CN113114052B - 一种基于压接式igct的水冷大功率全桥单元 - Google Patents

一种基于压接式igct的水冷大功率全桥单元 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元，包括全桥功率模块、电源模块、直流电容模块、连接母排、固定支架组件和底座；本发明各模块按功能划分更加明确，所有模块都可独立安装、拆卸、维护；当设备出现故障时，方便问题排查；不但可以在没有时间检查问题出处的时候将整个模块进行更换，同时也可将单个模块卸下后，对每一部分进行逐一检查，为维护和维修带来了极大的便利，同时也节省了很多时间。

Description

一种基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元
技术领域
本发明属于电力电子全桥单元技术领域，特别涉及一种基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元。
背景技术
在现在电力电子成套装置中，常用的高压大功率电力电子器件主要包括不控型整流器件二极管，半控型器件晶闸管(Silicon Controlled Rectifier，SCR)，以及全控型器件，如绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、门极可关断晶闸管(Gate Turn-off thyristor，GTO)和门极换流晶闸管(Gate Commutated Thyristor，GCT)型器件等。其中，GCT类器件主要包括集成门极换流晶闸管(Integrated GateCommutated Thyristor，IGCT)和发射极关断晶闸管(Emitter Turn-off Thyristor，ETO)等。高压功率单元在电力、冶金、铁路等其它领域得到了广泛应用，其核心的功率单元的研发设计是直接关系着发挥其电气性能优势的重要环节。
现有技术中，大功率全桥单元结构复杂，全桥单元体积大，整机占地面积大，制造成本也相对较高，而且更换维护较麻烦。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元，单元按功能划分更加明确，具有占地面积小、可靠性高、可控性强等优点。
一种基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元，包括全桥功率模块、电源模块、直流电容模块、连接母排、固定支架组件和底座；
其中，所述全桥功率模块、所述固定支架组件与所述底座可拆卸连接，所述全桥功率模块设置在所述底座左侧，所述固定支架组件设置在所述底座右侧；所述电源模块、所述直流电容模块与所述固定支架组件可拆卸连接；所述全桥功率模块和所述直流电容模块通过所述连接母排连接，所述全桥功率模块还与所述电源模块连接，所述电源模块为所述全桥功率模块提供控制电源。
进一步的，所述全桥功率模块包括IGCT二极管压接模块、RCL回路、接触器、散热连接水管和功率模块框架；
其中，所述功率模块框架与所述底座连接，所述IGCT二极管压接模块固定在所述功率模块框架内部，所述IGCT二极管压接模块分别与所述RCL回路、所述接触器连接，所述RCL回路固定在所述功率模块框架右侧的外部，所述接触器设置在所述功率模块框架的左下位置，所述散热连接水管第一端与所述IGCT二极管压接模块、所述RCL回路连接，所述散热连接水管第二端连接外部冷却水储存装置。
进一步的，所述IGCT二极管压接模块包括压接式IGCT器件、压接式二极管和水冷散热器；
其中，所述压接式IGCT器件层叠式布置，所述压接式二极管与所述压接式IGCT器件相对应以层叠式布置，所述压接式IGCT器件与所述压接式二极管构成全桥电路，每个所述压接式IGCT器件、所述压接式二极管两侧均与所述水冷散热器配合。
进一步的，所述压接式IGCT器件和所述压接式二极管分别与所述水冷散热器压接式连接。
进一步的，所述RCL回路包括电抗，所述电抗为水冷电抗，所述水冷电抗和所述散热连接水管连接。
进一步的，所述水冷散热器与所述散热连接水管连接。
进一步的，所述固定支架组件包括固定板、第一连接板、第二连接板、第一限位板、第二限位板、第一U型压板和第二U型压板；
其中，所述固定板底部固定在所述底座右侧的中间位置，所述电源模块与所述固定板可拆卸连接；所述第一连接板第一端、所述第二连接板第一端与均与所述固定板上端连接；所述第一限位板、所述第二限位板分别与所述底座可拆卸连接；所述第一连接板、所述第二连接板上均开设有螺栓孔，所述第一连接板与所述第一U型压板上端、所述第二连接板与所述第二U型压板上端分别通过螺栓连接，所述第一U型压板底部、所述第二U型压板底部与所述直流电容模块上端配合，将所述直流电容模块压装在所述底座与所述第一连接板、所述第二连接板之间；所述第一限位板、所述第二限位板与所述电容模块后端配合，限制所述直流电容模块前后移动。
进一步的，所述底座包括第一横梁、第二横梁、第一纵梁、第二纵梁、第一支撑梁、第二支撑梁和第三支撑梁；
