本實(shí)用新型涉及液態(tài)金屬散熱控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶脈沖激勵裝置的直流換流閥。
背景技術(shù)：
直流輸電技術(shù)是解決長距離、大容量輸電和電網(wǎng)互聯(lián)問題最有效的技術(shù)手段，高壓輸電工程中常采用直流輸電技術(shù)，該技術(shù)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(fù)荷。其中，送電端換流站的核心設(shè)備就是直流換流閥，在價值幾十億的送電端換流站成套設(shè)備中，其成本約占送電端換流站成套設(shè)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(guān)重要。而直流換流閥中冷卻系統(tǒng)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(fā)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采用水冷，利用去離子水將閥體產(chǎn)生的熱量帶走，從而達(dá)到散熱目的。現(xiàn)有技術(shù)中有一種采用液態(tài)金屬對直流換流閥進(jìn)行散熱的液態(tài)金屬散熱系統(tǒng)，散熱系統(tǒng)包括內(nèi)部含有液態(tài)金屬管道的液態(tài)金屬散熱器、內(nèi)部有兩個管道的第一換熱器和內(nèi)部有一個管道的第二換熱器，第一換熱器內(nèi)的一個管道和液態(tài)金屬管道連接，形成液態(tài)金屬循環(huán)回路，第一換熱器內(nèi)的另一個管道和第二換熱器內(nèi)的管道連接，形成去離子水循環(huán)回路。該液態(tài)金屬散熱系統(tǒng)采用電磁泵驅(qū)動，具體地，電磁泵對液態(tài)金屬提供一對垂直相交的磁場和電流，使得管道中的液態(tài)金屬受到沿管道方向的電磁力，從而推動液態(tài)金屬在管道內(nèi)流動，并且通過改變磁場強(qiáng)度或者電流的大小調(diào)整液態(tài)金屬所受力的大小，進(jìn)而調(diào)整液態(tài)金屬的流速，達(dá)到調(diào)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(tài)金屬時，需要配置較大的定子繞組，呈軸向感應(yīng)力，相應(yīng)的電磁泵體積較大，不利于靈活操作，從經(jīng)濟(jì)的角度來看也不利于節(jié)約成本。另外，如果要改變液態(tài)金屬的流速，需要調(diào)整磁場強(qiáng)度或者電流大小，而且這種電磁泵驅(qū)動方式的可控因素只有液態(tài)金屬的流速，不能控制液態(tài)金屬的狀態(tài)、效率等其他狀態(tài)參量，不利于靈活控制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型提供一種帶脈沖激勵裝置的直流換流閥。
本實(shí)用新型提供一種帶脈沖激勵裝置的直流換流閥，包括液態(tài)金屬換熱組件、脈沖激勵組件和直流電場開關(guān)，所述液態(tài)金屬換熱組件和脈沖激勵組件通過所述直流電場開關(guān)連接；所述液態(tài)金屬換熱組件包括直流換流閥閥體、絕緣導(dǎo)熱層、絕緣皮管和液態(tài)金屬，所述絕緣導(dǎo)熱層包裹在所述直流換流閥閥體的外周，所述絕緣導(dǎo)熱層的內(nèi)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(dǎo)熱層的外周，且所述液態(tài)金屬填充于所述絕緣皮管和絕緣導(dǎo)熱層之間的空隙；所述脈沖激勵組件包括磁極、脈沖變壓器、分接頭、PWM脈寬調(diào)制控制器、次級脈沖繞組和鐵芯；所述直流電場開關(guān)與所述液態(tài)金屬接觸，所述脈沖變壓器和分接頭繞制在所述鐵芯的一端，所述次級脈沖繞組繞制在所述鐵芯的另一端，所述分接頭通過導(dǎo)線與所述直流電場開關(guān)連接，所述次級脈沖繞組通過導(dǎo)線與所述磁極連接，所述PWM脈寬調(diào)制控制器依次與所述脈沖變壓器、分接頭以及次級脈沖繞組電連接。
優(yōu)選地，所述絕緣導(dǎo)熱層為陶瓷硅膠。
優(yōu)選地，所述鐵芯為高磁導(dǎo)率鐵芯。
優(yōu)選地，所述PWM脈寬調(diào)制控制器為線性高性能電流模式控制器。
優(yōu)選地，所述液態(tài)金屬為鎵銦合金液態(tài)金屬。
本實(shí)用新型的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：
