CN103178722A - 一种大容量整流水冷功率模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大容量整流水冷功率模块，属于大功率半导体开关技术领域，包括电力电子器件、左金属框架焊接件、右金属框架焊接件、压装机构、方形水冷散热器、绝缘固定销、绝缘拉杆、绝缘勾销、P相母排、中线母排、N相母排等。本发明采用了三个相互平行的功率串的结构形式，每个功率串通过压装机构，把电力电子器件与相应的连接母排、方形水冷散热器、绝缘子压接在一起。本发明中，吸收电路布置紧凑，从而减小相互的杂散电感。本发明将水路接口与功率电路接口前后布置，相互隔开。

Description

一种大容量整流水冷功率模块

技术领域

本发明涉及一种大容量整流水冷功率模块，属于半导体开关技术领域。

背景技术

在电力电子技术应用领域，整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，电路的功能是将交流电转换为直流电。由于整流电路采用的二极管、晶闸管等电力电子器件具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、响应快等优点，因此用它构成的变流装置具有可靠性高、寿命长、容易维护等优点，特别在节约能源方面，突显其优势。

现有的很多整流电路都采用非水冷散热，由于电力电子器件的发热问题限制了整流电路的功率容量，而且每个电力电子器件都有单独的吸收电路，使得整流电路结构复杂，不易安装和维护。

发明内容

本发明的目的是为了解决中压传动领域大功率变流器的整流输入技术问题，通过将两组三相全桥整流集成到单独模块中，提出一种大容量整流水冷功率模块，本发明元件布局更加合理、结构更加紧凑、散热能力更高，本发明适用于3～100MVA大功率变流器中，可广泛应用于中压传动领域。

一种大容量整流水冷功率模块，包括左金属框架焊接件、右金属框架焊接件、电力电子器件、方形水冷散热器、压装机构、绝缘子、吸收电容、吸收电阻、绝缘拉杆、吸收电容支路母排、供/回水母管、供/回水对焊球阀、P相母排、M相母排、N相母排、交流A1相母排、交流B1相母排、交流C1相母排、交流C2相母排、交流B2相母排、交流A2相母排；

左金属框架焊接件和右金属框架焊接件为左、右两侧的支撑，以绝缘杆为中间连杆，通过压装机构把P相母排、M相母排、N相母排、吸收电容支路母排，分别与电力电子器件、方形水冷散热器和绝缘子压接成三个相互平行的功率串，固定在左金属框架焊接件、右金属框架焊接件上；三个功率串平行放置，通过P相母排、M相母排、N相母排和吸收电容母排实现电路连接；

吸收电阻固定在靠近供/回水母管的功率串的下部，吸收电容由吸收电容支路母排固定在靠近供/回水母管的功率串的前部；

供/回水母管的供/回水端安装有供/回水对焊球阀，供/回水母管上面分布有若干水接头，若干水接头连接若干毛细软管，毛细软管连通各个方形水冷散热器、吸收电阻，冷却水从供/回水母管的供水端流入，流经方形水冷散热器、吸收电阻，通过回水端流出，形成一套封闭的循环水路；

三个平行布置的功率串中引出功率电路接口，P相母排、M相母排、N相母排用于输出直流电，交流A1相母排、交流B1相母排、交流C1相母排、交流A2相母排、交流B2相母排、交流C2相母排由方形水冷散热器的连接板引出，用于输入交流电。

