CN105390483A - 一种串联高压大功率晶闸管锁紧装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联高压大功率晶闸管锁紧装置及其安装方法，所述锁紧装置包括底座，所述底座上设有顶针，所述顶针上设有第一高压隔离块，所述第一高压隔离块上设有串联的高压大功率晶闸管组件，所述高压大功率晶闸管组件上设有第二高压隔离块，所述第二高压隔离块上设有导向顶针，所述导向顶针上套装有蝶形弹簧组件，所述蝶形弹簧组件上方设有压板，所述压板和所述底座通过螺纹连杆连接，所述螺纹拉杆上设有高压防护套管；所述安装方法实现所述锁紧装置的可靠安装；不仅解决了串联高压大功率晶闸管的持续锁紧力要求，同时能满足恶劣条件下正常工作和耐高压的要求，并且加工制造便捷，装配简单。

Description

一种串联高压大功率晶闸管锁紧装置及其安装方法

技术领域

本发明涉及高压大功率晶闸管的固定锁紧技术，具体涉及一种串联高压大功率晶闸管锁紧装置及其安装方法。

背景技术

随着晶闸管技术日新月异的发展，晶闸管已经更多的应用在高电压、大功率的电路中，越来越多可以承载高电压、大电流冲击的晶闸管被推向市场。但是现有的高压大功率的晶闸管体积也越来越大，考虑到晶闸管的通用性以及技术限制，单个晶闸管的耐高电压，耐电流冲击是有限的，如何应对较高的电压和电流冲击，往往在设计时会采用多个晶闸管串联分压和多组晶闸管分流的方式，最终都需要把多个高压大功率的晶闸管串联起来承载很高的电压。大功率晶闸管的体积大，通过的电流也大，因此多个串联时晶闸管之间的接触面也大，接触面贴合紧密需要的压紧力非常大，同时还要耐高电压，对晶闸管锁紧装置就有很高的要求。

目前很多晶闸管的固定装置只能起固定小型晶闸管的作用，而没有预紧力，或者通过刚性接触固定，一般会采用两种结构形式；一种是采用铝制压板和绝缘缠绕带固定小型晶闸管，然而高压大功率晶闸管的固定采用铝制压板是不合适的，铝制压板随着面积的增加其变形越大，只有增加铝制压板的厚度来解决变形问题，但是整个装置就会变得蠢笨，其次绝缘缠绕带只能起到固定作用，容易产生塑性变形，只有很小甚至是没有预紧力的作用，针对本发明中的高压大功率晶闸管所需55kN的压紧力，显然绝缘缠绕带是无法满足的。另外一种是采用矩形钢板和两根螺杆利用刚性接触来压紧晶闸管，这种压紧力只能通过力矩扳手来控制，但是在压紧力非常大和震动非常剧烈的环境中，矩形钢板和螺杆会产生塑性变形，因而压紧力会急剧下降或丧失，在高电压、大功率的电路中极易造成晶闸管的损坏或者爆炸事件的发生。此方案无法克服高压大功率晶闸管在恶劣条件下压紧力急剧下降或丧失的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供能够持续提供足够压紧力，而且满足在剧烈震动和高电压的环境下正常工作，并且加工制造方便，装配简单的串联高压大功率晶闸管锁紧装置及其安装方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

该种串联高压大功率晶闸管锁紧装置，包括底座，所述底座上设有顶针，所述顶针上设有第一高压隔离块，所述第一高压隔离块上设有串联的高压大功率晶闸管组件，所述高压大功率晶闸管组件上设有第二高压隔离块，所述第二高压隔离块上设有导向顶针，所述导向顶针上套装有蝶形弹簧组件，所述蝶形弹簧组件上方设有压板，所述压板和所述底座通过螺纹连杆连接，所述螺纹拉杆上设有高压防护套管。

所述顶针底端设有和所述底座中部所设定位孔配合的定位销。

所述第一高压隔离块下端为圆柱筒，所述圆柱筒套在所述顶针顶端平面上，所述第一高压隔离块下端端部压紧在所述底座上。

所述高压大功率晶闸管组件由位于上下两端上的引出端子及设于上下两端引出端子之间依次串联的高压大功率晶闸管构成；下端引出端子通过定位芯棒安装在第一高压隔离块上端平面上，上端引出端子通过定位芯棒安装在第二高压隔离块的下端平面上。

