CN105006472B - 压接式功率模块阀段 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种压接式功率模块阀段，包括中间框架和左、右端板，两端板上设有两夹持装置，中间框架包括两端分别与左、右端板固连的绝缘拉杆，左、右端板上分别设有用于将阀段固定在安装基体上的固定安装部，左端板包括用于与右端板固定装配的左端板支座及沿左右方向导向移动的装配在左端板支座上的活动端板，所述绝缘拉杆的左端通过与活动端板固连实现绝缘拉杆与所述左端板的固连，所述左端板上的固定安装部设置在所述左端板支座上，所述两夹持装置中的其中一个设置在右端板上、另一个设置在所述活动端板上。当阀段产生应力时，活动端板沿左右方向在左端板支座上进行微调移动，保证阀段整体在左右方向上的系统应力的自我调节。
Description
技术领域
本发明涉及一种压接式功率模块阀段。
背景技术
柔性直流输电技术是一种以电压源变流器、可关断器件和脉宽调制技术为基础的新型直流输电技术。与传统基于晶闸管的电流源型直流输电技术相比，柔性直流输电技术采用了全控型的电力电子器件IGBT，系统反应速度快、可控性较好、运行方式灵活，能够减少系统短路容量，提高电能质量。在可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电等方面具有明显的优势。
传统的压接式IGBT阀段与晶闸管阀段压接方式相似，在申请公布号为CN103354233A的中国发明专利申请中公开了一种压接式的晶闸管阀段，晶闸管阀段包括沿左右方向间隔布置的左端板和右端板，左端板和由端板通过中间框架固定装配，在右端板上设置弹性夹紧装置，在左端板上设有顶压装置，弹性夹紧装置和顶压装置作为两夹持装置夹持定位由相间设置的晶闸管和散热器组成的阀组。使用时，由弹性夹紧装置一侧承压，另一侧使用顶压工具顶压以对阀组进行加压，实现对阀组的有效定位。
上述的功率模块阀段的压接方式中，左右端板分别通过螺栓固定的方式安装在作为安装基体的框架横梁上，且连接左右端板的绝缘拉杆也是分别固定的装配在两端板上，这使得整个阀段整体为刚性连接结构。在不同的运行工况下，阀段中的阀组及绝缘拉杆等零部件存在受应力、热胀冷缩等影响产生的变形，但由于现有的阀段结构多为刚性连接结构，整个阀段自身不具备自我调节能力，整个阀段会产生较大的机械应力。
发明内容
本发明提供一种压接式功率模块阀段，以解决现有技术中存在的传统规定压接式功率模块阀段自身缺少调节能力导致阀段容易产生较大机械应力的技术问题。
本发明所提供的压接式功率模块阀段的技术方案是：压接式功率模块阀段，包括沿左右方向延伸的中间框架和设置在中间框架左右两端的左、右端板，两端板上设有用于配合使用以在左右方向上夹持定位由串列布置的至少两个功率模块所形成的阀组的两夹持装置，中间框架包括两端分别与左、右端板固连的绝缘拉杆，左、右端板上分别设有用于将阀段固定在安装基体上的固定安装部，所述的左端板包括用于与右端板固定装配的左端板支座及沿左右方向导向移动的装配在左端板支座上的活动端板，所述绝缘拉杆的左端通过与活动端板固连实现绝缘拉杆与所述左端板的固连，所述左端板上的固定安装部设置在所述左端板支座上，所述两夹持装置中的其中一个设置在右端板上、另一个设置在所述活动端板上。
所述的活动端板通过设置在活动端板和左端板支座之间的沿左右方向延伸的燕尾槽导向结构导向可移动的装配在所述左端板支座上。
所述的右端板和活动端板分别包括用于安装相应夹持装置的端板本体，两夹持装置为对应安装在两端板本体上的供外界加载机构施加作用力的顶压加载装置，两顶压加载装置分别具有用于顶压夹持所述阀组的相应端部的顶压夹持部，两顶压加载装置中至少一个顶压加载装置为弹性顶压加载装置。
