一種柔性直流輸電用換流閥組件及其igbt子模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種柔性直流輸電用換流閥組件及其IGBT子模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]柔性直流輸電技術(shù)是一種以電壓源變流器、可關(guān)斷器件和脈寬調(diào)制技術(shù)為基礎(chǔ)的新型直流輸電技術(shù)。與傳統(tǒng)基于晶閘管的電流源型直流輸電技術(shù)相比，柔性直流輸電技術(shù)采用了全控型的電力電子器件IGBT，系統(tǒng)反應(yīng)速度快、可控性較好、運(yùn)行方式靈活，能夠減少系統(tǒng)短路容量，提高電能質(zhì)量。在可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電并網(wǎng)、孤島供電、城市電網(wǎng)供電等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
[0003]現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外的柔性直流輸電換流閥子模塊多采用單模塊獨(dú)立插裝式結(jié)構(gòu)，IGBT多選用傳統(tǒng)型的IGBT。如申請(qǐng)公布號(hào)為CN1013354232A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)中就公開了一種用于柔性直流輸電的并聯(lián)子模塊，該子模塊這種并聯(lián)子模塊包括電容、兩個(gè)IGBT功率單元和兩個(gè)主母排，每個(gè)IGBT功率單元包括散熱器、并聯(lián)的兩個(gè)以上的IGBT子模塊及其控制回路，每個(gè)功率單元還包括復(fù)合母排，電容通過復(fù)合母排上端電容連接端與對(duì)應(yīng)的IGBT功率單元連接，兩個(gè)主母排分別通過兩復(fù)合母排上設(shè)有的出線端與對(duì)應(yīng)的IGBT功率單元連接，并且，在兩主母排之間導(dǎo)電連接有晶閘管。
[0004]這種并聯(lián)子模塊作為獨(dú)立子模塊使用，由于各子模塊中IGBT和晶閘管布局問題，只能將單模塊作為一個(gè)單獨(dú)的整體插裝固定在安裝基體上，需要對(duì)每個(gè)單模塊采用壓接固定結(jié)構(gòu)裝夾固定。
[0005]這種獨(dú)立子模塊安裝結(jié)構(gòu)存在以下重大弊端:第一，由于每個(gè)獨(dú)立子模塊需要單獨(dú)壓接，壓接元器件種類、數(shù)量繁多，安裝認(rèn)為繁重，成本高；第二，每個(gè)獨(dú)立子模塊之間要求結(jié)構(gòu)獨(dú)立，為保證絕緣間距，整體閥組件尺寸設(shè)計(jì)要求龐大，增加了換流閥閥塔的外形尺寸；第三，子模塊內(nèi)部及子模塊間走線復(fù)雜，需要考慮內(nèi)部電氣絕緣距離要求，增加組件設(shè)計(jì)難度，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)繁瑣。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型提供一種IGBT子模塊，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的單模塊插裝式安裝結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的技術(shù)問題；同時(shí)，本實(shí)用新型還提供一種使用上述IGBT子模塊的柔性直流輸電用換流閥組件。
[0007]本實(shí)用新型所提供的IGBT子模塊的技術(shù)方案是:IGBT子模塊，其特征在于:包括2個(gè)IGBT、3個(gè)散熱器及I個(gè)晶閘管，2個(gè)IGBT和3個(gè)散熱器沿左右方向依次相互間隔布置，，2個(gè)IGBT分別對(duì)應(yīng)的貼面固定安裝在散熱器的相應(yīng)側(cè)面上，晶閘管對(duì)應(yīng)貼面固定安裝在最右側(cè)散熱器的外側(cè)面上，晶閘管的右側(cè)設(shè)有用于與所述最右側(cè)散熱器配合以夾緊晶閘管的導(dǎo)電鋁排。