所述第二高压隔离块上端为套筒，所述导向顶针放置在所述套筒内，所述导向顶针底端端面和套筒压紧接触。

所述导向顶针上设有套装所述碟形弹簧组件的安装台阶；所述导向顶针顶端设有和所述压板中部所设安装孔配合的定位柱。

所述底座两端上设有安装所述螺纹拉杆的拉杆安装孔，所述压板两端设有和所述螺纹拉杆连接的拉杆连接孔，所述螺纹拉杆的螺纹端穿出拉杆连接孔后和锁紧螺母连接。

所述底座上设有锁紧装置安装孔。

所述第一高压隔离块上端及第二高压隔离块下端设有环形凹槽；所述第一高压隔离块及第二高压隔离块表面设有爬电凹槽。

该种串联高压大功率晶闸管锁紧装置的安装方法，具体过程为：

螺纹拉杆装在底座上后，将装配好螺纹拉杆的底座置于水平工作台上；将顶针装在底座上，将第一高压隔离块的圆柱筒套在顶针的上平面上，圆柱筒下端端面和底座接触；将下端引出端子放在第一高压隔离块上，在下端引出端子和第一高压隔离块上插上定位芯棒，在定位芯棒上放置依次串联的高压大功率晶闸管；在高压大功率晶闸管上端放置上端引出端子，第二高压隔离块放在上端引出端子上；在第二高压隔离块上放置导向顶针，在导向顶针上套装蝶形弹簧组件，蝶形弹簧组件的碟形口向上；螺纹拉杆上套装高压防护套管，在蝶形弹簧组件上方放置压板，导向顶针上的定位柱插入压板上的安装孔内，套上高压防护套管的螺纹拉杆从压板上的拉杆连接孔穿出，在螺纹拉杆穿出压板的一端上安装锁紧螺母，完成安装。

本发明的优点在于：该种串联高压大功率晶闸管锁紧装置及其安装方法，通过选用合适的主体结构形式和材料，保持恒定压紧力的方式和压紧结构的设计及装配工艺的控制；不仅解决了串联高压大功率晶闸管的持续锁紧力要求，同时能满足恶劣条件下正常工作和耐高压的要求，并且加工制造便捷，装配简单。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明串联高压大功率晶闸管锁紧装置的结构示意图。

图2为图1串联高压大功率晶闸管锁紧装置的截面示意图。

上述图中的标记均为：

1、底座；2、顶针；3、第一高压隔离块；4、引出端子；5、定位芯棒；6、高压大功率晶闸管；7、导向顶针；8、碟形弹簧组件；9、压板；10、螺纹拉杆；11、锁紧螺母；12、高压防护套管；13、第二高压隔离块，14、定位销，15、定位柱，16、环形凹槽，17、爬电凹槽，18、锁紧装置安装孔。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1及图2所示，该种串联高压大功率晶闸管锁紧装置，包括底座1，底座1为上端面和下端面平行的平板，底座1上设有顶针2，顶针2上设有第一高压隔离块3，第一高压隔离块3上设有串联的高压大功率晶闸管组件，高压大功率晶闸管组件上设有第二高压隔离块13，第二高压隔离块13上设有导向顶针7，导向顶针7上套装有蝶形弹簧组件8，蝶形弹簧组件8上方设有压板9，压板9和底座1通过螺纹连杆10连接，螺纹连杆10上套装有高压防护套管12，高压防护套管12用于螺纹拉杆10的隔离。

该锁紧装置自底向上，依次累积装配完成，先装底座1和螺纹连杆10，然后依次是顶针2、第一高压隔离块3、下端引出端子、高压大功率晶闸管6、上端引出端子、第二高压隔离块13、导向顶针7、碟形弹簧组件、高压防护套管12和压板9，最后用紧固件和力矩扳手紧固到满足压紧力的要求；不仅解决了串联高压大功率晶闸管6的持续锁紧力要求，同时能满足恶劣条件下正常工作和耐高压的要求，并且加工制造便捷，装配简单。

