CN101777523A - 特高压大功率晶闸管元件管壳 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特高压大功率晶闸管元件管壳，按照本发明的技术方案：所述特高压大功率晶闸管元件管壳，包括管盖和底座，管盖包括阴极电极和阴极法兰，阴极法兰同心封接在阴极电极的外缘；底座由阳极法兰、触发极模块、瓷环、阳极密封圈和阳极电极；阳极密封圈、阳极法兰、瓷环、阳极电极上下叠合，同心封接；触发极模块包括门极耳片、门极管、门极定位套，门极管封装于瓷环的壳壁上；门极耳片、门极管、门极定位套同心封接。优点是：通过对95％氧化铝陶瓷的金属化与铜电极封接；保证了门极管与环形瓷环封接后在工作时的高气密性与高强度；确保门极管工作时可以承受特高压和电流，确保整体构件的稳定性能；阳极底部加盖铜环，有效提高大功率晶闸管散热效果。

Description

特高压大功率晶闸管元件管壳

技术领域

本发明涉及特高压直流输变电技术领域，是特高压直流输电工程用关键部件-6英寸特高压大功率晶闸管元件管壳。

背景技术

高压输变电技术已从一般的中、高压向特高压输变电发展。从中可产出显著的节能效益，采用±800KV特高压直流输电的形式外送电力，必须采用6英寸的晶闸管，这种特大功率的巨型器体是目前世界的最高水平。

目前，所有的高压直流输电工程都采用高电压、大电流的晶闸管。1970年，世界上首个采用晶闸管的高压直流工程在瑞典Gotland投入运行，输电容量20MW。该工程采用了直径1英寸的晶闸管，额定电流200A。此后，晶闸管的尺寸迅速增大。我国在21世纪初建设的“三峡-常州”、“三峡-广东”以及目前正在试投运的“三峡-上海”直流工程已经采用了西安电力电子技术研究所生产制造的芯片直径5英寸的晶闸管，额定电压达到7200伏，额定电流达到3000安倍。

为了适应我国国民经济飞速发展的形势，在“十一五”期间，国家将投资建设和开发长江上游梯级电站。针对电力外送问题，国家电网公司提出了采用±800KV特高压直流输电的设想，此方案已得到了国家发改委的正式批准。

采用±800KV特高压直流输电的型式外送电力，输送功率640万KW，输送电流4000A，其换流阀的核心器件-特大功率晶闸管，必须采用6英寸的晶闸管。但是目前，还没有企业能够生产出这种特大功率晶闸管。

发明内容

本发明的目的在于设计一种特高压大功率晶闸管元件管壳，以便为特高压直流输变电领域提供一种合适的晶闸管元件管壳。

按照本发明的技术方案，所述特高压大功率晶闸管元件管壳，包括管盖和底座，其特征是：所述管盖包括阴极电极和阴极法兰，所述阴极法兰同心封接在所述阴极电极的外缘；所述底座由阳极法兰、触发极模块、瓷环、阳极密封圈和阳极电极；所述阳极密封圈同心封接在所述阳极电极的外缘和瓷环的底部；所述阳极法兰、瓷环、阳极电极上下叠合，同心封接；所述触发极模块封装于瓷环的壳壁上。

所述触发极模块包括门极耳片、门极管、门极定位套，所述门极管封装于瓷环的壳壁上，门极管的外端露出瓷环外，门极管的内端置于瓷环内；所述门极耳片、门极管、门极定位套同心封接。

所述阴极电极、阳极电极采用无氧铜，阴极电极、阳极电极的表面轴向设置台阶。

所述瓷环采用95％氧化铝陶瓷环，壳体外表面轴向均匀设置凸圆环。

所述阳极法兰的内表面径向设置凹槽。

所述阳极电极底部加盖铜环，所述铜环与阳极电极同心封接。

本发明的优点是：1、6英寸特高压大功率晶闸管元件管壳由陶瓷和金属件组合而成，通过对95％氧化铝陶瓷的金属化与铜电极封接。2、本发明通过对门极引线管的特殊设计，最大限度降低了门极管与瓷环封接应力，保证了6英寸特高压大功率晶闸管工作时的高气密性与高强度。触发极模块设计确保门极管承受特高压和电流，门极耳片设计确保使用过程触发极整体构件的稳定性能。3、本发明通过在阳极底部加盖铜环，有效提高大功率晶闸管散热效果。

