CN111903226B - 一种晶闸管集成压装单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于晶闸管的集成压装单元，其特征在于：该单元包括两个晶闸管、两个熔断器、两个吸收电阻、两个吸收电容以及两套辅助触发检测电路；每套辅助触发检测电路包括功率触发电路、温度检测电路、晶闸管端电压测量电阻、温度传感器、温度继电器、脉冲变压器。整个集成单元的功率接线有一个交流进线端，两个直流出线端；晶闸管吸收电路并联在晶闸管两端吸收暂态过电压，触发电路用来触发控制晶闸管，温度检测电路用来检测散热器实时温度。该模块实现了集成化、模块化以及标准化设计要求，功率密度高，可扩展性好，通过该集成单元的简单扩展，可实现单相全桥及三相全桥等整流装置，该模块电磁兼容性好，可以满足舰船特殊应用环境的要求。

Description

一种晶闸管集成压装单元

技术领域

本发明属于大功率电能变换领域，具体涉及一种晶闸管集成压装单元，尤其适用于电力电子整流集成化装置。

背景技术

应用在综合电力系统或者电磁弹射系统中的电力电子装置，需要综合考虑舰船实际安装条件进行设计，对装置的功率密度、可靠性、可维修性等性能指标都提出了极高的要求，如何实现这些电力电子装置的集成化、模块化设计是非常重要的。

此类电力电子装置实现模块化、集成化设计的优点是体积小、模块化程度高、可靠性高、可替换性、可维护性强。为了实现装置模块化设计，必须首先以单个功率集成单元为单位进行结构设计，如此整个装直可由若干个功率集成单元扩展组成，可使整个装置的结构简洁紧凑。

在电力电子装置中，整流装置是用来实现交流电能向直流电能转换的，此类整流装置应用广泛，如何实现其结构集成优化设计是非常重要的，特别是其单个功率集成单元的结构设计是整个系统结构设计的关键所在。现有的整流系统，为了满足电气绝缘性能、装置散热需求等指标，装置体积、重量都很大，无法满足舰船等使用条件，而且结构设计模块化、通用化比较差，因此迫切需要研究一种集成化的、通用可扩展的功率压装单元。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于晶闸管的集成压装单元，该集成压装单元属于整流装置的一个标准化通用模块，集成化程度高，具有极强的可扩展性，集中体现了集成化、模块化设计的思想。

本发明提供的基于晶闸管的集成压装单元，其特征在于：该单元包括一个散热器、两个背靠背连接的晶闸管、两套晶闸管阻容吸收电路，两个快速熔断器及两套辅助装置；每套辅助装置包括晶闸管两端电压检测电阻、触发电路板、脉冲变压器、温度传感器、温度继电器及相应的温度检测电路；

该发明采用单个整流桥臂压装结构，两个晶闸管背靠背压装在散热器上，此散热器带有强电，作为交流输入接线端来使用，晶闸管压装顺序由内到外依次是：晶闸管、阴阳极输出铜排、绝缘垫块、金属压块、碟簧、钢珠、M20双头螺杆、10Kv耐高温双层热缩绝缘套管、金属压块、紧固螺栓，通过如此压装顺序与压装附件，将晶闸管可靠紧固的压装在散热器上。

晶闸管的阴极、阳极输出铜排各连接在熔断器的一端，熔断器的另外一端作为集成压装单元的直流输出端。晶闸管吸收电路由吸收电容与吸收电阻组成，吸收电容通过电缆一端连接在晶闸管阴极(或阳极)，另一端连接吸收电阻，吸收电阻再连接晶闸管的阳极(或阴极)。晶闸管两端电压检测电阻通过电缆一端连接在晶闸管阴极，另外一端连接在晶闸管阳极。

晶闸管触发电路由触发电路板与脉冲变压器组成，触发电路板接收到上层主控系统发来的触发光信号后，将此信号转换成电信号，传送给脉冲变压器，脉冲变压器将此信号进行整形，再发送给晶闸管门极，触发晶闸管导通；同时触发电路板通过光纤输出一个晶闸管状态光信号给上层控制系统。散热器上安装了温度传感器与温度继电器，温度传感器与温度继电器的检测输出端通过屏蔽线连接到温度检测电路，温度检测电路对此温度信号进行处理，转变成光信号后由光纤输出。另外，由于散热器带有强电，而触发与温度检测电路属于二次回路，为了避免绝缘问题，将触发电路板与温度检测电路板安装在用支架架起的绝缘支撑板上面。

