一種帶脈衝激勵裝置的直流換流閥的製作方法

2023-06-22 15:59:16

本實用新型涉及液態金屬散熱控制技術領域，尤其涉及一種帶脈衝激勵裝置的直流換流閥。

背景技術：

直流輸電技術是解決長距離、大容量輸電和電網互聯問題最有效的技術手段，高壓輸電工程中常採用直流輸電技術，該技術主要是在送電端換流站將交流電整流為直流電，通過直流輸電線路將電能送往受電端，受電端換流站再把直流電逆變成交流電，供給用電負荷。其中，送電端換流站的核心設備就是直流換流閥，在價值幾十億的送電端換流站成套設備中，其成本約佔送電端換流站成套設備總價值的22-25％，所以直流換流閥的性能對整個輸電工程來說至關重要。而直流換流閥中冷卻系統冷卻效果的好壞又直接影響著直流換流閥的換流性能的發揮，所以提高直流換流閥的散熱效果是個非常重要的問題。

目前直流換流閥散熱主要採用水冷，利用去離子水將閥體產生的熱量帶走，從而達到散熱目的。現有技術中有一種採用液態金屬對直流換流閥進行散熱的液態金屬散熱系統，散熱系統包括內部含有液態金屬管道的液態金屬散熱器、內部有兩個管道的第一換熱器和內部有一個管道的第二換熱器，第一換熱器內的一個管道和液態金屬管道連接，形成液態金屬循環迴路，第一換熱器內的另一個管道和第二換熱器內的管道連接，形成去離子水循環迴路。該液態金屬散熱系統採用電磁泵驅動，具體地，電磁泵對液態金屬提供一對垂直相交的磁場和電流，使得管道中的液態金屬受到沿管道方向的電磁力，從而推動液態金屬在管道內流動，並且通過改變磁場強度或者電流的大小調整液態金屬所受力的大小，進而調整液態金屬的流速，達到調整散熱效果的目的。

然而，以上直流換流閥散熱所用的電磁泵，在傳送大流量液態金屬時，需要配置較大的定子繞組，呈軸向感應力，相應的電磁泵體積較大，不利於靈活操作，從經濟的角度來看也不利於節約成本。另外，如果要改變液態金屬的流速，需要調整磁場強度或者電流大小，而且這種電磁泵驅動方式的可控因素只有液態金屬的流速，不能控制液態金屬的狀態、效率等其他狀態參量，不利於靈活控制。

技術實現要素：

為克服相關技術中存在的問題，本實用新型提供一種帶脈衝激勵裝置的直流換流閥。

本實用新型提供一種帶脈衝激勵裝置的直流換流閥，包括液態金屬換熱組件、脈衝激勵組件和直流電場開關，所述液態金屬換熱組件和脈衝激勵組件通過所述直流電場開關連接；所述液態金屬換熱組件包括直流換流閥閥體、絕緣導熱層、絕緣皮管和液態金屬，所述絕緣導熱層包裹在所述直流換流閥閥體的外周，所述絕緣導熱層的內壁與所述直流換流閥閥體的外壁接觸，所述絕緣皮管包裹在所述絕緣導熱層的外周，且所述液態金屬填充於所述絕緣皮管和絕緣導熱層之間的空隙；所述脈衝激勵組件包括磁極、脈衝變壓器、分接頭、PWM脈寬調製控制器、次級脈衝繞組和鐵芯；所述直流電場開關與所述液態金屬接觸，所述脈衝變壓器和分接頭繞制在所述鐵芯的一端，所述次級脈衝繞組繞制在所述鐵芯的另一端，所述分接頭通過導線與所述直流電場開關連接，所述次級脈衝繞組通過導線與所述磁極連接，所述PWM脈寬調製控制器依次與所述脈衝變壓器、分接頭以及次級脈衝繞組電連接。

