CN105405839B - 一种方形压接式igbt压接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种方形压接式IGBT压接结构，IGBT驱动、驱动支撑架、压接式方形IGBT组成IGBT组件，多个IGBT组件与散热器间隔串联形成串联组件，串联组件两端分别与输出铜排相连接，串联组件两端分别通过顶压装置和弹性夹紧装置置于在前压力分散板和后压力分散板之间夹持固定，前压力分散板和后压力分散板通过绝缘拉杆连接固定在一起构成压接结构的支撑框架，压装结构简单，安装拆卸方便，IGBT受力均匀，且方便对单个或多个IGBT进行检测和试验，IGBT驱动带有外壳保护驱动板不受电磁干扰以及外部环境所带来的各种损害，延长其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统中大功率电力电子器件的装配方法及装置，具体涉及一种方形压接式IGBT压接结构。
背景技术
IGBT(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极晶体管)是一种全控型的电力电子器件。压接式IGBT与模块式IGBT相比，除具有无焊点、双边冷却、高可靠性、耐压高、通流大等优点外，在发生故障时失效形式为短路，在串联应用时并不会因为个别器件的失效而引起整个装置的运行中断，因此非常适合于电力系统的应用。然而，目前国内大量使用的仍是晶闸管的压接技术，对于IGBT串联压接技术并未涉及。
由于硅材料承受电压的限制，现有的IGBT器件的最高电压为6500V左右，而高达几十甚至上百kV电压应用的装置中，IGBT的应用多以串联形式使用，每个阀段需要串联多达几十只的IGBT器件。
国内现有的关于IGBT压装技术基本上都是单个IGBT模块。另外，目前市场上的IGBT驱动器为敞开式结构，即IGBT驱动器上的所有器件全部外露，没有外壳将这些器件与外界进行隔离。这种敞开式结构应用在高湿度、高粉尘、高腐蚀气体氛围等恶劣环境时，IGBT驱动器上的元件或者器件很容易出现加速老化而提前失效或者电气上出现短路现象。
现有的IGBT驱动器与驱动板或者IGBT连接都是通过焊接方式直接连接，在高振动的情况下使用，很容易造成焊点开裂缝并导致连接接触不良。从而给器件正常运行带来很大不确定的因素。
发明内容
本发明目的在于提供一种结构紧凑、受力均匀，安装检修方便的方形压接式IGBT压接结构。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种方形压接式IGBT压接结构，GBT驱动、驱动支撑架、压接式方形IGBT组成IGBT组件，多个IGBT组件与散热器间隔串联形成串联组件，串联组件两端分别与输出铜排相连接，串联组件两端分别通过顶压装置和弹性夹紧装置置于前压力分散板和后压力分散板之间夹持固定，前压力分散板和后压力分散板通过绝缘拉杆连接固定在一起构成压接结构的支撑框架。
进一步，所述支撑框架两侧分别连接有挡板，挡板由横梁和横梁连接板所组成，散热器两侧设有挂柱，散热器通过挂柱搭放在两侧的挡板上。
进一步，所述顶压装置由球头螺栓、衬套、压力销和平键组成；弹性夹紧装置由碟簧、压紧销组成；串联组件两端分别还设置有前垫块和后垫块，前垫块与位于衬套内的压力销相连接，后垫块与套有碟簧的压紧销相连接，衬套与碟簧位于前压力分散板和后压力分散板之间夹持固定。
进一步，所述前垫块与压力销相连处有凹槽，通过凹槽将前垫块和压力销同轴心放置，前垫块与铜排之间设置有顶丝，顶丝穿过铜排与前垫块的中心；后垫块与铜排及压紧销之间分别设有顶丝，顶丝穿过后垫块与压紧销的圆心。
进一步，所述压接式方形IGBT与IGBT驱动通过插口嵌入相连接，且压接式方形IGBT与散热器面相贴，通过尼龙销子固定压接式方形IGBT的位置。
进一步，所述压力销和压紧销分别与前压力分散板和后压力分散板之间设置有平键。