本发明装置集成化程度高，功能齐全，具体而言，本发明的优点在于：

(1)该集成压装单元实现了集成化、标准化设计的要求。内部集成了晶闸管、驱动电路、吸收电路、快熔保护电路、状态反馈电路、温度检测电路以及冷却用散热器模块，功能齐全完善；主功率传输的交流进线与直流出线均采用铜排来实现，主要通信均采用光纤通信实现；

(2)该集成压装单元实现了可控整流装置通用性要求。通过该集成单元的不同组合，可实现单相H桥、三相全桥等不同形式的整流拓扑结构；

(3)该集成压装单元结构紧凑、功率密度高，压装美观大方；

(4)该集成压装单元可维修性强。该集成单元空间布置上采用完全对称结构，考虑易坏、易损器件的可维修性问题，使整个集成单元的可维修性大大提高。

(5)该集成压装单元电磁兼容性好。晶闸管模块的驱动脉冲信号、状态反馈信号以及温度检测信号均采用光纤传输，抗干扰能力强。晶闸管就近布置有吸收电阻、吸收电容，可对开关器件开通关断产生的di/dt、dv/dt进行有效地抑制，满足舰载设备抗干扰能力要求。触发电路中应用了脉冲变压器，此脉冲变压器可以较好的实现触发电路与主功率电路之间的电气隔离，避免强电弱电之间的耦合干扰问题。

附图说明

图1是本发明的电气拓扑图；

图2是本发明的装置结构示意图；

图3是本发明的装置各个侧面结构示意图。

图4是本发明的散热器装置示意图；

图5是本发明的主功率器件压装示意图；

图6是触发电路、温度检测电路接口框图；

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明提供的集成压装单元主功率电路包括：两个晶闸管，分别是S1、S2；两个熔断器，分别是K1、K2；两个吸收电阻，分别为R1、R2；两个吸收电容，分别是C1、C2；功率接线有一个交流进线端，两个直流出线端。两个晶闸管背靠背连接构成一个整流桥臂，每个快熔串联在晶闸管桥臂中，起到保护晶闸管的作用；每个晶闸管两端并联一套吸收电路，用于吸收晶闸管暂态关断过电压。

图2是本发明的装置结构示意图，单个集成压装单元上面集成了两个晶闸管及相应的吸收电路、触发电路及温度传感器等装置。两个晶闸管9完全对称的压装在散热器1的两边，其中7为压装螺杆，8为压装板块，散热器带有强电，作为集成压装单元的交流输入端13；晶闸管的另外一端通过铜排连接到熔断器10的一端，而熔断器的另外一端14作为集成压装单元的直流输出端；晶闸管吸收电容3背在散热器侧边，并通过高压电缆连接晶闸管9阴极(阳极)，另外一端连接吸收电阻16的一端，而吸收电阻的另外一端通过高压电缆连接晶闸管的阳极(阴极)，即吸收电容与吸收电阻串联起来再并联在晶闸管的两端。晶闸管两端电压检测电阻5通过高压电缆与吸收电路并联，也即并联在晶闸管两端，同时将此电阻两端电压通过高压电缆传送到触发电路板输入端；12为模块安装固定螺栓。

触发电路15、温度检测电路4叠加起来安装在绝缘支架上。触发电路接收上层控制系统发来的光信号，将其进行整形转换，并综合晶闸管两端电压检测电阻5两端电压信号进行逻辑处检，综合输出一个触发电信号，然后将此触发电信号通过电缆传递给脉冲变压器11，脉冲变压器对此触发信号整形后发送到晶闸管门极，触发晶闸管，同时此触发电路通过光纤输出一个晶闸管状态光信号给上层控制系统。散热器两边对称安装了温度传感器6与温度继电器2，温度传感器与温度继电器输出信号送至温度检测电路4，温度检测电路对此信号进行整形变换，将其变为光信号后输出给上层控制系统。