本发明的优点在于：

（1）采用了三个相互平行的功率串式的设计，可以减小该换流回路的等效电感，使电路连接更加简洁、明了；同时还有利于功率模块的维护、检修与元件更换；

（2）采用的三类接口，可分别独立正常工作，互不干扰、拆装方便；

（3）功率模块的结构紧凑，空间尺寸小，组装简单、方便，适用于3～100MVA大功率变流器。

附图说明

图1为本发明的电路原理图；

图2为本发明的俯视结构图；

图3为本发明的后视结构图；

图中：

1-左金属框架焊接件         2-吸收电容                 3-电力电子器件

4-绝缘子                   5-方形水冷散热器           6-绝缘拉杆

7-压装机构                 8-右金属框架焊接件         9-拉伸弹簧

10-绝缘勾销                11-吸收电容支路母排        12-供/回水对焊球阀

13-供/回水母管             14-吸收电阻                15-P相母排

16-M相母排                 17-N相母排                 18-交流A1相母排

19-交流B1相母排            20-交流C1相母排            21-交流C2相母排

22-交流B2相母排            23-交流A2相母排            24-支撑绝缘子

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的电路原理图如图1所示，其中，D1～D12为二极管，R1、R2为吸收电阻，C1、C2为吸收电容。二极管D1、D4、D7、D10串联组成一个功率串，二极管D2、D5、D8、D11串联组成一个功率串，二极管D3、D6、D9、D12串联组成一个功率串。其中二极管D1～D6组成一组三相整流桥，二极管D7～D12组成另一组三相整流桥。吸收电阻R1和吸收电容C1串联作为一组三相整流桥的吸收电路，吸收电阻R2和吸收电容C2串联作为另一组三相整流桥的吸收电路。

本发明的一种大容量整流水冷功率模块，其中的电力电子器件为二极管或晶闸管，除此以外还有电力电子元件：吸收电容、吸收电阻。根据电路图1，合理布置各个电力电子元器件的位置，构成整流水冷功率模块。

本发明的一种大容量整流水冷功率模块，属于大功率半导体开关技术领域，如图2、图3所示，包括左金属框架焊接件1、右金属框架焊接件8、电力电子器件3、方形水冷散热器5、压装机构7、绝缘子4、吸收电容2、吸收电阻14、拉伸弹簧9、绝缘拉杆6、绝缘勾销10、吸收电容支路母排11、供/回水母管13、供/回水对焊球阀12、P相母排15、M相母排16、N相母排17、交流A1相母排18、交流B1相母排19、交流C1相母排20、交流C2相母排21、交流B2相母排22、交流A2相母排23。

以左金属框架焊接件1和右金属框架焊接件8为左、右两侧的支撑，以绝缘杆6为中间连杆，通过压装机构7把P相母排15、M相母排16、N相母排17、吸收电容支路母排11，分别与电力电子器件3、方形水冷散热器5和绝缘子4压接成三个相互平行的功率串，固定在左金属框架焊接件1、右金属框架焊接件8上。每个功率串均包括电力电子器件3、方形水冷散热器5和绝缘子4，三个功率串平行放置，通过P相母排15、M相母排16、N相母排17和吸收电容母排11实现电路连接。

绝缘勾销10固定于绝缘杆6上，拉伸弹簧9一端挂在绝缘勾销10上，另一端挂在方形水冷散热器5的相应孔位上。

本发明中使用的方形水冷散热器5两侧面为电力电子器件的压装散热面，同时在非压装面其中一面固定有水接头，用于连接毛细软管；方形水冷散热器5上加工的连接板也作为电路中的导体，为输入的交流母线提供可靠的连接。

基于各种机械和电气的要求，本发明中所采用的绝缘拉杆6，通过模具浇注而成，将一个长金属螺杆预埋到绝缘材料里面，对绝缘拉杆6起到了增强机械强度的作用。同时，其金属螺杆外面包裹的绝缘材料也具有良好的电气绝缘性，可以适应高电压、大电流的电气设计要求。固定在绝缘拉杆6的安装沉孔内的绝缘勾销10是模具加工成型的绝缘件，与拉伸弹簧9配合使用来固定方形水冷散热器5，解决了更换二极管器件时，因方形水冷散热器不固定，易散落问题。

整流水冷功率模块，吸收电路布置紧凑。吸收电阻14固定在靠近供/回水母管13的功率串的下部，通过软导线一端连接到吸收电容2上，一端连接到直流母排上；吸收电容2由吸收电容支路母排11固定在靠近供/回水母管13的功率串的前部。这样的布局使得吸收电路中的电力电子器件相互间距离很小，布局紧凑；并且吸收电阻与吸收电容之间由软导线实现电路连接，电路一目了然，便于查线，维修。

作为一个独立的整流水冷功率模块，它具有三类接口：由四个分别固定在左金属框架焊接件1和右金属框架焊接件8上的支撑绝缘子24构成的机械接口，用于将功率模块固定在柜体上；功率电路接口，用于电气连接；由固定在供/回水母管13上的对焊球阀构成的水路接口，用于与外部循环冷却水路相连。为了避免各接口间的相互干扰，本发明将水路接口与功率电路接口前后布置，相互隔开。在本发明的前部，利用固定吸收电容留下的底部空间固定供/回水母管13，供/回水母管13的供/回水端安装供/回水对焊球阀12，供/回水母管13上面分布有若干水接头，固定若干毛细软管同各个方形水冷散热器、吸收电阻相连并导通，形成一套封闭的循环水路，以实现循环冷却水对各个电子电力元器件的冷却。当用户现场进行维修，需要更换电子电力元器件，可通过先闭合供/回水母管13上的供/回水对焊球阀12，截断进入功率模块的水流，再拆卸其右端的活节，同外部水冷系统断开，然后进行维修和更换，可达到少量漏水，安全操作的目的。

