一種新型三電平水冷功率模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體開關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種新型三電平水冷功率模塊，它適用于3?27MVA大功率變流器中，可廣泛應(yīng)用于中壓傳動領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在中小功率變流器中，采用的是小功率的電力電子器件，器件的應(yīng)用技術(shù)成熟，裕量足夠高，失效率低，整個系統(tǒng)的可靠性較高。然而，大容量變流器由于集高電壓和大電流于一體，器件欲量不足，雜散參數(shù)影響大，器件發(fā)熱量大，散熱困難，使得變流器的可靠性大大降低，成為其全面推廣的障礙。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]針對上述大容量變流器存在的諸多問題，本實(shí)用新型提供了一種新型三電平水冷功率模塊，通過將三電平橋臂集成到單獨(dú)模塊中，再配上驅(qū)動電路，提供一種元件布局更加合理、結(jié)構(gòu)更加緊湊、散熱能力更高的實(shí)施方案。
[0004]一種新型三電平水冷功率模塊，包括左金屬框架、右金屬框架、壓裝機(jī)構(gòu)、支路母排組、方形水冷散熱器、絕緣子和電路的電力電子器件。
[0005]電力電子器件包括IGCT(集成門極換流晶閘管)元件、中點(diǎn)箝位二極管、中點(diǎn)箝位電阻、反并聯(lián)續(xù)流二極管以及吸收電路;吸收電路包括箝位吸收電抗器、箝位吸收電阻、箝位吸收二極管、箝位吸收電容、以及箝位電容反并聯(lián)吸收電阻；
[0006]通過壓裝機(jī)構(gòu)壓接三個相互平行的功率串固定在左金屬框架和右金屬框架上。第一個功率串中的電力電子器件為IGCT元件，通過壓裝機(jī)構(gòu)把支路母排組、IGCT元件、方形水冷散熱器和絕緣子組合壓接成第一功率串；第二個功率串中的電力電子器件為反并聯(lián)續(xù)流二極管，通過壓裝機(jī)構(gòu)把支路母排組、反并聯(lián)續(xù)流二極管、方形水冷散熱器和絕緣子組合壓接成第二功率串；第三個功率串中的電力電子器件為箝位吸收二極管和中點(diǎn)箝位二極管，通過壓裝機(jī)構(gòu)把支路母排組、箝位吸收二極管、中點(diǎn)箝位二極管、方形水冷散熱器和絕緣子組合壓接成第三功率串。箝位吸收電阻在第三個功率串的下方分布;箝位吸收電抗器分布在左金屬框架和右金屬框架的外側(cè)；箝位吸收電容由支路母排組固定在第三功率串的后部;箝位電容并聯(lián)吸收電阻固定在箝位吸收電容的兩端；中點(diǎn)箝位電阻由銅母排固定在第一個功率串的方形水冷散熱器上。
[0007]所述的三電平水冷功率模塊具有四類接口:由四個分別固定在左金屬框架和右金屬框架上的支撐絕緣子構(gòu)成的機(jī)械接口，用于將功率模塊固定在柜體上;功率電路接口，用于電氣連接；由固定在左金屬框架和右金屬框架上的供水母管和回水母管構(gòu)成的水路接口，用于與外部循環(huán)冷卻水路相連；由IGCT元件引出的控制電路接口，用于與外部控制系統(tǒng)相連。
[0008]所述的壓裝機(jī)構(gòu)由彈簧導(dǎo)桿、墊片、碟形彈簧、外六角細(xì)牙壓力螺釘和頂塊連接組成。
