CN111508743B - 一种基于换流回路的一体化叠层母排机构 - Google Patents

一种基于换流回路的一体化叠层母排机构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于换流回路的一体化叠层母排机构。该一体化叠层母排机构包括：叠层母排结构、IGBT压装结构、二极管压装结构和电容器组；叠层母排结构的二极管阳极板和二极管阴极板所在的平面与叠层母排平行；第一二极管的阳极与二极管阳极板连接，第一二极管的阴极与二极管阴极板连接；IGBT压装结构中第一IGBT和第二IGBT的C极连接至二极管阳极板；第一IGBT和第二IGBT的E极连接叠层母排；二极管压装结构的第一二极管组和第二二极管组阴极相对且镜像分布；第三二极管和第五二极管的阳极均连接至叠层母排，第二二极管和第四二极管的阴极均连接至二极管阳极板；电容器组的两个电容器和电容器均连接至叠层母排。本发明可以提高空间利用率。

Description

一种基于换流回路的一体化叠层母排机构
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种基于换流回路的一体化叠层母排机构。
背景技术
断路器是柔性直流输电系统中分断短路电流的核心部件，其由转移支路、主支路和能量吸收支路共3条支路并联组成。其中的转移支路由多级二极管桥模块串联构成，用于短时承载和分断直流系统故障电流。
断路器接收到系统分断信号或达到过电流保护阀值时，上述的主支路闭锁，主支路的电容产生电压差，强迫电流换流至转移支路。主支路电流全部换流至转移支路后，快速机械开关分断，之后转移支路闭锁，电流给转移支路的电容器充电，使得断路器两端电压迅速增大。分断电压达到避雷器动作水平后，故障电流向避雷器转移，避雷器吸收系统故障电流，直至电流过零。
一体化叠层母排机构应用于混合式直流断路器内部的转移支路中，是指将换流回路中的IGBT压装结构、二极管压装结构和焊接型二极管、电容器组等用叠层母排连接在一起的结构。目前的一体化叠层母排结构中由于二极管数量不是偶数，整个二极管压装设计结构不对称，压接结构有空余空间，空间利用率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于换流回路的一体化叠层母排机构，以提高空间利用率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于换流回路的一体化叠层母排机构，包括：叠层母排结构、IGBT压装结构、二极管压装结构和电容器组；
所述叠层母排结构包括叠层母排、二极管阳极板、二极管阴极板和第一二极管；所述二极管阳极板和所述二极管阴极板位于同一平面，所述二极管阳极板和所述二极管阴极板所在的平面与所述叠层母排平行；所述第一二极管的阳极与所述二极管阳极板的第二端连接，所述第一二极管的阴极与所述二极管阴极板的第一端连接；
所述IGBT压装结构包括第一IGBT和第二IGBT，所述第一IGBT和所述IGBT水平分布；所述第一IGBT的C极和所述第二IGBT的C极连接至所述二极管阳极板的第一端；所述第一IGBT的E极和所述第二IGBT的E极连接所述叠层母排的第一端；
所述二极管压装结构包括第一二极管组和第二二极管组；所述第一二极管组包括第二二极管和第三二极管，所述第二二极管和所述第三二极管同向排列；所述第二二极管组包括第四二极管和第五二极管，所述第四二极管和所述第五二极管同向排列；所述第一二极管组和所述第二二极管组阴极相对且镜像分布；所述第三二极管的阳极和所述第五二极管的阳极均连接至所述叠层母排，所述第二二极管的阴极和所述第四二极管的阴极均连接至所述二极管阳极板；
所述电容器组包括第一电容器和第二电容器，所述第一电容器和所述第二电容器均连接至所述叠层母排的第二端。
可选的，所述叠层母排结构还包括：第一绝缘板和第二绝缘板；
所述第一绝缘板固定于所述叠层母排与所述二极管阳极板之间，所述第二绝缘板固定于所述叠层母排与所述二极管阴极板之间。
可选的，所述IGBT压装结构还包括：第一压接金属块和第二压接金属块；
所述第一IGBT的C极和所述第二IGBT的C极通过所述第一压接金属块压接，所述第一压接金属块与所述二极管阳极板的第一端连接；
所述第一IGBT的E极和所述第二IGBT的E极通过所述第二压接金属块压接，所述第二压接金属块与所述叠层母排的第一端连接。
可选的，所述二极管压装结构还包括第三压接金属块、第四压接金属块、第五压接金属块和第六压接金属块；所述第二二极管和所述第三二极管水平排布，所述第四二极管和所述第五二极管水平排布；
