随着我国新能源的快速发展,现代电力电子换流装备已经成为支撑新能源发电、高压直流输电、电力轨道牵引与电动汽车等领域的核心装备。高压大功率IGBT器件作为高压功率电力电子换流装备的关键组件,其失效率与可靠性直接影响了换流装置的性能与稳定性。相变冷却技术已在功率电力电子器件的应用中展现出了优异的散热能力,其可以通过对功率半导体芯片结温与壳温的有效控制,大大提高了器件的可靠性。本文旨在实现相变冷却技术在高压大功率IGBT器件封装中的浸没式应用,重点研究了 FC-72相变介质在沸腾两相流状态下在高压功率器件封装中的绝缘问题,测量获得了两相流的放电统计特性,揭示了气泡运动特性与两相流放电特性的关联关系,建立了两相流放电相位特征计算方法,实现了两相流在不同电压工况下的放电相位特征分析。研究成果进一步促进了对两相流影响下的介质界面放电特性与机理的认知,可为相变冷却技术在高压大功率IGBT器件封装应用的绝缘设计提供参考。首先,研制了两相流绝缘实验装置,实现了丰富的绝缘工况测试方案与两相流产生策略。结合装置特点,设计了两相流控制方法、放电光脉冲测量方法、蒸汽环境控制方法以及蒸汽环境内的绝缘测试方法,并设计了任意电压波形的绝缘测试方案。结合工频局部放电测试系统,建立了用于脉冲电压实验的光路耦合局部放电实验平台,克服了工频局部放电测试电路在脉冲电压实验工况下的局限性,从而实现了脉冲电压局部放电实验所需的长时间尺度记录与分析。基于图像采集方案与灰度量化方法,提出了两相流的特征评估方法与气泡特性的评估方法,为本文的两相流特征提供了分析手段。其次,测量获得了经流两相流影响下局部放电特性,通过对比静态液体中的局部放电特性,获得了经流两相流对局部放电的影响规律,结合经流两相流在非均匀场下的流体特征,揭示了经流两相流对局部放电的影响机制。本文进一步对电场中的气泡展开动力分析,实现了气泡在电场中的流动路径计算,经过分析气泡流动路径与其电离区范围的关系,进一步验证了经流两相流对放电的影响机制,相关分析方法可以为两相流放电特性分析提供了实验与计算相结合的新思路再次,基于两相流直接产生于电极的方法,本文获得了两相流放电特性,以及随两相流剧烈程度而发展的放电统计特性,通过分析两相流中放电增量的相位特征,揭示了两相流中的放电机制。在此基础上,根据两相流的运动特征,提出了两相流放电相位特征计算方法,通过对比工频电压、单极性偏置交流电压、单极性脉冲电压下两相流的实测放电特性,验证了两相流放电相位特征计算方法的有效性,也进一步证实了两相流放电机制。最后,针对DBC陶瓷,芯片钝化层等封装中的沿面绝缘结构,研究了两相流影响下的沿面放电特性,通过对比累积气泡界面与自由气泡界面两种工况下的沿面放电特性,结合气泡在界面上的动态特征,揭示了气泡界面的沿面放电机制,通过分析反击放电响应时间的概率分布特性,揭示了沿面放电机制中的荷电界面成分与发展过程,进而验证了气泡界面的沿面放电机制。在此基础上,研究了实际高压快速恢复二极管在相变冷却工况下的绝缘特性,实现了对相变冷却技术下功率器件的绝缘能力评估,为相变冷却技术在高压功率器件中的绝缘设计与散热应用奠定了基础。