附图说明

图1为本发明管盖与底座的安装示意图。

图2为特高压大功率晶闸管元件管壳管盖的示意图。

图3为特高压大功率晶闸管元件管壳底座的示意图。

图4为触发极模块封装于瓷环的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，所述特高压大功率晶闸管元件管壳，包括管盖和底座。

参见图2-3，所述管盖包括阴极电极1和阴极法兰2，阴极法兰2同心封接在阴极电极1的外缘。所述底座由阳极法兰3、门极套组件、瓷环7、阳极密封圈8和阳极电极10；所述阳极密封圈8同心封接在所述阳极电极10的外缘和瓷环7的底部；所述阳极法兰3、瓷环7、阳极电极10上下叠合，同心封接；所述触发极模块封装于瓷环7的壳壁上；所述触发极模块包括门极耳片4、门极管5、门极定位套6，所述门极管5封接于瓷环7的壳壁上，门极管5的外端露出瓷环7外，门极管5的内端置于瓷环7内；门极定位套6、门极耳片4分别与门极管5进行封接；所述门极耳片4、门极管5、门极定位套6同心封接。其中，门极管5、门极耳片4用于触发极引线。

所述阴极电极1、阳极电极10采用无氧铜，阴极电极1、阳极电极10的表面轴向设置台阶，用于内部芯片定位。

所述瓷环7采用95％氧化铝陶瓷环，瓷环7壳体外表面轴向均匀设置凸圆环，以增加“爬电距离”和提高工况下散热效果。

所述阳极法兰3的内表面径向设置凹槽，用于缓解阳极法兰3和瓷环7封接后产生的封接应力。

所述阳极电极10底部加盖铜环9，所述铜环9与阳极电极10同心封接，有效提高大功率晶闸管散热效果。

目前，国内外尚无用于直流输电的6英寸特高压晶闸管技术或产品。6英寸特高压晶闸管其芯片直径150mm(6英寸)，重复峰值电压8000V，通态平均电流4000A，是目前世界最高水平。经测试其各项技术要求和制作水平均达到工作要求。此发明为世界首创，填补了该领域的空白。

本发明为特高压大功率环境下提供高强度、高气密性、高稳定性、高可靠性6英寸晶闸管配套的管壳。本发明采用高精密加工技术制造而成。技术指标：封接气密性≤1×10^-9Pam³/S；铜电极平面度≤0.005mm；铜电极平行度≤0.03mm；法兰与铜电极同心度≤0.5；封接强度≥5KN/cm²。

Claims (7)

1.特高压大功率晶闸管元件管壳，包括管盖和底座，其特征是：所述管盖包括阴极电极(1)和阴极法兰(2)，所述阴极法兰(2)同心封接在所述阴极电极(1)的外缘；所述底座由阳极法兰(3)、触发极模块、瓷环(7)、阳极密封圈(8)和阳极电极(10)；所述阳极密封圈(8)同心封接在所述阳极电极(10)的外缘和瓷环(7)的底部；所述阳极法兰(3)、瓷环(7)、阳极电极(10)上下叠合，同心封接；所述触发极模块封装于瓷环(7)的壳壁上。

2.如权利要求1所述的特高压大功率晶闸管元件管壳，其特征是：所述触发极模块包括门极耳片(4)、门极管(5)、门极定位套(6)，所述门极管(5)封装于瓷环(7)的壳壁上，门极管(5)的外端露出瓷环(7)外，门极管(5)的内端置于瓷环(7)内；门极定位套(6)、门极耳片(4)分别与门极管5进行封接。

3.如权利要求2所述的特高压大功率晶闸管元件管壳，其特征是：所述门极耳片(4)、门极管(5)、门极定位套(6)同心封接

4.如权利要求1所述的特高压大功率晶闸管元件管壳，其特征是：所述阴极电极(1)、阳极电极(10)采用无氧铜，阴极电极(1)、阳极电极(10)的表面轴向设置台阶。

5.如权利要求1所述的特高压大功率晶闸管元件管壳，其特征是：所述瓷环(7)采用95％氧化铝陶瓷环，瓷环(7)壳体外表面轴向均匀设置凸圆环。

6.如权利要求1所述的特高压大功率晶闸管元件管壳，其特征是：所述阳极法兰(3)的内表面径向设置凹槽。

7.如权利要求1或2所述的特高压大功率晶闸管元件管壳，其特征是：所述阳极电极(10)底部加盖铜环(9)，所述铜环(9)与阳极电极(10)同心封接。

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