所述的弹性顶压加载装置包括沿左右方向导向移动装配在对应端板本体上的加载轴，将加载轴的朝向所述阀组的一端定义为内端，加载轴上套装有外端顶压在加载轴上的碟簧，碟簧具有用于向阀组施加弹性顶压作用力的弹性顶压端，加载轴上还套装有布置在所述碟簧外侧的用于在加载轴顶推碟簧移动加载到位时将加载轴固定在相应端板本体上的锁紧螺母。
所述两顶压加载装置中的一个为所述弹性顶压加载装置、另一个为刚性顶压加载装置，刚性顶压加载装置包括轴向沿左右方向螺旋装配在对应端板本体上的球形调整螺栓，球形调整螺栓的朝向阀组的一端顶压配合传动轴，传动轴沿左右方向滑动穿装在固设于对应端板本体上的导向套中，传动轴的朝向阀组的一端为用于向阀组施加刚性顶压作用力的刚性顶压端。
所述的右端板包括右端板支座和通过螺栓联接结构固设在右端板支座上的固定端板，右端板的固定安装部设置在右端板支座上，绝缘拉杆的右端通过与固定端板固连以实现绝缘拉杆与右端板的固连。
所述的右端板和活动端板分别包括用于安装相应夹持装置的端板本体，所述绝缘拉杆的两端分别与两端板本体固连，在端板本体的侧面上设有沿左右方向延伸的卡槽，所述绝缘拉杆的相应端沿左右方向卡装在所述卡槽中，在端板本体上还可拆的固设有用于将绝缘拉杆压装在所述卡槽中的压板。
所述的右端板和左端板的左端板支座通过沿左右方向延伸的绝缘支撑梁固定装配在一起。
所述的功率模块为IGBT子模块，所述阀组包括沿左右方向依次相间布置的IGBT子模块和模块间绝缘挡块，阀组两端和两夹持装置之间分别设有端部绝缘挡块。
所述的端部绝缘挡块的朝向阀组的一侧面为顶压平面、朝向对应夹持装置的一端设有用于与对应夹持装置的顶压夹持部吻合插接卡装的定位卡槽。
本发明所提供的有益效果是：本发明所提供的压接式功率模块阀段中，中间框架的左端板包括左端板支座和沿左右方向导向移动的装配在左端板支座上的活动端板，左端板的固定安装部设置在左端板支座上，中间框架的绝缘拉杆的左端与活动端板固连。由于绝缘拉杆的作用，活动端板与右端板配合通过两夹持装置夹持定位阀组。当阀段内部因为刚性连接而产生内应力或者是在阀组内部各零部件或绝缘拉杆出现因热胀冷缩导致产生应力时，由活动端板在应力驱动下沿左右方向在左端板支座上进行微调移动，保证阀段整体在左右方向上的系统应力的自我调节，有效消除传统阀段内部刚性连接产生的内应力及零件因热胀冷缩变形而产生的内应力，有效提高了压接式功率模块阀段压紧力的稳定性。
进一步地，通过燕尾槽导向结构实现活动端板与左端板支座的导向装配，不仅可实现对活动端板的稳定导向，还可以在前后及上下方向上实现对活动端板的有效定位。
进一步地，两夹持装置均为供外界加载机构施加作用力的顶压加载装置，这样就可以根据实际需要采用一端加载或两端同时加载，也可以根据实际需要进行一端卸载或两端同时卸载的操作，整个阀段操作更加灵活、方便。特别是在夹持变形较大的功率模块时，如果仅采用单侧加载的话，由于加载过程中功率模块的变形量较大，单侧加载的加载行程较长，操作较为不便，而采用两端加载的话，就可以有效减少单侧加载行程，减少顶压加载装置的体积。并且，两顶压加载装置中的至少一个顶压加载装置为弹性顶压加载装置，这样可以在加载过程中保证功率模块的安全。
进一步地，绝缘拉杆通过卡槽和压板的结构将绝缘拉杆与对应的端板本体固连在一起，省去通过螺栓联接将绝缘拉杆与端板本体固连，增加系统可靠性。
进一步地，通过绝缘支撑梁将右端板和左端板的左端板支座固定装配，可以提高阀段的整体强度。
进一步地，功率模块具体为IGBT子模块，通过在IGBT子模块两侧布置模块间绝缘挡块及在阀组两端和两夹持装置之间设置端部绝缘挡块，保证阀段中各IGBT子模块之间的电气独立。