顶针2底端设有和底座1中部所设定位孔配合的定位销14；定位销14和定位孔的配合，不仅使得装配简单，且顶针2和底座1的装配可靠，整个锁紧装置的可靠性好。

第一高压隔离块3下端为圆柱筒，圆柱筒套在顶针2顶端平面上，第一高压隔离块3下端端部压紧在底座1上，即圆柱筒下端端面和底座1压紧接触；底座1为圆柱筒提供可靠的定位支撑作用。

高压大功率晶闸管组件由位于上下两端上的引出端子4及设于上下两端引出端子4之间依次串联的高压大功率晶闸管6构成；下端引出端子通过定位芯棒5安装在第一高压隔离块3上端平面上，上端引出端子通过定位芯棒5安装在第二高压隔离块13的下端平面上。依次串联的高压大功率晶闸管6的数目能够根据实际需要调整，本发明以7个为例，高压大功率晶闸管6根据电路要求选择正向还是反向装配，高压大功率晶闸管6之间通过定位芯棒5固定。

第二高压隔离块13上端为套筒，导向顶针7放置在套筒内，导向顶针7底端端面和套筒压紧接触；第二高压隔离块13上端的套筒方便导向顶针7的安装，且利于空间布置，以提高整个锁紧装置的结构可靠性。

导向顶针7上设有套装碟形弹簧组件的安装台阶；导向顶针7顶端设有和压板9中部所设安装孔配合的定位柱15；蝶形弹簧组件8由多个蝶形弹簧8叠合构成，叠合时每个蝶形弹簧8的蝶形口向上。采用多个碟形弹簧叠合的组合方式好处是当其中一些碟形弹簧损坏时，只需个别更换，便于维修，成本较低，而且使用过程中压紧力不会骤降，不会导致晶闸管的损坏，适当旋紧压板9依然可以保持足够的压紧力。安装台阶便于蝶形弹簧组件8的安装。定位柱15和安装孔的配合，既便于压板9安装，同时也能够提高结构的可靠性。

底座1两端上设有安装螺纹连杆10的拉杆安装孔，螺纹连杆10和底座1固定连接，压板9两端设有和螺纹连杆10连接的拉杆连接孔，螺纹连杆10的螺纹端穿出拉杆连接孔后和锁紧螺母11连接；螺纹连杆10和锁紧螺母11配合将底座1和压板9连接起来，以实现整个锁紧装置的锁紧。

底座1上设有锁紧装置安装孔18；锁紧装置安装孔18便于整个锁紧装置的安装。

第一高压隔离块3上端及第二高压隔离块13下端设有环形凹槽16，环形凹槽16数目根据实际需要调整，本发明中为两个；第一高压隔离块3及第二高压隔离块13表面设有爬电凹槽17。第一高压隔离块3及第二高压隔离块13为满足耐高压要求的隔离垫块，二者结构相同，安装方向相反，爬电凹槽17为均布在第一高压隔离块3及第二高压隔离块13表面上相交叉的凹槽，爬电凹槽17为避免爬电现象而设计的结构。

该种串联高压大功率晶闸管锁紧装置的安装方法，具体过程为：

螺纹连杆10固定在底座1上的拉杆安装孔上后，将装配好螺纹连杆10的底座1置于水平工作台上；将顶针2的定位销14插入底座1上的定位孔内，顶针2安装在底座1上，将第一高压隔离块3的圆柱筒套在顶针2的上平面上，圆柱筒下端置于底座1上，圆柱筒下端端面和底座1压紧接触；将下端引出端子放在第一高压隔离块3上，调整位置后，在下端引出端子和第一高压隔离块3上插上定位芯棒5，在定位芯棒5上放置依次串联的高压大功率晶闸管6；在高压大功率晶闸管6上端放置上端引出端子，调整位置后，在上端引出端子和高压大功率晶闸管6上插入定位芯棒5，第二高压隔离块13放在上端引出端子的定位芯棒5上；在第二高压隔离块13的套筒内放置导向顶针7，在导向顶针7上套装蝶形弹簧组件8，蝶形弹簧组件8的碟形口向上；螺纹连杆10上套装上高压防护套管12，在蝶形弹簧组件8上方放置压板9，导向顶针7上的定位柱15插入压板9上的安装孔内，套上高压防护套管12的螺纹连杆10从压板9上的拉杆连接孔穿出，在螺纹连杆10穿出压板9的一端上安装锁紧螺母11，完成安装。