所述第二二极管的阳极与所述第三压接金属块电气连接，所述第三二极管的阴极与所述第三压接金属块电气连接；
第四二极管的阳极与所述第四压接金属块电气连接，所述第五二极管的阴极与所述第四压接金属块电气连接；
所述第二二极管的阴极和所述第四二极管的阴极连接至所述第五压接金属块；所述第五压接金属块连接至所述二极管阳极板；
所述第三二极管的阳极和所述第五二极管的阳极连接至所述第六压接金属块；所述第六压接金属块连接至所述叠层母排。
可选的，所述叠层母排上布设第一通孔，所述二极管阳极板上布设第二通孔，所述第一绝缘板上布设第三通孔和第四通孔；
所述第一绝缘板上的第三通孔的外围向所述叠层母排方向突起，所述第二二极管的阴极穿过所述第一通孔和所述第三通孔通过所述第五压接金属块连接至所述二极管阳极板，所述第三通孔外围的突起用于将所述第二二极管与所述叠层母排之间绝缘；所述第四二极管的阴极和所述第二二极管的阴极在竖直方向镜像布设；
所述第一绝缘板上的第四通孔的外围向所述二极管阳极板方向突起，所述第五二极管的阳极穿过所述第二通孔和所述第四通孔通过第六压接金属块连接至所述叠层母排，所述第四通孔外围的凸起用于将所述第五二极管与所述二极管阳极板之间绝缘；所述第五二极管的阳极和所述第三二极管的阳极在竖直方向镜像布设。
可选的，所述电容器组还包括：绝缘支撑板；
所述第一电容器的第一端和所述第二电容器的第一端均连接至所述叠层母排的第二端；所述第一电容器的第二端和所述第二电容器的第二端均连接至所述绝缘支撑板上。
可选的，所述第一电容器和所述第二电容器均为圆筒型电容器。
可选的，所述二极管阳极板为焊接型二极管阳极板，所述二极管阴极板为焊接型二极管阴极板。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供基于换流回路的一体化叠层母排机构，节省了整体空间结构。具体地，由于第一二极管在空间上与第一二极管组和第二二极管组保持距离，且采用焊接形式，没有破坏叠层母排整体形状，所以省去了复杂的转接母排，减小了二极管桥母排的面积，节省了整体空间结构。并且降低了二极管桥的回路杂散电感。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于换流回路的一体化叠层母排机构的电气拓扑图；
图2是本发明基于换流回路的一体化叠层母排机构的整体结构示意图；
图3是本发明基于换流回路的一体化叠层母排机构的俯视方向结构示意图；
图4是本发明基于换流回路的一体化叠层母排机构的仰视方向结构示意图；
图5是本发明叠层母排的结构示意图；
图6是本发明二极管阳极板和二极管阴极板的结构示意图；
图7是本发明第一绝缘板和第二绝缘板的结构示意图。
图中标号名称：
图2中，301-IGBT压装结构，302-二极管压装结构，303-叠层母排结构，304-电容器组；
图3中，1-第二压接金属块，2-叠层母排，3-第五压接金属块，4-第三压接金属块，5-第一电容器，6-第二圆筒电容器，7-第一IGBT，8-第二IGBT，9-第二二极管，10-第三二极管。
图4中，11-第一压接金属块，12-二极管阳极板，13-第六压接金属块，14-第四压接金属块，15-二极管阴极板，16-第一绝缘板，17-第五二极管，18-第四二极管，19-第一二极管，20-第二绝缘板，21-绝缘支撑板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明基于换流回路的一体化叠层母排机构的电气拓扑图，图2是本发明基于换流回路的一体化叠层母排机构的整体结构示意图。如图1-图2所示，本发明基于换流回路的一体化叠层母排机构包括：叠层母排结构303、IGBT压装结构301、二极管压装结构302和电容器组304，所述IGBT压装结构301、所述二极管压装结构302和所述电容器组304通过叠层母排结构303连接。
图3是本发明基于换流回路的一体化叠层母排机构的俯视方向结构示意图，图4是本发明基于换流回路的一体化叠层母排机构的仰视方向结构示意图。如图3-图4所示，所述IGBT压装结构301一次压接2只并联的IGBT，分别为第一IGBT7和第二IGBT8，两只IGBT水平分布。所述第一IGBT7的C极和所述第二IGBT8的C极通过第一压接金属块11连接，所述第一IGBT7的E极和所述第二IGBT8的E极通过第二压接金属块1连接。