優選地，所述絕緣導熱層為陶瓷矽膠。

優選地，所述鐵芯為高磁導率鐵芯。

優選地，所述PWM脈寬調製控制器為線性高性能電流模式控制器。

優選地，所述液態金屬為鎵銦合金液態金屬。

本實用新型的實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：

本實用新型提供一種帶脈衝激勵裝置的直流換流閥，包括液態金屬換熱組件、脈衝激勵組件和直流電場開關，所述液態金屬換熱組件和脈衝激勵組件通過所述直流電場開關連接；所述液態金屬換熱組件包括直流換流閥閥體、絕緣導熱層、絕緣皮管和液態金屬，所述絕緣導熱層包裹在所述直流換流閥閥體的外周，所述絕緣導熱層的內壁與所述直流換流閥閥體的外壁接觸，所述絕緣皮管包裹在所述絕緣導熱層的外周，且所述液態金屬填充於所述絕緣皮管和絕緣導熱層之間的空隙；所述脈衝激勵組件包括磁極、脈衝變壓器、分接頭、PWM脈寬調製控制器、次級脈衝繞組和鐵芯；所述直流電場開關與所述液態金屬接觸，所述脈衝變壓器和分接頭繞制在所述鐵芯的一端，所述次級脈衝繞組繞制在所述鐵芯的另一端，所述分接頭通過導線與所述直流電場開關連接，所述次級脈衝繞組通過導線與所述磁極連接，所述PWM脈寬調製控制器依次與所述脈衝變壓器、分接頭以及次級脈衝繞組電連接。本實用新型採用PWM脈寬調製控制器來控制液態金屬的散熱，PWM脈寬調製控制器通過控制小功率脈衝波形的持續時間、脈衝佔空比等參數，從而控制直流換流閥中液態金屬的流速、狀態、效率等狀態參量。而且，本實用新型中直流換流閥所採用的脈衝激勵裝置體積較小，有利於節約成本，具有靈活性高、效率高、體積小、低功耗、壽命長的優點。

應當理解的是，以上的一般描述和後文的細節描述僅是示例性和解釋性的，並不能限制本實用新型。

附圖說明

此處的附圖被併入說明書中並構成本說明書的一部分，示出了符合本實用新型的實施例，並與說明書一起用於解釋本實用新型的原理。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對於本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的一種帶脈衝激勵裝置的直流換流閥的結構示意圖。

符號表示：

1-液態金屬換熱組件、2-脈衝激勵組件、3-直流電場開關、11-直流換流閥閥體、12-絕緣導熱層、13-絕緣皮管、14-液態金屬、21-磁極、22-脈衝變壓器、23-PWM脈寬調製控制器、24-次級脈衝繞組、25-分接頭、26-鐵芯。

具體實施方式

這裡將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式並不代表與本實用新型相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本實用新型的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

圖1是本實用新型實施例提供的一種帶脈衝激勵裝置的直流換流閥的結構示意圖。

圖1中帶脈衝激勵裝置的直流換流閥包括液態金屬換熱組件1、脈衝激勵組件2和直流電場開關3三部分，液態金屬換熱組件1和脈衝激勵組件2通過直流電場開關3連接。液態金屬換熱組件1包括直流換流閥閥體11、絕緣導熱層12、絕緣皮管13和液態金屬14，絕緣導熱層12包裹在直流換流閥閥體11的外周，絕緣導熱層12的內壁與直流換流閥閥體11的外壁接觸，絕緣皮管13包裹在絕緣導熱層12的外周，且液態金屬14填充於絕緣皮管13和絕緣導熱層12之間的空隙。直流換流閥閥體11、絕緣導熱層12、液態金屬14和絕緣皮管13四部分的結構按照由外到內的順序設置，有利於將直流換流閥閥體11所產生的熱量通過絕緣導熱層12傳輸給絕緣皮管13內的液態金屬14，通過液態金屬14的流動帶走直流換流閥閥體11的熱量，從而達到散熱目的。其中，絕緣導熱層12既保證其本身與直流換流閥絕緣接觸，又能充分傳遞直流換流閥的熱量，本實施例中絕緣導熱層12採用陶瓷矽膠，陶瓷矽膠中含有多種空穴，在與半導體摻雜時，陶瓷矽膠中的空穴能夠吸收電子，使得陶瓷矽膠具有很好的防靜電功能，最終實現直流換流閥閥體11與液態金屬14兩種帶電體的隔離。