[0008]所述3個(gè)散熱器中最左側(cè)的散熱器上貼面固定安裝有電阻。
[0009]所述的3個(gè)散熱器上還固定安裝有子模塊控制回路。
[0010]本實(shí)用新型所提供的使用上述IGBT子模塊的柔性直流輸電用換流閥組件的技術(shù)方案是:柔性直流輸電用換流閥組件，包括安裝框架，安裝框架的前部固設(shè)有子模塊壓接單元，子模塊壓接單元包括沿左右方向延伸的中間框架和固設(shè)在中間框架左右兩端的兩端板，兩端板固設(shè)在安裝框架上，中間框架上安裝有沿左右方向依次相間布置的至少兩個(gè)子模塊和模塊間絕緣擋塊，兩端板上設(shè)有用于配合使用以在左右方向上夾持定位所述子模塊和模塊間絕緣擋塊的兩夾持裝置，各子模塊分別包括2個(gè)IGBT、3個(gè)散熱器及I個(gè)晶閘管，2個(gè)IGBT和3個(gè)散熱器沿左右方向依次相互間隔布置，2個(gè)IGBT分別對(duì)應(yīng)的貼面固定安裝在散熱器的相應(yīng)側(cè)面上，晶閘管對(duì)應(yīng)貼面固定安裝在最右側(cè)散熱器的外側(cè)面上，晶閘管的右側(cè)設(shè)有用于與所述最右側(cè)散熱器配合以夾緊晶閘管的導(dǎo)電鋁排，所述安裝框架的后部固設(shè)有與各子模塊一一對(duì)應(yīng)電氣連接的電容。
[0011 ] 所述的中間框架包括兩端分別與左、右端板固連的絕緣拉桿，所述兩端板為左、右端板，兩端板上分別設(shè)有用于將子模塊壓接單元固定在安裝框架上的固定安裝部，左端板包括用于與右端板固定裝配的左端板支座及沿左右方向?qū)蛞苿?dòng)的裝配在左端板支座上的活動(dòng)端板，所述絕緣拉桿的左端通過與活動(dòng)端板固連實(shí)現(xiàn)絕緣拉桿與所述左端板的固連，所述左端板上的固定安裝部設(shè)置在所述左端板支座上，所述兩夾持裝置中的其中一個(gè)設(shè)置在右端板上、另一個(gè)設(shè)置在所述活動(dòng)端板上。
[0012]所述的活動(dòng)端板通過設(shè)置在活動(dòng)端板和左端板支座之間的沿左右方向延伸的燕尾槽導(dǎo)向結(jié)構(gòu)導(dǎo)向可移動(dòng)的裝配在所述左端板支座上。
[0013]所述的右端板和活動(dòng)端板分別包括用于安裝相應(yīng)夾持裝置的端板本體，兩夾持裝置為對(duì)應(yīng)安裝在兩端板本體上的供外界加載機(jī)構(gòu)施加作用力的頂壓加載裝置，兩頂壓加載裝置分別具有用于頂壓夾持所述閥組的相應(yīng)端部的頂壓夾持部，兩頂壓加載裝置中至少一個(gè)頂壓加載裝置為彈性頂壓加載裝置。
[0014]所述的彈性頂壓加載裝置包括沿左右方向?qū)蛞苿?dòng)裝配在對(duì)應(yīng)端板本體上的加載軸，將加載軸的朝向所述子模塊的一端定義為內(nèi)端，加載軸上套裝有外端頂壓在加載軸上的碟簧，碟簧具有用于向子模塊施加彈性頂壓作用力的彈性頂壓端，加載軸上還套裝有布置在所述碟簧外側(cè)的用于在加載軸頂推碟簧移動(dòng)加載到位時(shí)將加載軸固定在相應(yīng)端板本體上的鎖緊螺母。
[0015]所述的安裝框架包括沿左右方向間隔布置、沿前后方向并行布置的左側(cè)金屬梁和右側(cè)金屬梁，兩金屬梁通過橋接在中間的絕緣梁固定裝配在一起，所述各子模塊上分別引出有兩個(gè)導(dǎo)電排，所述子模塊壓接單元中的沿左右方向依次布置的各子模塊的所有導(dǎo)電排中的最左側(cè)的導(dǎo)電排與左側(cè)金屬梁導(dǎo)電固連、最右側(cè)的導(dǎo)電排與右側(cè)金屬梁導(dǎo)電固連，位于最左側(cè)導(dǎo)電排和最右側(cè)導(dǎo)電排之間的各導(dǎo)電排依次導(dǎo)電串聯(lián)，所述子模塊壓接單元中的兩夾持裝置和所述的子模塊之間設(shè)有端部絕緣擋塊，且兩夾持裝置分別通過所述的端部絕緣擋塊在左右方向上夾持定位所述的子模塊和模塊間絕緣擋塊。