图3(a)、(b)、(c)所示为该集成压装单元各个侧面的结构示意图，包括侧视图、俯视图及后视图，从图3可以看出，本发明所提出的集成压装单元，在各个方向结构都非常简洁、紧凑，有效地减小了所占用的空间体积。

图4为本发明所指的散热器结构示意图，此散热器采取整体焊接工艺，每个翅片17也要做为结构支撑受力，用于支撑固定的四个耳朵18应与散热器主体嵌焊，以保证焊接处的强度要求。另外，散热器加工后表面采取氧化发黑处理(电接触面19除外)，所有钢丝螺套及安装孔必须与加工面垂直。

图5所示为本发明所指的集成压装单元压装示意图，安装顺序依次为：晶闸管20、阴阳极输出铜排21、绝缘垫块22、金属压块23、碟簧24、钢珠25、M20双头螺杆28、10Kv耐高量双层热缩绝缘套管27、金属压块26、紧固螺栓29，通过采取先进工艺与轧装设备，使压装之后的单个集成单元具有结构紧凑、美观大方、电气绝缘性能好、轧装强度、散热均满足要求等优点。

图5中30、31分别为温度传感器与温度继电器，这两个器件可以在晶闸管压装之前安装，也可以在压装之后安装，安装维修方便，给操作人员带来很大的自由发挥空间。在将上述主功率器件安装完毕后，再依次安装辅助器件，主要包括吸收电阻、吸收电容、温度检测电路、触发电路、晶闸管两端电压检测用电阻、脉冲变压器等。

图6为本集成单元上面触发电路与温度检测电路接口示意图，每个电路板都有三个接口端子，分别为电源供电端子、输入信号端子及输出信号端子，对于温度输出、脉冲输入、晶闸管状态反馈三个信号均采取光信号传输。从此图可以看出，集成单元上面的接线端子实现标准化设计，接线简单方便，增强了单个集成单元的通用性。

除上述实例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本专利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于晶闸管的集成压装单元，其特征在于：该单元包括一个散热器、两个背靠背连接的晶闸管、两套晶闸管阻容吸收电路，两个快速熔断器及两套辅助装置；每套辅助装置包括晶闸管两端电压检测电阻、触发电路板、脉冲变压器、温度传感器、温度继电器及相应的温度检测电路；

该集成压装单元采用单个整流桥臂压装结构，两个晶闸管背靠背压装在散热器上，此散热器带有强电，作为交流输入接线端来使用，晶闸管压装顺序由内到外依次是：晶闸管、阴阳极输出铜排、绝缘垫块、金属压块、碟簧、钢珠、M20双头螺杆、10Kv耐高温双层热缩绝缘套管、金属压块、紧固螺栓，通过如此压装顺序与压装附件，将晶闸管可靠紧固的压装在散热器上；

晶闸管的阳极输出铜排连接在熔断器的一端，熔断器的另外一端作为集成功率单元的直流输出端，晶闸管吸收电路由吸收电容与吸收电阻组成，吸收电容通过电缆一端连接在晶闸管阴极或阳极，晶闸管两端电压检测电阻通过电缆一端连接在晶闸管阴极，另外一端连接在晶闸管阳极。

2.根据权利要求1所述的晶闸管集成压装单元，其特征在于：晶闸管触发电路由触发电路板与脉冲变压器组成，触发电路板接收到上层主控系统发来的触发光信号后，将此信号转换成电信号，传送给脉冲变压器，脉冲变压器将此信号进行整形，再发送给晶闸管门极，触发晶闸管导通；同时触发电路板通过光纤输出一个晶闸管状态光信号给上层控制系统，散热器上安装了温度传感器与温度继电器，温度传感器与温度继电器的检测输出通过屏蔽线连接到温度检测电路，温度检测电路对此温度信号进行处理，转变成光信号后由光纤输出，另外，由于散热器带有强电，而触发与温度检测电路属于二次回路，为了避免绝缘问题，将触发电路板与温度检测电路板安装在用支架架起的绝缘支撑板上面。

3.根据权利要求1和2所述的集成晶闸管模块装置，其特征在于：对于主功率电通过铜排来传输，散热器带有强电，作为交流输入一端，所有对外的通信方式均通过光纤通信实现，辅助触发检测装置用二次控制电源独立供电。

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