针对串联高压大功率晶闸管锁紧装置的特点，本发明注重以下方面的选择：一是锁紧装置主体结构的形式和材料选用，二是保持恒定压紧力的方式和压紧结构的设计，三是装配工艺。解决锁紧装置主体结构的形式和材料选用主要是材料的选择和结构形式相结合产生的强度应该满足锁紧装置的压紧力要求，选择的材料既要有刚度，又不易被磁化；解决保持恒定压紧力的方式和压紧结构的设计主要是选择合适的器件，设计好压紧部分的结构形式确保该锁紧装置能够持续产生强大的压紧力，以达到安装完成后持续保持恒定的压紧力；解决装配工艺主要是选择合适的装配顺序，合理的装配方法等来达到最佳的状态。

具体地，底座1、螺纹连杆10、顶针2、第一高压隔离块3、第二高压隔离块13、导向顶针7、高压防护套管12及压板9均采用无磁不锈钢材料，主要为无磁不锈钢钢板和圆钢，既能满足刚度的要求，又不易被磁化，应用在高压高频的电路中不会产生电磁场而干扰电路，结构形式采用螺纹连杆10、底座1和压板9组合，不仅可以保证足够的强度，而且结构稳定。

采用碟形弹簧组件，利用其弹性变形可以提供持续的、恒定的压紧力，而且其刚性较强，在额定的载荷之内不会出现塑性变形。设计的压紧结构考虑到高压晶闸管两端顶针2与底座1及导向顶针7和压板9接触面不易太大，否则可能会导致晶闸管接触面受力不均匀，理想状态是顶针2及导向顶针7采用圆锥状的，但是这种形式不便于装配，且顶针2和底座1及导向顶针7与压板9接触面积太小，压力过大，肯定会导致底座1和压板9需要满足足够的刚度而增加材料厚度。所以本发明在设计时选择适当增加顶针2与底座1、导向顶针7和压板9的接触面，极大地减小底座1和压板9的厚度，采用小规格的多个碟形弹簧叠合的组合方式，这种碟形弹簧的组合形式的好处是当其中一些碟形弹簧损坏时，只需个别更换，便于维修，成本较低，而且使用过程中压紧力不会骤降，不会导致高压晶闸管的损坏，适当旋紧压板9依然可以保持足够的压紧力。本方案为满足55kN的压紧力选择的碟形弹簧的规格为φ50×φ25.4×3，压缩行程1.1mm，设计使用压缩量为50％，单个碟形弹簧可提供8.2kN，采用7个碟形弹簧叠合而成，合计57.4kN，满足本方案的要求，同时上限使用压缩量为75％，单个碟形弹簧可提供12kN，叠合7个合计84kN，预留的余量保证即使损坏七个中的任意2个对本方案的锁紧装置都没有影响。

顶针2和导向顶针7采用便于装配的锥形结构，适当增加顶针2与底座1、导向顶针7和压板9的接触面，极大地减小底座1和压板9的厚度，采用多个碟形弹簧叠合的组合方式，蝶形弹簧组件8配合顶针及导向顶针7的结构，锁紧装置结构可靠，稳定性好。

锁紧装置的装配自底向上，依次累积装配完成，先装底座1和螺纹连杆10，然后依次是顶针2、第一高压隔离块3、下端引出端子、高压晶闸管6、上端引出端子、第二高压隔离块13、导向顶针7、碟形弹簧、高压防护套管12和压板9，最后用紧固件和力矩扳手紧固到满足压紧力的要求。其一，顶针采用无磁不锈钢制造成型，导向顶针7设有安装台阶，构成碟形弹簧组件的导向芯柱；其二，第一高压隔离块3和第二高压隔离块13既要满足耐高电压的要求，同时要避免爬电现象，因而其表面设有很多爬电槽；其三，高压晶闸管是有方向性的，根据电路要求选择正向还是反向装配；其四，碟形弹簧叠合后装配需要注意方向，碟形弹簧的碟形口均呈向上状，装配方向反了会影响到锁紧装置的可靠性。