[0009]所述的三電平水冷功率模塊，構(gòu)成其水路接口的供水母管和回水母管，安裝在第一功率串的下方，供水母管和回水母管上面分布有水接頭，固定毛細(xì)軟管同各個方形水冷散熱器、箝位吸收電阻、箝位吸收電抗器相連并導(dǎo)通，形成一套封閉的循環(huán)水路。所述的三電平水冷功率模塊，在其后部布置由P相進(jìn)線母排、P相出線母排組、Μ相出線母排、N相出線母排組和Ν相進(jìn)線母排構(gòu)成的功率電路接口。
[0010]所述的左金屬框架和右金屬框架之間固定有絕緣支撐桿，相鄰的功率串之間相隔有絕緣支撐桿。所述的方形水冷散熱器，通過拉彈簧和勾銷與絕緣支撐桿連接;在方形水冷散熱器的上面鉆孔以固定水接頭;在方形水冷散熱器上靠近非壓裝的兩個側(cè)面與上面的交線處位置分別鉆孔，并加工成90°的通孔，以固定拉彈簧的一端;拉彈簧的另一端通過勾銷固定在絕緣支撐桿上。
[0011 ]所述的絕緣支撐桿是把一個通長金屬螺桿預(yù)埋到絕緣材料里面，以模具的形式澆注而成;固定在絕緣支撐桿的加工沉孔內(nèi)的勾銷以模具的形式澆注而成。
[0012]本實(shí)用新型提供的新型三電平水冷功率模塊的優(yōu)點(diǎn)在于:采用了獨(dú)特的三個相互平行的功率串式的設(shè)計，可以減小該換流回路的等效電感。同時還有利于功率模塊的維護(hù)、檢修與元件更換。采用的四類接口，可分別獨(dú)立正常工作，相互不干擾各自的運(yùn)行。采用水冷的方式冷卻電力電子器件，提高了散熱效率。功率模塊的結(jié)構(gòu)緊湊，空間尺寸小，組裝簡單、方便。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型的三電平水冷功率模塊的電路圖；
[0014]圖2為本實(shí)用新型的三電平水冷功率模塊結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0015]圖3為本實(shí)用新型的三電平水冷功率模塊結(jié)構(gòu)的后視圖；
[0016]圖4為本實(shí)用新型的三電平水冷功率模塊中壓裝機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:
[0018]1-左金屬框架;2-1GCT元件;3-反并聯(lián)續(xù)流二極管;4_箝位吸收二極管;5_中點(diǎn)箝位二極管;6-箝位吸收電容;7-拉彈簧;8-勾銷;9-右金屬框架;10-壓裝機(jī)構(gòu)；11-絕緣子；
[0019]12-支路母排組;13-方形水冷散熱器;14-絕緣支撐桿;15-箝位吸收電抗器;16-供水母管；17-回水母管；18-箝位吸收電阻；19-Ρ相進(jìn)線母排;20-Ρ相出線母排組;21-Μ相出線母排;22-Ν相出線母排組;23-Ν相進(jìn)線母排;24-支撐絕緣子;25-彈簧導(dǎo)桿;26-墊片；
[0020]27-碟形彈簧;28-外六角細(xì)牙壓力螺釘;29-頂塊;30-電位電容并聯(lián)吸收電阻;31-中點(diǎn)箝位電阻。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0022]如圖1所示，為本實(shí)用新型的新型三電平水冷功率模塊的電路原理圖。所述的三電平水冷功率模塊的電力電子器件包括IGCT(集成門極換流晶閘管)元件、中點(diǎn)箝位二極管、中點(diǎn)箝位電阻、反并聯(lián)續(xù)流二極管以及吸收電路。其中，L1-L2為箝位吸收電抗器，R1-R4為箝位吸收電阻，D1-D2為箝位吸收二極管，C1-C4為箝位吸收電容，R5-R6為箝位電容反并聯(lián)吸收電阻，D3-D4為中點(diǎn)箝位二極管，R7-R10為中點(diǎn)箝位電阻，D5-D8為反并聯(lián)續(xù)流二極管，S1-S4為IGCT元件。IGCT為使用的主功率電力電子器件。