而在功率模块的后部，布置由P相母排15、M相母排16、N相母排17、交流A1相母排18、交流B1相母排19、交流C1相母排20、交流A2相母排23、交流B2相母排22、交流C2相母21排构成的功率电路接口：P相母排15、M相母排16、N相母排17在功率模块后部的上侧，直接从三个平行布置的功率串中引出；交流A1相母排18、交流B1相母排19、交流C1相母排20、交流A2相母排23、交流B2相母排22、交流C2相母排21位于P相母排、M相母排、N相母排的下方，由方形水冷散热器的连接板引出。采用这种布局设计降低了线路杂散电感，功率接口的交、直流布局清晰，易于外部接口的连接，且功率模块的电路、水路接口相互分开，便于安装、维护。

Claims (6)

1.一种大容量整流水冷功率模块，包括左金属框架焊接件（1）、右金属框架焊接件（8）、电力电子器件（3）、方形水冷散热器（5）、压装机构（7）、绝缘子（4）、吸收电容（2）、吸收电阻（14）、绝缘拉杆（6）、吸收电容支路母排（11）、供/回水母管（13）、供/回水对焊球阀（12）、P相母排（15）、M相母排（16）、N相母排（17）、交流A1相母排（18）、交流B1相母排（19）、交流C1相母排（20）、交流C2相母排（21）、交流B2相母排（22）、交流A2相母排（23）；

左金属框架焊接件（1）和右金属框架焊接件（8）为左、右两侧的支撑，以绝缘杆（6）为中间连杆，通过压装机构（7）把P相母排（15）、M相母排（16）、N相母排（17）、吸收电容支路母排（11），分别与电力电子器件（3）、方形水冷散热器（5）和绝缘子（4）压接成三个相互平行的功率串，固定在左金属框架焊接件（1）、右金属框架焊接件（8）上；三个功率串平行放置，通过P相母排（15）、M相母排（16）、N相母排（17）和吸收电容母排（11）实现电路连接；

吸收电阻（14）固定在靠近供/回水母管（13）的功率串的下部，吸收电容（2）由吸收电容支路母排（11）固定在靠近供/回水母管（13）的功率串的前部；

供/回水母管（13）的供/回水端安装有供/回水对焊球阀（12），供/回水母管（13）上面分布有若干水接头，若干水接头连接若干毛细软管，毛细软管连通各个方形水冷散热器（5）、吸收电阻（14），冷却水从供/回水母管（13）的供水端流入，流经方形水冷散热器（5）、吸收电阻（14），通过回水端流出，形成一套封闭的循环水路；

三个平行布置的功率串中，P相母排（15）、M相母排（16）、N相母排（17）用于输出直流电，交流A1相母排（18）、交流B1相母排（19）、交流C1相母排（20）、交流A2相母排（23）、交流B2相母排（22）、交流C2相母排（21）由方形水冷散热器（5）的连接板引出，用于输入交流电。

2.根据权利要求1所述的一种大容量整流水冷功率模块，其中的电力电子器件（3）为晶闸管或二极管。

3.根据权利要求1所述的一种大容量整流水冷功率模块，供/回水母管（13）位于吸收电容（2）的底部。

4.根据权利要求1所述的一种大容量整流水冷功率模块，左金属框架焊接件（1）和右金属框架焊接件（8）的底部设有支撑绝缘子（24），支撑绝缘子（24）构成机械接口，通过支撑绝缘子（24）将功率模块固定在柜体上。

5.根据权利要求1所述的一种大容量整流水冷功率模块，方形水冷散热器（5）两侧面为电力电子器件的压装散热面，同时在非压装面其中一面固定有水接头。

6.根据权利要求1所述的一种大容量整流水冷功率模块，功率模块还包括拉伸弹簧（9）和绝缘勾销（10），绝缘勾销（10）固定于绝缘杆（6）上，拉伸弹簧（9）一端挂在绝缘勾销（10）上，另一端挂在方形水冷散热器（5）的相应孔位上。

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