该种串联高压大功率晶闸管锁紧装置，不仅解决了串联高压大功率晶闸管的持续锁紧力要求，同时能满足恶劣条件下正常工作和耐高压的要求，并且加工制造便捷，装配简单。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种串联高压大功率晶闸管锁紧装置，其特征在于：包括底座，所述底座上设有顶针，所述顶针上设有第一高压隔离块，所述第一高压隔离块上设有串联的高压大功率晶闸管组件，所述高压大功率晶闸管组件上设有第二高压隔离块，所述第二高压隔离块上设有导向顶针，所述导向顶针上套装有蝶形弹簧组件，所述蝶形弹簧组件上方设有压板，所述压板和所述底座通过螺纹连杆连接，所述螺纹拉杆上设有高压防护套管。

2.如权利要求1所述的串联高压大功率晶闸管锁紧装置，其特征在于：所述顶针底端设有和所述底座中部所设定位孔配合的定位销。

3.如权利要求1所述的串联高压大功率晶闸管锁紧装置，其特征在于：所述第一高压隔离块下端为圆柱筒，所述圆柱筒套在所述顶针顶端平面上，所述第一高压隔离块下端端部悬空与所述底座保持一定距离。

4.如权利要求1所述的串联高压大功率晶闸管锁紧装置，其特征在于：所述高压大功率晶闸管组件由位于上下两端上的引出端子及设于上下两端引出端子之间依次串联的高压大功率晶闸管构成；下端引出端子通过定位芯棒安装在第一高压隔离块上端平面上，上端引出端子通过定位芯棒安装在第二高压隔离块的下端平面上。

5.如权利要求1所述的串联高压大功率晶闸管锁紧装置，其特征在于：所述第二高压隔离块上端为套筒，所述导向顶针放置在所述套筒内，所述导向顶针底端端面和套筒压紧接触。

6.如权利要求5所述的串联高压大功率晶闸管锁紧装置，其特征在于：所述导向顶针上设有套装所述碟形弹簧组件的安装台阶；所述导向顶针顶端设有和所述压板中部所设安装孔配合的定位柱。

7.如权利要求1所述的串联高压大功率晶闸管锁紧装置，其特征在于：所述底座两端上设有安装所述螺纹拉杆的拉杆安装孔，所述压板两端设有和所述螺纹拉杆连接的拉杆连接孔，所述螺纹拉杆的螺纹端穿出拉杆连接孔后和锁紧螺母连接。

8.如权利要求1所述的串联高压大功率晶闸管锁紧装置，其特征在于：所述底座上设有锁紧装置安装孔。

9.如权利要求1-8任一项所述的串联高压大功率晶闸管锁紧装置，其特征在于：所述第一高压隔离块上端及第二高压隔离块下端设有环形凹槽；所述第一高压隔离块及第二高压隔离块表面设有爬电凹槽。

10.一种权利要求1-9任一项所述的串联高压大功率晶闸管锁紧装置的安装方法，其特征在于：具体过程为：

螺纹拉杆装在底座上后，将装配好螺纹拉杆的底座置于水平工作台上；将顶针装在底座上，将第一高压隔离块的圆柱筒套在顶针的上平面上，圆柱筒下端端面和底座接触；将下端引出端子放在第一高压隔离块上，在下端引出端子和第一高压隔离块上插上定位芯棒，在定位芯棒上放置依次串联的高压大功率晶闸管；在高压大功率晶闸管上端放置上端引出端子，第二高压隔离块放在上端引出端子上；在第二高压隔离块上放置导向顶针，在导向顶针上套装蝶形弹簧组件，蝶形弹簧组件的碟形口向上；在螺纹拉杆上套装高压防护套管，在蝶形弹簧组件上方放置压板，导向顶针上的定位柱插入压板上的安装孔内，套上高压防护套管的螺纹拉杆从压板上的拉杆连接孔穿出，在螺纹拉杆穿出压板的一端上安装锁紧螺母，完成安装。