进一步，所述IGBT驱动固定在外壳内，其外壳与散热器通过驱动支撑架连接在一起。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1、本发明所应用的IGBT为方形器件，在压接过程中整体会发生较大的位移量，其他例如晶闸管的压接基本上位移量很小，所以其压接方式也就不适用于IGBT的压接。
2、本发明整体结构可以看做单个模块来使用，实现多模块构成更高电压等级或更大电流换流阀的基本模块单元。
3、本发明压装结构紧凑，设计合理，轴心位置控制简单、易于操作、便于维护，可减小现场维修工作量，提高对出现故障的元器件更换效率，节约成本。
进一步，本发明中对IGBT驱动进行了保护，驱动外壳固定在散热器上，驱动板和IGBT通过接口连接在一起，减小了相互之间的电磁干扰以及外部环境对驱动板带来的损害，延长其使用寿命。
进一步，本发明的压装结构简单，通过将挂柱搭放在两侧的挡板上确保在压接过程中散热器的中心在同一条直线上，使IGBT受力均匀，对散热器的大小无限制。
进一步，本发明中用尼龙销子对方形IGBT进行定位，使其在压接过程中不会发生偏移，与散热器始终保持一致，从而保证IGBT受力均匀。
进一步、横梁、横梁连接板以及端板固定板的连接方式，替代了现有的一个完整板子模式，避免固定死的板子受到作用力而造成损坏的现象。
进一步、碟形弹簧用来调整IGBT压装力的大小和方向，成本低廉、操作简单，维修方便，压装结构安全可靠、性能稳定。
附图说明
图1为IGBT压装结构的主视图；
图2为IGBT压装结构的左视图；
图3为IGBT压装结构的俯视图；
图4为IGBT压装结构的三维视图；
图5为IGBT驱动及其外壳；
图中：1-前压力分散板；2-后压力分散板；3-铜排；4-绝缘拉杆；5-衬套；6-压力销；7-前垫块；8-球头螺栓；9-后垫块；10-压紧销；11-碟簧；12-横梁；13-横梁连接板；14-端板连接板；15-IGBT驱动；16-驱动支撑架；17-压接式方形IGBT；18-散热器；19-挂柱；20-尼龙销子；21-螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细地描述。
本发明的IGBT压装结构，其主视图如图1所示，右视图如图2所示，俯视图如图3所示，三维视图如图4所示，IGBT驱动及其外壳如图5所示。
由IGBT驱动15、驱动支撑架16、压接式方形IGBT 17组成IGBT组件，压接式IGBT组件和散热器18相间串联在一起构成整个阀组，在阀组两端连接有输出铜排3，两侧输出铜排通过顶丝分别与前垫块7和后垫块9同心连接在一起，前垫块7和后垫块9分别与顶压装置和弹性夹紧装置连接，顶压装置由球头螺栓8、衬套5、压力销6以及平键构成，弹性夹紧装置由碟簧11、压紧销10组成；前压力分散板1和后压力分散板2由钢材料制成，其作用是对整个阀体进行固定，前压力分散板1和后压力分散板2通过绝缘拉杆4连接固定在一起构成整体框架，绝缘拉杆4通过螺栓21与前压力分散板1和后压力分散板2固定。
支撑框架两侧分别连接有挡板，挡板由横梁12和横梁连接板13所组成，横梁连接板13通过端板连接板14与后压力分散板2连接固定。散热器的18两个侧面连接有挂柱19，挂柱19搭放在横梁12之上。通过横梁12使散热器在压接过程中保持在同一直线上，不会发生倾斜，确保IGBT受力均匀。
所述前垫块7与压力销6相连处有凹槽，通过凹槽将前垫块7和压力销6同轴心放置，前垫块7与铜排之间设置有顶丝，顶丝穿过铜排3与前垫块7的中心；后垫块9与铜排及压紧销10之间分别设有顶丝，顶丝穿过后垫块9与压紧销10的圆心。
压接式方形IGBT 17与IGBT驱动15通过嵌入式连接在一起，IGBT驱动固定在外壳内，其外壳与散热器18通过驱动支撑架16连接在一起，且压接式方形IGBT 17与散热器18面相贴，压接式方形IGBT 17通过尼龙销子20定位固定在散热器18上，使压接式方形IGBT 17与散热器18在压接的过程中保持一致同步发生位移，不会出现偏移现象，确保所受压力均匀。