本實(shí)用新型提供一種帶脈沖激勵裝置的直流換流閥，包括液態(tài)金屬換熱組件、脈沖激勵組件和直流電場開關(guān)，所述液態(tài)金屬換熱組件和脈沖激勵組件通過所述直流電場開關(guān)連接；所述液態(tài)金屬換熱組件包括直流換流閥閥體、絕緣導(dǎo)熱層、絕緣皮管和液態(tài)金屬，所述絕緣導(dǎo)熱層包裹在所述直流換流閥閥體的外周，所述絕緣導(dǎo)熱層的內(nèi)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(dǎo)熱層的外周，且所述液態(tài)金屬填充于所述絕緣皮管和絕緣導(dǎo)熱層之間的空隙；所述脈沖激勵組件包括磁極、脈沖變壓器、分接頭、PWM脈寬調(diào)制控制器、次級脈沖繞組和鐵芯；所述直流電場開關(guān)與所述液態(tài)金屬接觸，所述脈沖變壓器和分接頭繞制在所述鐵芯的一端，所述次級脈沖繞組繞制在所述鐵芯的另一端，所述分接頭通過導(dǎo)線與所述直流電場開關(guān)連接，所述次級脈沖繞組通過導(dǎo)線與所述磁極連接，所述PWM脈寬調(diào)制控制器依次與所述脈沖變壓器、分接頭以及次級脈沖繞組電連接。本實(shí)用新型采用PWM脈寬調(diào)制控制器來控制液態(tài)金屬的散熱，PWM脈寬調(diào)制控制器通過控制小功率脈沖波形的持續(xù)時間、脈沖占空比等參數(shù)，從而控制直流換流閥中液態(tài)金屬的流速、狀態(tài)、效率等狀態(tài)參量。而且，本實(shí)用新型中直流換流閥所采用的脈沖激勵裝置體積較小，有利于節(jié)約成本，具有靈活性高、效率高、體積小、低功耗、壽命長的優(yōu)點(diǎn)。
應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本實(shí)用新型。
附圖說明
此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本實(shí)用新型的實(shí)施例，并與說明書一起用于解釋本實(shí)用新型的原理。
為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種帶脈沖激勵裝置的直流換流閥的結(jié)構(gòu)示意圖。
符號表示：
1-液態(tài)金屬換熱組件、2-脈沖激勵組件、3-直流電場開關(guān)、11-直流換流閥閥體、12-絕緣導(dǎo)熱層、13-絕緣皮管、14-液態(tài)金屬、21-磁極、22-脈沖變壓器、23-PWM脈寬調(diào)制控制器、24-次級脈沖繞組、25-分接頭、26-鐵芯。
具體實(shí)施方式
這里將詳細(xì)地對示例性實(shí)施例進(jìn)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(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實(shí)施例中所描述的實(shí)施方式并不代表與本實(shí)用新型相一致的所有實(shí)施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本實(shí)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(shí)用新型實(shí)施例提供的一種帶脈沖激勵裝置的直流換流閥的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中帶脈沖激勵裝置的直流換流閥包括液態(tài)金屬換熱組件1、脈沖激勵組件2和直流電場開關(guān)3三部分，液態(tài)金屬換熱組件1和脈沖激勵組件2通過直流電場開關(guān)3連接。液態(tài)金屬換熱組件1包括直流換流閥閥體11、絕緣導(dǎo)熱層12、絕緣皮管13和液態(tài)金屬14，絕緣導(dǎo)熱層12包裹在直流換流閥閥體11的外周，絕緣導(dǎo)熱層12的內(nèi)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(dǎo)熱層12的外周，且液態(tài)金屬14填充于絕緣皮管13和絕緣導(dǎo)熱層12之間的空隙。直流換流閥閥體11、絕緣導(dǎo)熱層12、液態(tài)金屬14和絕緣皮管13四部分的結(jié)構(gòu)按照由外到內(nèi)的順序設(shè)置，有利于將直流換流閥閥體11所產(chǎn)生的熱量通過絕緣導(dǎo)熱層12傳輸給絕緣皮管13內(nèi)的液態(tài)金屬14，通過液態(tài)金屬14的流動帶走直流換流閥閥體11的熱量，從而達(dá)到散熱目的。其中，絕緣導(dǎo)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(shí)施例中絕緣導(dǎo)熱層12采用陶瓷硅膠，陶瓷硅膠中含有多種空穴，在與半導(dǎo)體摻雜時，陶瓷硅膠中的空穴能夠吸收電子，使得陶瓷硅膠具有很好的防靜電功能，最終實(shí)現(xiàn)直流換流閥閥體11與液態(tài)金屬14兩種帶電體的隔離。
