fourier级数分解,得到交流输入电流、直流侧电压的Fourier级数表达式,进而完成了多重化可控硅整流器的数学分析,给出了输入电流基波成分、谐波含量、功率因数、畸变因子以及直流输出电压的平均值、谐波含量等的计算公式,为多重化可控硅整流器的设计和分析提供了理论依据。

基于晶闸管的混合式断路器关断可靠性分析研究

混合式断路器中的晶闸管器件工作于脉冲大电流工况。短路分断过程中,在反向脉冲注入下,电流下降率极高,导致正向导通过程中储存的载流子得不到复位。另一方面,在系统短路电流作用下,晶闸管会很快承受正向电压,若此时还未恢复正向阻断特性,就会导致短路分断的失败。本文通过搭建数学模型,分析了强迫换流投入时刻、换流电容值以及换流电感值对晶闸管关断可靠性的影响。结果表明通过减小强迫换流支路的投入时间以及增大换流电容值,可以显著提升混合式断路器短路分断的可靠性。

影响快速晶闸管关断时间的因素分析

为得到脉冲大电流工况下不同影响因素对晶闸管关断时间的影响程度,从而优化混合式断路器强迫换流参数的设计,本文基于应用于混合式断路器中的快速晶闸管,搭建试验回路,建立脉冲大电流试验环境,探究晶闸管关断电流峰值、关断电流变化率以及反向电压对快速晶闸管关断时间的影响。

电解铝整流装置晶闸管和快熔损坏的原因分析

电解铝整流装置的稳定运行对于提高铝的生产效率和保证产品质量至关重要。晶闸管和快熔作为该装置中的重要组件,其故障直接影响到整流系统的安全性和稳定性。文章针对电解铝整流装置中晶闸管和快熔频繁损坏的问题进行了深入探讨,并分析了设备故障的主要影响因素,提出了相应的预防措施,旨在提升整流装置的可靠性,减少停机时间,提高生产效率。

基于TSVM的燃机SFC整流晶闸管故障诊断

将燃机SFC整流晶闸管故障诊断抽象为多分类问题,提出了基于TSVM的分层多分类策略用于故障诊断、故障类型判别及故障定位。在燃机SFC整流桥机理研究及仿真分析基础上,归纳了故障诊断模型、故障类型判别模型及故障定位模型的输入参数。构建了SFC整流电路仿真模型,形成了22个案例,并调整触发角进行了共2200次仿真,获取了数据集用于模型检验。结果表明,所提出的策略在故障诊断、故障类型判别及故障晶闸管定位方面都取得了较高准确率,其可行性和有效性得到了充分验证。