附图说明
图1是本发明所提供的压接式功率模块阀段的一种实施例的结构示意图；
图2是图1中框架的结构示意图；
图3是图1中左侧夹持结构示意图；
图4是图3中A-A剖视图；
图5是图1中右侧夹持结构示意图；
图6是图5中B-B剖视图。
具体实施方式
如图1至图6所示，一种压接式功率模块阀段的实施例，该实施例中的功率模块阀段具体为IGBT阀段，该IGBT阀段包括沿左右方向延伸的中间框架100和设置在中间框架100左右两端的左端板200和右端板300，两端板上设有用于配合使用以在左右方向上夹持定位由串列布置的多个IGBT子模块形成的阀组的两夹持装置，阀组包括沿左右方向依次相间布置的IGBT子模块19和模块间绝缘挡块20，阀组左右两端和两夹持装置之间分别设有端部绝缘挡块18，端部绝缘挡块18的朝向阀组的一侧面为顶压平面、朝向对应夹持装置的一端设有用于与对应夹持装置的顶压夹持部吻合插接卡装的定位卡槽。
本实施例中，如图2所示，中间框架100包括左端板200和右端板300，左右端板上分别设有用于将阀段固定在安装基体上的固定安装部，此处的固定安装部均为螺栓安装孔。
如图2至图4所示，左端板200包括左端板支座2及沿左右方向导向可移动的装配在左端板支座2上的活动端板5，左端板上的所述固定安装部对应设置在左端板支座2上，且活动端板5通过设置在活动端板5和左端板支座2之间的沿左右方向延伸的燕尾槽导向结构导向可移动的装配在所述左端板支座2上。如图2、图5及图6所示，右端板300则包括右端板支座3和通过螺栓联接结构固设在右端板支座3上的固定端板6，右端板300的固定安装部设置在右端板支座3上。
中间框架100的绝缘拉杆7的两端分别与左端板和右端板固连，具体来说，绝缘拉杆7的左端与通过与活动端板5固连实现绝缘拉杆7与所述左端板的固连，而绝缘拉杆的右端通过与固定端板6固连以实现绝缘拉杆7与右端板的固连。
具体来说，固定端板6和活动端板5分别包括用于安装相应夹持装置的端板本体，所述绝缘拉杆7的两端分别与两端板本体固连，在端板本体的侧面上设有沿左右方向延伸的卡槽，所述绝缘拉杆7的相应端沿左右方向卡装在所述卡槽中，在端板本体上还可拆的固设有用于将绝缘拉杆7压装在对应卡槽中的压板8。
并且，本实施例中，为提高阀段的整体结构强度，使右端板的右端板支座3和左端板的左端板支座2通过沿左右方向延伸的绝缘支撑梁4固定装配在一起。
中间框架上的两个夹持装置中的其中一个设置在右端板上、另一个设置在所述活动端板上，右端板和活动端板分别包括用于安装相应夹持装置的端板本体，两夹持装置为对应安装在两端板本体上的供外界加载机构施加作用力的顶压加载装置，其中，设置在活动端板上的顶压加载装置为刚性顶压加载装置，而设置在右端板上的顶压加载装置具体为弹性顶压加载装置。
本实施例中，如图3、图4所示，刚性顶压加载装置设置在活动端板5的挡板本体上，刚性顶压加载装置具体包括轴向沿左右方向螺旋装配在活动端板5的挡板本体上的球形调整螺栓11，球形调整螺栓11的朝向阀组的一端为球头，球形调整螺栓11的球头顶压配合传动轴10，传动轴10沿左右方向滑动穿装在固设于活动端板5的端板本体上的导向套9中，传动轴10的朝向阀组的一端为用于向阀组施加刚性顶压作用力的刚性顶压端，在传动轴10的刚性顶压端固设有内侧压盘12，内侧压盘12与相对应侧的端部绝缘挡块18上的定位卡槽吻合嵌装。