其中，所述第一横梁、所述第二横梁分别与所述第一纵梁、所述第二纵梁连接，构成矩形框架；所述第一支撑梁两端分别与所述第一横梁、所述第二横梁连接，设置在靠近所述第一纵梁位置；所述第三支撑梁两端分别与所述第一横梁、所述第二横梁连接，设置在靠近所述第二纵梁位置；所述第二支撑梁两端分别与所述第一横梁、所述第二横梁连接，设置在所述第一支撑梁和所述第三支撑梁之间；所述固定支架组件与所述第一支撑梁、所述第二支撑梁连接；所述全桥功率模块与所述第三支撑梁、所述第二纵梁连接。
进一步的，所述底座还包括脚轮固定部和把手，所述脚轮固定部设置不少于6个，对称固定在所述第一横梁、所述第二横梁上，用于固定脚轮；所述把手固定在所述第二纵梁上。
本发明的有益效果：各模块按功能划分更加明确，所有模块都可独立安装、拆卸、维护。当设备出现故障时，方便问题排查；不但可以在没有时间检查问题出处的时候将整个模块进行更换，同时也可将单个模块卸下后，对每一部分进行逐一检查，为维护和维修带来了极大的便利，同时也节省了很多时间。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例的一种基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元的立体结构示意图；
图2为本发明实施例的一种基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元的全桥功率模块的安装示意图；
图3为本发明实施例的一种基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元的底座结构示意图；
图4为本发明实施例的一种基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元的固定支架组件的安装示意图。
图中：1-全桥功率模块、2-电源模块、3-直流电容模块、4-连接母排、5-固定支架组件、6-底座、11-IGCT二极管压接模块、12-RCL回路、13-接触器、14-散热连接水管、15-功率模块框架、111-压接式IGCT器件、112-压接式二极管、113-水冷散热器、51-固定板、52-第一连接板、53-第二连接板、54-第一限位板、55-第二限位板、56-第一U型压板、57-第二U型压板、61-第一横梁、62-第二横梁、63-第一纵梁、64-第二纵梁、65-第一支撑梁、66-第二支撑梁、67-第三支撑梁、68-脚轮固定部、69-把手。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。
请参阅图1，图1为本发明实施例的一种基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元的立体结构示意图，一种基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元，包括全桥功率模1、电源模块2、直流电容模块3、连接母排4、固定支架组件5和底座6。
其中，全桥功率模块1、固定支架组件5与底座6可拆卸连接，全桥功率模块1设置在底座6左侧，固定支架组件5设置在底座6右侧；电源模块2、直流电容模块3与固定支架组件5可拆卸连接；全桥功率模块1和直流电容模块3通过连接母排4连接，全桥功率模块1还与电源模块2连接，电源模块2为全桥功率模块1提供控制电源，保证全桥功率模块1的运行。
示例的，底座6、全桥功率模块1、电源模块2、直流电容模块3、固定支架组件5均设置有螺栓孔，全桥功率模块1、固定支架组件5通过螺栓与底座6可拆卸连接。电源模块2、直流电容模块3通过螺栓与固定支架组件5可拆卸连接。
示例的，全桥功率模块1、固定支架组件5上装有锁扣活动部分，底座6上装有锁扣固定部分，通过锁扣全桥功率模块1、固定支架组件5和底座6可拆卸的连接。
固定支架组件5上还装有锁扣固定部分，电源模块2、直流电容模块3上装有锁扣活动部分，固定支架组件5通过锁扣固定部分与电源模块2、直流电容模块3锁扣活动部分可拆卸的连接。
以上对可拆卸连接进行了举例说明，但本发明不仅限如此，也可以设置其他可拆卸的连接方式，用于全桥功率模块1、电源模块2、直流电容模块3、固定支架组件5、底座6之间的连接。
本实施例各模块结构紧凑，拆卸组装方便，具有电流分布均匀，杂散电感低等优点，结构上一体化有利于后期阀塔的设计摆放、安装和维护。
本实施例中的各模块按功能划分更加明确，所有模块都可独立安装、拆卸、维护。当设备出现故障时，方便问题排查；不但可以在没有时间检查问题出处的时候将整个模块进行更换，同时也可将单个模块卸下后，对每一部分进行逐一检查，为维护和维修带来了极大的便利，同时也节省了很多时间。
请参阅图2，图2为本发明实施例的一种基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元的全桥功率模块的安装示意图，全桥功率模块1包括IGCT二极管压接模块11、RCL回路12、接触器13、散热连接水管14和功率模块框架15。
