直流大电流电力电子变流装置的合理结构研究

论文摘要

直流大电流电力电子变流装置是将电力电子技术理论、电磁场理论和机械设计理论知识相结合的产物,它是化工、冶金及有色加工行业必不可少的供电电源,这类电源因输出电流很大,大电流流过导体时会在导体周围产生很大的磁场,且分布复杂,并且变流装置柜体内各整流臂的空间结构对其周围的磁场强度分布影响较大,从而影响到电力电子变流装置柜体以及整个装置的整流效果和可靠性,因此,直流大电流电力电子变流装置在电路元器件确定后,都需要一种合理的空间结构及安装布局,使柜体内各铜排的空间结构比较合理,以使整流效果最好,而发热最小,达到运行效果好,使用、调整控制方便等优良效果。本论文结合电力电子变流装置在实际工程中的应用,针对上述缺点,着重利用有限元分析软件对柜体内整流臂铜排周围的磁场强度分布、功率损耗以及铜排涡流进行仿真,总结出两整流臂铜排中分别流过正、反向电流时,铜排分布距离与其周围磁场强度的分布规律。又针对其中一组整流臂,分别研究了不同大小的电流流过铜排时铜排周围的磁场分布规律、晶闸管安装铜排和快速熔断器安装铜排间距变化对其周围磁场强度的影响、连接铜排间距变化对其周围磁场强度的影响。在此基础之上,从直流大电流电力电子变流装置的总体设计考虑,具体分析了本次设计所选用的电路原理、电路中并联晶闸管的均流产生原因及减小措施、变流装置柜体内元器件的防磁、柜体结构设计中的关键因素、变流装置所采用的冷却方式以及柜体内母线的选用与布置,从而设计出了柜体内进出水管、汇流铜排、连接母线、元器件安装铜排、快速熔断器安装铜排等详细图纸,并对柜体的总体结构进行优化设计,最后绘出了整套变流装置合理结构详图。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 课题目标及任务
• 1.4 论文的组织框架
• 1.5 本章小结
• 第二章 基于ANSYS软件的电磁场有限元建模的基本理论
• 2.1 电磁场基本理论
• 2.1.1 麦克斯韦方程组的积分形式和微分形式
• 2.1.2 电磁场分析中的边界条件
• 2.2 直流大电流电力电子变流装置柜体设计基本理论
• 2.2.1 变流装置柜体的结构设计理论
• 2.2.2 变流装置柜体的热设计
• 2.2.3 变流装置设计的一般过程
• 2.2.4 变流装置柜体设计的难点
• 2.3 有限元建模的理论
• 2.3.1 有限元仿真软件ANSYS介绍
• 2.3.2 ANSYS软件有限元分析过程
• 2.3.3 应用ANSYS软件做电磁场仿真的一般步骤
• 2.4 本章小结
• 第三章 有限元建模与求解
• 3.1 有限元建模假设
• 3.2 有限元模型建立
• 3.2.1 问题描述
• 3.2.2 选择分析类型及定义材料特性
• 3.2.3 创建几何模型
• 3.2.4 网格划分
• 3.2.5 施加边界条件
• 3.3 有限元模型的求解及后处理
• 3.3.1 磁场强度分布图
• 3.3.2 功率损失分布图
• 3.3.3 祸流损耗分布图
• 3.4 本章小结
• 第四章 整流桥臂有限元分析
• 4.1 整流臂之间磁场强度分布
• 4.1.1 整流臂中通反向电流时磁场强度的分布规律
• 4.1.2 整流臂中通同向电流时磁场强度的分布规律
• 4.2 电流大小对一组整流臂中磁场强度的影响
• 4.2.1 固定电流5000A时铜排周围的磁场强度分布
• 4.2.2 不同大小的电流流过铜排时铜排周围的磁场强度分布
• 4.3 晶闸管安装铜排和快速熔断器安装铜排间距离对磁场强度的影响
• 4.4 连接铜排间距离对磁场强度的影响
• 4.5 柜体内功率损失分析
• 4.5.1 柜体内功率损失概述
• 4.5.2 总功率损失分布图
• 4.5.3 功率损失分析结果
• 4.6 涡流发热分析
• 4.6.1 铜排中涡流产生机理
• 4.6.2 仿真对象中涡流场分布规律
• 4.6.3 分析结果
• 4.6.4 涡流损失和防止
• 4.7 二维涡流场中磁感应强度计算
• 4.8 本章小结
• 第五章 变流装置设计参数的选择
• 5.1 原理电路选择
• 5.1.1 常用电路
• 5.1.2 工作电路的设计
• 5.1.3 电路工作情况分析
• 5.1.4 工作电路的工况分析
• 5.2 并联器件的均流
• 5.2.1 电流不平衡产生的原因
• 5.2.2 并联器件的强迫均流
• 5.2.3 结构设计的关键
• 5.3 柜体内器件的防磁
• 5.4 冷却方式
• 5.4.1 空气自冷柜
• 5.4.2 风冷柜
• 5.4.3 油浸自冷变流柜
• 5.4.4 水冷型变流柜
• 5.4.5 冷却方式的选择
• 5.5 母线的选用与布置
• 5.6 本章小结
• 第六章 变流装置结构设计
• 6.1 变流装置结构设计方案分析
• 6.1.1 结构设计的总体方案
• 6.1.2 变流装置的传统设计特点
• 6.1.3 变流装置结构设计中的改进与创新
• 6.2 柜体内铜排设计
• 6.3 冷却系统设计
• 6.4 整流柜柜体图
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结和展望
• 7.1 总结
• 7.2 应继续研究的问题
• 7.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文与著作
• 详细摘要