[0016]所述的各子模塊的3個(gè)散熱器對(duì)應(yīng)為左側(cè)散熱器、中間散熱器及右側(cè)散熱器，右側(cè)散熱器即為所述的最右側(cè)散熱器，各各模塊上的兩導(dǎo)電排中的其中一個(gè)導(dǎo)電排從中間散熱器上引出、另一個(gè)導(dǎo)電排從右側(cè)散熱器上引出。
[0017]本實(shí)用新型所提供的IGBT子模塊的有益效果是:本實(shí)用新型所提供的IGBT子模塊中，將IGBT、散熱器及晶閘管沿左右方向依次相間的裝配在一起，以便于可以通過子模塊壓接單元中的兩夾持裝置可以串聯(lián)壓接多個(gè)子模塊，從而可以有效簡(jiǎn)化整個(gè)換流閥組件中子模塊的壓裝固定結(jié)構(gòu)。并且，各子模塊中的2個(gè)IGBT和3個(gè)散熱器沿左右方向依次相互間隔布置，I個(gè)晶閘管設(shè)置在最右側(cè)散熱器的外側(cè)，這樣，每個(gè)IGBT均可實(shí)現(xiàn)兩面散熱，有效改善散熱環(huán)境，提高IGBT可靠性，延長(zhǎng)其使用壽命。
[0018]進(jìn)一步地，在柔性直流輸電用換流閥組件中，由于絕緣拉桿的作用，活動(dòng)端板與右端板配合通過兩夾持裝置夾持定位子模塊。當(dāng)子模塊壓接單元內(nèi)部因?yàn)楦髁悴考蚪^緣拉桿出現(xiàn)因熱脹冷縮導(dǎo)致產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)，由活動(dòng)端板在應(yīng)力驅(qū)動(dòng)下沿左右方向在左端板支座上進(jìn)行微調(diào)移動(dòng)，保證子模塊壓接單元整體在左右方向上的系統(tǒng)應(yīng)力的自我調(diào)節(jié)，有效消除傳統(tǒng)子模塊壓接單元內(nèi)部剛性連接產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力及零件因熱脹冷縮變形而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，有效提尚了串聯(lián)壓接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0019]進(jìn)一步地，通過燕尾槽導(dǎo)向結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)活動(dòng)端板與左端板支座的導(dǎo)向裝配，不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)活動(dòng)端板的穩(wěn)定導(dǎo)向，還可以在前后及上下方向上實(shí)現(xiàn)對(duì)活動(dòng)端板的有效定位。
[0020]進(jìn)一步地，兩夾持裝置均為供外界加載機(jī)構(gòu)施加作用力的頂壓加載裝置，這樣就可以根據(jù)實(shí)際需要采用一端加載或兩端同時(shí)加載，也可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行一端卸載或兩端同時(shí)卸載的操作，整個(gè)壓接操作更加靈活、方便。特別是在夾持變形較大的IGBT子模塊時(shí)，如果僅采用單側(cè)加載的話，由于加載過程中IGBT子模塊中的IGBT的變形量較大，單側(cè)加載的加載行程較長(zhǎng)，操作較為不便，而采用兩端加載的話，就可以有效減少單側(cè)加載行程，減少頂壓加載裝置的體積。并且，兩頂壓加載裝置中的至少一個(gè)頂壓加載裝置為彈性頂壓加載裝置，這樣可以在加載過程中保證功率模塊的安全。
[0021]進(jìn)一步地，安裝框架包括兩側(cè)的兩金屬梁，兩金屬梁不僅可以滿足整個(gè)閥組件的承重要求，另外，兩金屬梁還可以作為閥組件兩出線排的電位連接，將子模塊壓接單元中的各子模塊的所有導(dǎo)電排中的最左側(cè)導(dǎo)電排與左側(cè)金屬梁導(dǎo)電固連、最右側(cè)導(dǎo)電排與左側(cè)金屬梁導(dǎo)電固連，通過兩金屬梁直接對(duì)外實(shí)現(xiàn)換流閥組件間的電氣連接，減少很多繁瑣的母排及固定支