所述二极管压装结构302一次压接4只二极管，所述4只二极管分别为第二二极管9、第三二极管10、第四二极管18和第五二极管17，所述第二二极管9和所述第三二极管10水平排布，所述第四二极管18和所述第五二极管17水平排布，所述第四二极管18和所述第二二极管9在竖直方向镜像布设，所述第五二极管17和所述第三二极管10在竖直方向镜像布设。其中第二二极管9和第三二极管10为一组，形成第一二极管组；第四二极管18和第五二极管17一组，形成第二二极管组，共两组二极管组。同一组二极管组中的两只二极管同向排列，不同组中的二极管阴极相对，两组二极管组呈镜像分布。
所述二极管压装结构302还包括：第三压接金属块4、第四压接金属块14、第五压接金属块3和第六压接金属块13。所述第二二极管9的阳极与所述第三压接金属块4电气连接，所述第三二极管10的阴极与所述第三压接金属块4电气连接，即第三压接金属块4连接了第二二极管9的阳极和第三二极管10的阴极。第四二极管18的阳极与所述第四压接金属块14电气连接，所述第五二极管17的阴极与所述第四压接金属块14电气连接，即第四压接金属块14连接了第四二极管18的阳极和第五二极管17的阴极。所述第二二极管9的阴极和所述第四二极管18的阴极连接至所述第五压接金属块3，即第五压接金属块3连接了第四二极管18和第二二极管9的阴极。所述第三二极管10的阳极和所述第五二极管17的阳极连接至所述第六压接金属块13，即第六压接金属块13连接了第五二极管17和第三二极管10的阳极。
所述电容器组304由2只并联的电容器组成，所述2只并联电容分别为第一电容器5和第二电容器6。所述第一电容器5和所述第二电容器6均为圆筒型电容器。电容器组304还包括绝缘支撑板21，绝缘支撑板21整体形状为长条形结构，其中有孔，用于与电容器层端螺栓连接。具体的，绝缘支撑板21固定于所述第一电容器5和所述第二圆筒电容器6的尾端，位于整体结构右侧。
叠层母排结构303包括：叠层母排2、二极管阳极板12、二极管阴极板15和第一二极管19。所述二极管阳极板12和所述二极管阴极板15位于同一平面，所述二极管阳极板12和所述二极管阴极板15所在的平面与所述叠层母排2平行；所述第一二极管12的阳极与所述二极管阳极板12的第二端电气连接，所述第一二极管12的阴极与所述二极管阴极板15的第一端电气连接。所述叠层母排结构303还包括：第一绝缘板16和第二绝缘板20；所述第一绝缘板16固定于所述叠层母排2与所述二极管阳极板12之间，所述第二绝缘板20固定于所述叠层母排2与所述二极管阴极板15之间。
图5是本发明叠层母排的结构示意图，如图5所示，所述叠层母排2为长方形结构，叠层母排2的第一连接端A经第二压接金属块1与第一IGBT7和第二IGBT8的E极连接。叠层母排2的第二连接端C与第一电容器5和第二圆筒电容器6相连接。所述叠层母排2上布设第一通孔B，第二二极管9穿过所述第一通孔与二极管阳极板12电气连接。
图6是本发明二极管阳极板和二极管阴极板的结构示意图，如图6所示，所述二极管阳极板12和二极管阴极板15均为长方形结构，所述二极管阳极板12为焊接型二极管阳极板，所述二极管阴极板15为焊接型二极管阴极板。二极管阳极板12的连接端A经第一压接金属块11与第一IGBT7的C极和第二IGBT8的C极连接，二极管阴极板15的连接端C与第一电容器5和第二电容器6相连接。所述二极管阳极板12上布设第二通孔B，所述第五二极管17的阳极穿过所述第二通孔连接至所述叠层母排2。
图7是本发明第一绝缘板和第二绝缘板的结构示意图。所述第一绝缘板用于叠层母排2和二极管阳极板12之间绝缘，第二绝缘板用于叠层母排2和二极管阴极板15之间绝缘。所述第一绝缘板整体为长方形结构，中部有第三通孔D和第四通孔E，第三通孔D的外围向所述叠层母排2方向突起，第四通孔E的外围向所述二极管阳极板12方向突起。所述第二二极管9的阴极穿过叠层母排2的第一通孔和第一绝缘板的第三通孔，通过所述第五压接金属块3连接至所述二极管阳极板12，所述第三通孔D外围的突起用于将所述第二二极管9与所述叠层母排2之间绝缘。所述第五二极管17的阳极穿过二极管阳极板12的第二通孔和第一绝缘板的第四通孔，通过第六压接金属块13连接至所述叠层母排2，所述第四通孔E外围的凸起用于将所述第五二极管17与所述二极管阳极板12之间绝缘。
在电气结构上，所述第一IGBT7和第二IGBT8的E极通过所述叠层母排2与所述第五二极管17和第三二极管10的阳极连接。所述第一IGBT7和第二IGBT8的C极通过所述焊接型二极管阳极板12与所述第四二极管18和所述第二二极管9的阴极连接。所述第一电容器5通过焊接型二极管阴极板15与所述第一二极管19的阴极连接。所述第一电容器5和第二电容器6通过所述叠层母排2与所述第五二极管17和所述第三二极管10的阳极连接。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种基于换流回路的一体化叠层母排机构，其特征在于，包括：叠层母排结构、IGBT压装结构、二极管压装结构和电容器组；