本实施例中，如图5、图6所示，弹性顶压加载装置设置在固定端板6的端板本体上，弹性顶压加载装置包括沿左右方向导向移动装配在固定端板6的端板本体上的加载轴13，将加载轴13的朝向所述阀组的一端定义为内端，加载轴13上套装有外端顶压在加载轴上的碟簧14，在加载轴13上设有与碟簧对应顶压配合的挡止凸缘，碟簧14的内段为用于向阀组施加弹性顶压作用力的弹性顶压端，在加载轴13内端还同轴套装有挡圈15，加载轴13的内端面上固设有用于放置在碟簧14和挡圈15向内移动以脱出加载轴的挡板16，挡圈15的内端对应与相对应侧的端部绝缘挡块18上的定位卡槽吻合嵌装。并且，在加载轴13上还套装有布置在所述碟簧13外侧的用于在加载轴顶推碟簧13移动加载到位时将加载轴13固定在固定端板6的端板本体上的锁紧螺母17，此处的锁紧螺母17具体螺旋装配在加载轴上，在固定端板6的端板本体上用于穿装加载轴13的穿孔为阶梯面朝内的阶梯孔，锁紧螺母17的外端顶压在阶梯孔的朝内的阶梯面上。
本实施例中，可按照下述步骤组装阀段：
步骤1，将阀段的左端板支座2和右端板支座3固定在作为基体的操作平台上，并通过两端螺纹锁紧绝缘支撑梁4将左端板支座2和右端板支座3固定装配在一起。
步骤2，将固定端板6与右端板支座3通过螺栓锁紧固定；将活动端板5与左端板支座2通过燕尾槽结构卡装到位，将2根带金具端头的绝缘拉杆7分别卡装到固定端板6和活动端板5的端板本体的侧面上预设有的卡槽中，压板8通过螺栓锁紧在固定端板6和活动端板5的端板本体上。
步骤3 ，将导向套9固定到活动端板5内侧，导向套9内侧装入传动轴10，球头螺栓11通过螺纹旋进活动端板5内，球头螺栓11端部凹槽内设有一半圆形球头，该半圆形球头的端面与传动轴10端面配合，通过继续旋拧螺栓将传动轴10部分旋出导向装置9，插入阀段内侧压盘12的凹槽，与之配合接触。
步骤4 ，将加载轴13一侧分别套装碟簧14、挡圈15，并用挡块16固定上述零件，将加载轴13的另一侧旋拧锁紧螺母17，将上述组装好的弹性顶压加载装置卡套在固定端板6上。
步骤5，上述结构共同构成压接式IGBT阀段的中间框架100，中间框架100的结构如图2所示。
组装阀段：
步骤6 ，依次将端部绝缘挡块18、IGBT子模块19、模块间绝缘挡块20根据需要装配入中间框架1内。端部绝缘挡块18、IGBT子模块19、模块间绝缘挡块20通过内部轴向螺丝连接限位， IGBT子模块19通过散热器底部伸出的固定块卡嵌入绝缘支撑梁4定位。
步骤7，阀段左侧的刚性顶压加载装置依靠内侧压盘12卡嵌入左侧的端部绝缘挡块18限位，阀段右侧的弹性顶压加载装置依靠挡圈15卡嵌入右侧的端部绝缘挡块18限位。
阀段顶压：
步骤8 ，通过机械扳手旋拧球头螺栓11，对阀段一侧顶压，待工装正好卡入传动轴10旋出表面，停止顶压。
步骤9 ，阀段右侧，将液压工具的顶压端头卡套在固定端板6上，用液压工具给阀段顶压，液压工具的中心轴顶压加载轴13，使挡圈15限位碟簧14，碟簧14发生变形，待液压工具的仪表显示到所需压力时，停止顶压，用特制扳手锁紧加载轴上的锁紧螺母17，液压工具缓慢泄压，泄压结束后从固定端板6上移走工装，阀段安装结束。
步骤10 ，同理，阀段维护时，可以根据阀段在阀组件上的安装位置任意选择左、右侧阀段进行卸压。
本实施例中，功率模块为IGBT模块，在其他实施例中，功率模块也可以为晶闸管或者其他的全控功率模块。
本实施例中，在采用双向加压或双向卸压的方式装拆阀段，在其他实施例中，也可以通过单侧加压或单侧卸压的方式装拆阀端，此处功率模块最好为夹持后变形不大的晶闸管等功率模块。
本实施例中，活动端板通过燕尾槽导向结构导向移动装配在左端板支座上，在其他实施例中，活动端板也可以通过其他的导向装配结构导向移动的装配在左端板支座上。
本实施例中，两夹持装置中的其中一个为刚性顶压加载装置，另一个为弹性顶压加载装置，在其他实施例中，两夹持装置也可以为两个弹性顶压加载装置。