脈沖激勵組件2包括磁極21、脈沖變壓器22、分接頭25、PWM脈寬調(diào)制控制器23、次級脈沖繞組24和鐵芯26；直流電場開關(guān)3與液態(tài)金屬14接觸，脈沖變壓器22和分接頭25繞制在鐵芯26的一端，次級脈沖繞組24繞制在鐵芯26的另一端，分接頭25通過導(dǎo)線與直流電場開關(guān)3連接，次級脈沖繞組24通過導(dǎo)線與磁極21連接，PWM脈寬調(diào)制控制器23依次與脈沖變壓器22、分接頭25以及次級脈沖繞組24電連接。直流電場開關(guān)3控制脈沖激勵組件2提供電流，液態(tài)金屬14在磁場的作用下產(chǎn)生移動，從而帶走直流換流閥閥體11所產(chǎn)生的熱量。PWM脈寬調(diào)制控制器23能夠控制脈沖變壓器22所發(fā)出的脈沖，具體地，PWM脈寬調(diào)制控制器23可以控制脈沖的正負(fù)極性、脈沖的持續(xù)時間、脈沖的響應(yīng)時間、電流波形、幅值強(qiáng)度、占空比，從而更加靈活地控制直流換流閥中液態(tài)金屬14的流速、狀態(tài)、效率等狀態(tài)參量，更好地實(shí)現(xiàn)液態(tài)金屬14對直流換流閥閥體11的散熱功能。本實(shí)用新型實(shí)施例中鐵芯26為高磁導(dǎo)率鐵芯，鐵芯磁導(dǎo)率高有利于磁場的傳播，從而有利于脈沖激勵組件2實(shí)現(xiàn)對液態(tài)金屬14流速的靈活控制。
直流換流閥正常工作時，會產(chǎn)生很多熱量，導(dǎo)致直流換流閥閥體11發(fā)熱非常嚴(yán)重，直流換流閥閥體11的熱量通過陶瓷硅膠傳遞給液態(tài)金屬14。脈沖激勵組件2中的磁極21產(chǎn)生磁場，次級脈沖繞組24通過導(dǎo)線與磁極21連接；液態(tài)金屬14、直流電場開關(guān)3、脈沖變壓器22和分接頭25形成閉合回路。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，液態(tài)金屬14在脈沖變壓器22的分接頭25提供電流方向、次級脈沖繞組24提供磁場方向的情況下，會沿著絕緣皮管13內(nèi)部流動，帶走直流換流閥閥體11的熱量。采用PWM脈寬調(diào)制控制器23對脈沖變壓器22進(jìn)行控制，能夠改變脈沖變壓器22所輸出脈沖的正負(fù)極性，從而改變直流電場開關(guān)3的正負(fù)極性，最終改變液態(tài)金屬14的流動方向。PWM脈寬調(diào)制控制器23也可以對次級脈沖繞組24進(jìn)行控制，能夠改變次級脈沖繞組24的極性，從而改變磁極21的極性，最終也可以改變液態(tài)金屬14的流動方向。
PWM脈寬調(diào)制控制器23還可以控制脈沖變壓器22的脈沖波形持續(xù)時間，從而改變液態(tài)金屬14的流速，液態(tài)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(tài)金屬14的流速，本實(shí)用新型實(shí)施例中PWM脈寬調(diào)制控制器23采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(tǒng)的信號穩(wěn)定性，避免PWM脈寬調(diào)制控制器23在高占空比輸出的時候可能產(chǎn)生的諧波振動，使得液態(tài)金屬14的流速波動比較平穩(wěn)，更有利于液態(tài)金屬14帶走直流換流閥閥體11的熱量。
另外，PWM脈寬調(diào)制控制器23還可以控制脈沖變壓器22的脈沖電流波形、幅值強(qiáng)度、占空比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)靈活控制液態(tài)金屬14的狀態(tài)、效率等特征參量，使得液態(tài)金屬14對直流換流閥閥體11起到更好的散熱作用。
本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實(shí)踐這里實(shí)用新型的公開后，將容易想到本實(shí)用新型的其它實(shí)施方案。本申請旨在涵蓋本實(shí)用新型的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本實(shí)用新型的一般性原理并包括本實(shí)用新型未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識或慣用技術(shù)手段。說明書和實(shí)施例僅被視為示例性的，本實(shí)用新型的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。
應(yīng)當(dāng)理解的是，本實(shí)用新型并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本實(shí)用新型的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。