[0023]兩個中點(diǎn)箝位二極管D3和D4串聯(lián)，標(biāo)記D3和D4之間的連接點(diǎn)為a。四個中點(diǎn)箝位電阻R7、R8、R9和R10串聯(lián)。四個反并聯(lián)續(xù)流二極管D5、D6、D7、D8串聯(lián)，標(biāo)記D6和D7之間的連接點(diǎn)為b，標(biāo)記D5和D6之間的連接點(diǎn)為c，標(biāo)記D7和D8之間的連接點(diǎn)為d。串聯(lián)的兩個中點(diǎn)箝位二極管與串聯(lián)的四個中點(diǎn)箝位電阻并聯(lián)，一端連接在c點(diǎn)，一端連接在d點(diǎn)。四個IGCT元件S1、S2、S3和S4串聯(lián)。每個反并聯(lián)續(xù)流二極管與一個IGCT元件并聯(lián)。如圖1所示，D5和S1并聯(lián)，一端連接在點(diǎn)e，另一端連接在點(diǎn)c ;D6和S2并聯(lián)，一端連接在點(diǎn)c，另一端連接在點(diǎn)b ;D7和S3并聯(lián)，一端連接在點(diǎn)b，另一端連接在點(diǎn)d; D8和S4并聯(lián)，一端連接在點(diǎn)d，另一端連接在點(diǎn)f。
[0024]吸收電路包括箝位吸收電抗器、箝位吸收電阻、箝位吸收二極管、箝位吸收電容以及箝位電容反并聯(lián)吸收電阻。吸收電路為左右對稱結(jié)構(gòu)。左側(cè)結(jié)構(gòu)，箝位吸收電抗器L1與箝位吸收二極管D1串聯(lián)，再與箝位吸收電阻R1、R2并聯(lián)。箝位吸收電抗器L1與箝位吸收二極管D1連接的一端連接在點(diǎn)e，箝位吸收二極管D1與電阻R1、R2連接的一端標(biāo)記為點(diǎn)g。箝位吸收電容C1和C2并聯(lián)，并聯(lián)一端連接在點(diǎn)g，另一端連接在點(diǎn)a。箝位電容反并聯(lián)吸收電阻R5串聯(lián)在點(diǎn)g和點(diǎn)a之間。右側(cè)結(jié)構(gòu)和左側(cè)結(jié)構(gòu)類似，箝位吸收電抗器L2與箝位吸收二極管D2串聯(lián)，再與箝位吸收電阻R3、R4并聯(lián)。箝位吸收電抗器L2與箝位吸收二極管D2連接的一端連接在點(diǎn)f，箝位吸收二極管D2與電阻R3、R4連接的一端標(biāo)記為點(diǎn)h。箝位吸收電容C3和C4并聯(lián)，并聯(lián)一端連接在點(diǎn)h，另一端連接在點(diǎn)a。箝位電容反并聯(lián)吸收電阻R6串聯(lián)在點(diǎn)h和點(diǎn)a之間。
[0025]圖2和圖3為本實(shí)用新型三電平水冷功率模塊的一種實(shí)施方式。新型三電平水冷功率模塊包括:左金屬框架1、右金屬框架9、壓裝機(jī)構(gòu)10、支路母排組12、方形水冷散熱器13、絕緣子11和電路的電力電子器件。
[0026]電路所用的電力電子器件如圖1所示，對電力電子器件的標(biāo)號是:IGCT元件2、反并聯(lián)續(xù)流二極管3、箝位吸收二極管4、中點(diǎn)箝位二極管5、箝位吸收電容6、箝位吸收電阻18、箝位吸收電抗器15、箝位電容并聯(lián)吸收電阻30、中點(diǎn)箝位電阻31。
[0027]本實(shí)用新型采用左金屬框架1和右金屬框架9為左、右兩側(cè)的支撐，通過壓裝機(jī)構(gòu)10壓接三個相互平行的功率串固定在左金屬框架1和右金屬框架9上。第一個功率串中的電力電子器件為IGCT元件2，通過壓裝機(jī)構(gòu)10把支