本实施例中，刚性顶压加载装置也可以采用现有技术常用的刚性的顶压装置，而弹性顶压加载装置也可以采用现有技术中阀段装配时所用的弹性顶压加载装置。
Claims (10)
1.压接式功率模块阀段，包括沿左右方向延伸的中间框架和设置在中间框架左右两端的左、右端板，两端板上设有用于配合使用以在左右方向上夹持定位由串列布置的至少两个功率模块所形成的阀组的两夹持装置，中间框架包括两端分别与左、右端板固连的绝缘拉杆，左、右端板上分别设有用于将阀段固定在安装基体上的固定安装部，其特征在于：所述的左端板包括用于与右端板固定装配的左端板支座及沿左右方向导向移动的装配在左端板支座上的活动端板，所述绝缘拉杆的左端通过与活动端板固连实现绝缘拉杆与所述左端板的固连，所述左端板上的固定安装部设置在所述左端板支座上，所述两夹持装置中的其中一个设置在右端板上、另一个设置在所述活动端板上。
2.根据权利要求1所述的压接式功率模块阀段，其特征在于：所述的活动端板通过设置在活动端板和左端板支座之间的沿左右方向延伸的燕尾槽导向结构导向可移动的装配在所述左端板支座上。
3.根据权利要求1或2所述的压接式功率模块阀段，其特征在于：所述的右端板和活动端板分别包括用于安装相应夹持装置的端板本体，两夹持装置为对应安装在两端板本体上的供外界加载机构施加作用力的顶压加载装置，两顶压加载装置分别具有用于顶压夹持所述阀组的相应端部的顶压夹持部，两顶压加载装置中至少一个顶压加载装置为弹性顶压加载装置。
4.根据权利要求3所述的压接式功率模块阀段，其特征在于：所述的弹性顶压加载装置包括沿左右方向导向移动装配在对应端板本体上的加载轴，将加载轴的朝向所述阀组的一端定义为内端，加载轴上套装有外端顶压在加载轴上的碟簧，碟簧具有用于向阀组施加弹性顶压作用力的弹性顶压端，加载轴上还套装有布置在所述碟簧外侧的用于在加载轴顶推碟簧移动加载到位时将加载轴固定在相应端板本体上的锁紧螺母。
5.根据权利要求4所述的压接式功率模块阀段，其特征在于：所述两顶压加载装置中的一个为所述弹性顶压加载装置、另一个为刚性顶压加载装置，刚性顶压加载装置包括轴向沿左右方向螺旋装配在对应端板本体上的球形调整螺栓，球形调整螺栓的朝向阀组的一端顶压配合传动轴，传动轴沿左右方向滑动穿装在固设于对应端板本体上的导向套中，传动轴的朝向阀组的一端为用于向阀组施加刚性顶压作用力的刚性顶压端。
6.根据权利要求1或2所述的压接式功率模块阀段，其特征在于：所述的右端板包括右端板支座和通过螺栓联接结构固设在右端板支座上的固定端板，右端板的固定安装部设置在右端板支座上，绝缘拉杆的右端通过与固定端板固连以实现绝缘拉杆与右端板的固连。
7.根据权利要求1或2所述的压接式功率模块阀段，其特征在于：所述的右端板和活动端板分别包括用于安装相应夹持装置的端板本体，所述绝缘拉杆的两端分别与两端板本体固连，在端板本体的侧面上设有沿左右方向延伸的卡槽，所述绝缘拉杆的相应端沿左右方向卡装在所述卡槽中，在端板本体上还可拆的固设有用于将绝缘拉杆压装在所述卡槽中的压板。
8.根据权利要求7所述的压接式功率模块阀段，其特征在于：所述的右端板和左端板的左端板支座通过沿左右方向延伸的绝缘支撑梁固定装配在一起。
9.根据权利要求3所述的压接式功率模块阀段，其特征在于：所述的功率模块为IGBT子模块，所述阀组包括沿左右方向依次相间布置的IGBT子模块和模块间绝缘挡块，阀组两端和两夹持装置之间分别设有端部绝缘挡块。
10.根据权利要求9所述的压接式功率模块阀段，其特征在于：所述的端部绝缘挡块的朝向阀组的一侧面为顶压平面、朝向对应夹持装置的一端设有用于与对应夹持装置的顶压夹持部吻合插接卡装的定位卡槽。
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