在顶压装置侧对球头螺栓8进行紧固，产生一定的压力，球头螺栓推进衬套5内的压力销6，从而使压力销发生位移，其位移量与力的大小成正比关系，当压力达到大于或等于预设值时，压力销前进了相对应的位移量，而这位移大小就是IGBT在压接过程中所发生的位移量。此时，夹在压紧销10与压力分散板2外侧之间的扳手会自动脱落，停止对球头螺栓8的紧固，从而达到压接效果。而扳手的厚度就是压紧销上碟簧的产生预设力大小时所发生的位移。IGBT压接过程发生总的位移就是压力销前进量和碟簧产生位移之和。
所述压力销6和压紧销10分别与前压力分散板1和后压力分散板2之间设置有平键。
本发明的压装结构紧凑，设计合理，轴心位置控制简单、易于操作、便于维护，能满足长期运行稳定性和可靠性要求、且成本低廉。对于IGBT驱动制作了外壳，避免了驱动器上的器件外露，外壳将这些器件与外界进行隔离。这种结构方式可以使应用在高湿度、高粉尘、高腐蚀气体氛围等恶劣环境下时，减缓IGBT驱动器上的元件或者器件出现加速老化而提前失效或者电气上出现短路现象。避免在高振动的情况使焊点开裂缝并导致连接接触不良。从而给器件正常运行带来很大不确定的因素。
本发明解提供了一种方形压接式IGBT压接结构，其结构紧凑、受力均匀，安装检修方便；驱动外壳避免了驱动器上元件的外露，可以使其在高湿度、高粉尘、高腐蚀气体氛围等恶劣环境下使用，减缓其老化或失效而引起的短路。
最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
Claims (4)
1.一种方形压接式IGBT压接结构，其特征在于：IGBT驱动(15)、驱动支撑架(16)、压接式方形IGBT(17)组成IGBT组件，多个IGBT组件与散热器(18)间隔串联形成串联组件，串联组件两端分别与输出铜排(3)相连接，串联组件两端分别通过顶压装置和弹性夹紧装置置于前压力分散板(1)和后压力分散板(2)之间夹持固定，前压力分散板(1)和后压力分散板(2)通过绝缘拉杆连接固定在一起构成压接结构的支撑框架；
所述顶压装置由球头螺栓(8)、衬套(5)、压力销(6)和平键组成；弹性夹紧装置由碟簧(11)、压紧销(10)组成；串联组件两端分别还设置有前垫块(7)和后垫块(9)，前垫块(7)与位于衬套(5)内的压力销(6)相连接，后垫块(9)与套有碟簧(11)的压紧销(10)相连接，衬套(5)与碟簧(11)位于前压力分散板(1)和后压力分散板(2)之间夹持固定；
所述支撑框架两侧分别连接有挡板，挡板由横梁(12)和横梁连接板(13)所组成，散热器(18)两侧设有挂柱(19)，散热器(18)通过挂柱(19)搭放在两侧的挡板上；
所述IGBT驱动(15)固定在外壳内，其外壳与散热器(18)通过驱动支撑架(16)连接在一起。
2.根据权利要求1所述的方形压接式IGBT压接结构，其特征在于：所述前垫块(7)与压力销(6)相连处有凹槽，通过凹槽将前垫块(7)和压力销(6)同轴心放置，前垫块(7)与铜排之间设置有顶丝，顶丝穿过铜排(3)与前垫块(7)的中心；后垫块(9)与铜排及压紧销(10)之间分别设有顶丝，顶丝穿过后垫块(9)与压紧销(10)的圆心。
3.根据权利要求2所述的方形压接式IGBT压接结构，其特征在于：所述压接式方形IGBT(17)与IGBT驱动(15)通过插口嵌入相连接，且压接式方形IGBT(17)与散热器(18)面相贴，通过尼龙销子(20)固定压接式方形IGBT(17)的位置。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方形压接式IGBT压接结构，其特征在于：压力销(6)和压紧销(10)分别与前压力分散板(1)和后压力分散板(2)之间设置有平键。
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