脈衝激勵組件2包括磁極21、脈衝變壓器22、分接頭25、PWM脈寬調製控制器23、次級脈衝繞組24和鐵芯26；直流電場開關3與液態金屬14接觸，脈衝變壓器22和分接頭25繞制在鐵芯26的一端，次級脈衝繞組24繞制在鐵芯26的另一端，分接頭25通過導線與直流電場開關3連接，次級脈衝繞組24通過導線與磁極21連接，PWM脈寬調製控制器23依次與脈衝變壓器22、分接頭25以及次級脈衝繞組24電連接。直流電場開關3控制脈衝激勵組件2提供電流，液態金屬14在磁場的作用下產生移動，從而帶走直流換流閥閥體11所產生的熱量。PWM脈寬調製控制器23能夠控制脈衝變壓器22所發出的脈衝，具體地，PWM脈寬調製控制器23可以控制脈衝的正負極性、脈衝的持續時間、脈衝的響應時間、電流波形、幅值強度、佔空比，從而更加靈活地控制直流換流閥中液態金屬14的流速、狀態、效率等狀態參量，更好地實現液態金屬14對直流換流閥閥體11的散熱功能。本實用新型實施例中鐵芯26為高磁導率鐵芯，鐵芯磁導率高有利於磁場的傳播，從而有利於脈衝激勵組件2實現對液態金屬14流速的靈活控制。

直流換流閥正常工作時，會產生很多熱量，導致直流換流閥閥體11發熱非常嚴重，直流換流閥閥體11的熱量通過陶瓷矽膠傳遞給液態金屬14。脈衝激勵組件2中的磁極21產生磁場，次級脈衝繞組24通過導線與磁極21連接；液態金屬14、直流電場開關3、脈衝變壓器22和分接頭25形成閉合迴路。根據電磁感應原理，液態金屬14在脈衝變壓器22的分接頭25提供電流方向、次級脈衝繞組24提供磁場方向的情況下，會沿著絕緣皮管13內部流動，帶走直流換流閥閥體11的熱量。採用PWM脈寬調製控制器23對脈衝變壓器22進行控制，能夠改變脈衝變壓器22所輸出脈衝的正負極性，從而改變直流電場開關3的正負極性，最終改變液態金屬14的流動方向。PWM脈寬調製控制器23也可以對次級脈衝繞組24進行控制，能夠改變次級脈衝繞組24的極性，從而改變磁極21的極性，最終也可以改變液態金屬14的流動方向。

PWM脈寬調製控制器23還可以控制脈衝變壓器22的脈衝波形持續時間，從而改變液態金屬14的流速，液態金屬14的流速對它的散熱效果非常重要，為了更好地控制液態金屬14的流速，本實用新型實施例中PWM脈寬調製控制器23採用線性高性能電流模式控制器，線性高性能電流模式控制器中的線性電路，能夠有效去除反饋信號中的尖峰，從而改善系統的信號穩定性，避免PWM脈寬調製控制器23在高佔空比輸出的時候可能產生的諧波振動，使得液態金屬14的流速波動比較平穩，更有利於液態金屬14帶走直流換流閥閥體11的熱量。

另外，PWM脈寬調製控制器23還可以控制脈衝變壓器22的脈衝電流波形、幅值強度、佔空比，進而實現靈活控制液態金屬14的狀態、效率等特徵參量，使得液態金屬14對直流換流閥閥體11起到更好的散熱作用。

本領域技術人員在考慮說明書及實踐這裡實用新型的公開後，將容易想到本實用新型的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本實用新型的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本實用新型的一般性原理並包括本實用新型未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本實用新型的真正範圍和精神由下面的權利要求指出。

應當理解的是，本實用新型並不局限於上面已經描述並在附圖中示出的精確結構，並且可以在不脫離其範圍進行各種修改和改變。本實用新型的範圍僅由所附的權利要求來限制。