所述叠层母排结构包括叠层母排、二极管阳极板、二极管阴极板和第一二极管；所述二极管阳极板和所述二极管阴极板位于同一平面，所述二极管阳极板和所述二极管阴极板所在的平面与所述叠层母排平行；所述第一二极管的阳极与所述二极管阳极板的第二端连接，所述第一二极管的阴极与所述二极管阴极板的第一端连接；所述二极管阳极板为焊接型二极管阳极板，所述二极管阴极板为焊接型二极管阴极板；
所述IGBT压装结构包括第一IGBT和第二IGBT，所述第一IGBT和所述IGBT水平分布；所述第一IGBT的C极和所述第二IGBT的C极连接至所述二极管阳极板的第一端；所述第一IGBT的E极和所述第二IGBT的E极连接所述叠层母排的第一端；
所述二极管压装结构包括第一二极管组和第二二极管组；所述第一二极管组包括第二二极管和第三二极管，所述第二二极管和所述第三二极管同向排列；所述第二二极管组包括第四二极管和第五二极管，所述第四二极管和所述第五二极管同向排列；所述第一二极管组和所述第二二极管组阴极相对且镜像分布；所述第三二极管的阳极和所述第五二极管的阳极均连接至所述叠层母排，所述第二二极管的阴极和所述第四二极管的阴极均连接至所述二极管阳极板；
所述电容器组包括第一电容器和第二电容器，所述第一电容器和所述第二电容器均连接至所述叠层母排的第二端。
2.根据权利要求1所述的基于换流回路的一体化叠层母排机构，其特征在于，所述叠层母排结构还包括：第一绝缘板和第二绝缘板；
所述第一绝缘板固定于所述叠层母排与所述二极管阳极板之间，所述第二绝缘板固定于所述叠层母排与所述二极管阴极板之间。
3.根据权利要求1所述的基于换流回路的一体化叠层母排机构，其特征在于，所述IGBT压装结构还包括：第一压接金属块和第二压接金属块；
所述第一IGBT的C极和所述第二IGBT的C极通过所述第一压接金属块压接，所述第一压接金属块与所述二极管阳极板的第一端连接；
所述第一IGBT的E极和所述第二IGBT的E极通过所述第二压接金属块压接，所述第二压接金属块与所述叠层母排的第一端连接。
4.根据权利要求2所述的基于换流回路的一体化叠层母排机构，其特征在于，所述二极管压装结构还包括第三压接金属块、第四压接金属块、第五压接金属块和第六压接金属块；所述第二二极管和所述第三二极管水平排布，所述第四二极管和所述第五二极管水平排布；
所述第二二极管的阳极与所述第三压接金属块电气连接，所述第三二极管的阴极与所述第三压接金属块电气连接；
第四二极管的阳极与所述第四压接金属块电气连接，所述第五二极管的阴极与所述第四压接金属块电气连接；
所述第二二极管的阴极和所述第四二极管的阴极连接至所述第五压接金属块；所述第五压接金属块连接至所述二极管阳极板；
所述第三二极管的阳极和所述第五二极管的阳极连接至所述第六压接金属块；所述第六压接金属块连接至所述叠层母排。
5.根据权利要求4所述的基于换流回路的一体化叠层母排机构，其特征在于，所述叠层母排上布设第一通孔，所述二极管阳极板上布设第二通孔，所述第一绝缘板上布设第三通孔和第四通孔；
所述第一绝缘板上的第三通孔的外围向所述叠层母排方向突起，所述第二二极管的阴极穿过所述第一通孔和所述第三通孔通过所述第五压接金属块连接至所述二极管阳极板，所述第三通孔外围的突起用于将所述第二二极管与所述叠层母排之间绝缘；所述第四二极管的阴极和所述第二二极管的阴极在竖直方向镜像布设；
所述第一绝缘板上的第四通孔的外围向所述二极管阳极板方向突起，所述第五二极管的阳极穿过所述第二通孔和所述第四通孔通过第六压接金属块连接至所述叠层母排，所述第四通孔外围的凸起用于将所述第五二极管与所述二极管阳极板之间绝缘；所述第五二极管的阳极和所述第三二极管的阳极在竖直方向镜像布设。
6.根据权利要求1所述的基于换流回路的一体化叠层母排机构，其特征在于，所述电容器组还包括：绝缘支撑板；
所述第一电容器的第一端和所述第二电容器的第一端均连接至所述叠层母排的第二端；所述第一电容器的第二端和所述第二电容器的第二端均连接至所述绝缘支撑板上。
7.根据权利要求1所述的基于换流回路的一体化叠层母排机构，其特征在于，所述第一电容器和所述第二电容器均为圆筒型电容器。
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