其中，功率模块框架15为方形，与底座6连接，IGCT二极管压接模块11固定在功率模块框架15内部，IGCT二极管压接模块11分别与RCL回路12、接触器13连接，RCL回路12固定在功率模块框架15右侧的外部，接触器13设置在功率模块框架15的左下位置，散热连接水管14第一端与IGCT二极管压接模块11、RCL回路12连接，散热连接水管14第二端连接外部冷却水储存装置(图中未示出)。
IGCT二极管压接模块11包括压接式IGCT器件111、压接式二极管112和水冷散热器113。
其中，IGCT二极管压接模块11的压接式IGCT器件111层叠式布置，压接式二极管112与压接式IGCT器件111相对应以层叠式布置，压接式IGCT器件111与压接式二极管112构成全桥电路。每个压接式IGCT器件111和压接式二极管112两侧均与水冷散热器113配合(图中未示出)。
当全桥功率模块1工作时，压接式IGCT器件111和压接式二极管112会产生很大的热量，为保证压接式IGCT器件111和压接式二极管112可以长时间有效工作，压接式IGCT器件111和压接式二极管112两侧的水冷散热器113配合对其散热。
IGCT二极管压接模块11内部的压接式IGCT器件111、压接式二极管112和水冷散热器113压接式连接，压接式IGCT器件111、压接式二极管112和水冷散热器113都可独立安装、拆卸、维护。
压接式IGCT器件111具有通流能力强(6.5kV/3.8kA、5.5kV/3.6kA、4.5kV/5kA)，通态压降低、失效呈短路特性，串联可靠性高等特点。压接式IGCT器件111差异小，一定程度保证了串联均压。
水冷散热器113与散热连接水管14连接，通过散热连接水管14与外部冷却水储存装置进行热量交换。
水冷散热器113不仅对压接式IGCT器件111、压接式二极管112起到散热作用，而且起到电流导通的作用。
全桥功率模块1使用水冷散热器113散热，水冷散热器113的热导率比普通散热器要高数十倍，更快带走热量，大大提高散热效果，并且水冷散热器113具有很好的等温性。
RCL回路12是一种由电阻R、电感L、电容C等元器件组成的电路结构，本实施例中的RCL回路12还包括电抗，电抗为水冷电抗，水冷电抗和散热连接水管14连接，进行散热。
本实施例中，使用水冷电抗器，满足大功率工况下的大电流，同时可以进一步减小全桥功率模块1的体积，减小设备尺寸。
如图2所示，固定支架组件5包括固定板51、第一连接板52、第二连接板53、第一限位板54、第二限位板55、第一U型压板56和第二U型压板57。
请参阅图4，图4为本发明实施例的一种基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元的固定支架组件的安装示意图。
其中，固定板51底部固定在底座6右侧的中间位置，电源模块2与固定板51可拆卸连接。第一连接板52第一端、第二连接板53第一端与均与固定板51上端连接；第一限位板54、第二限位板55分别与底座6可拆卸连接。第一连接板52、第二连接板53上均开设有螺栓孔，第一连接板52与第一U型压板56上端、第二连接板53与第二U型压板57上端分别通过螺栓连接，第一U型压板56、第二U型压板57底部与直流电容模块3上端配合，将直流电容模块3压装在底座6与第一连接板52、第二连接板53之间；第一限位板54、第二限位板55与直流电容模块3后端配合，限制直流电容模块3前后移动。
示例的，电源模块2与固定板51之间的连接，第一限位板54、第二限位板55与底座6之间的连接，均可通过螺栓、卡扣等可拆卸连接方式，本领域的普通技术人员应当理解，不再赘述。
拆卸时，只需拆除第一连接板52与第一U型压板56、第二连接板53与第二U型压板57之间的螺栓，取出第一U型压板56和第二U型压板57，即可将直流电容模块3拆除，拆卸组装方便。
请参阅图3，图3为本发明实施例的一种基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元的底座结构示意图，底座6包括第一横梁61、第二横梁62、第一纵梁63、第二纵梁64、第一支撑梁65、第二支撑梁66和第三支撑梁67。
其中，第一横梁61、第二横梁62分别与第一纵梁63、第二纵梁64连接，构成矩形框架；第一支撑梁65两端分别与第一横梁61、第二横梁62连接，设置在靠近第一纵梁63位置；第三支撑梁67两端分别与第一横梁61、第二横梁62连接，设置在靠近第二纵梁64位置；第二支撑梁66两端分别与第一横梁61、第二横梁62连接，设置在第一支撑梁65和第三支撑梁67之间。固定支架组件5与第一支撑梁65、第二支撑梁66连接；全桥功率模块1与第三支撑梁67、第二纵梁64连接。
优选的底座6还包括脚轮固定部68和把手69，脚轮固定部68设置不少于6个，对称固定在第一横梁61、第二横梁62上，用于固定脚轮(图中未示出)；把手69固定在第二纵梁64上。
底座6上安装脚轮，使得全桥单元可移动，方便转运，便于使用。
本实施例的全桥单元工作时，电源模块2为压接式IGCT器件111提供控制电源，保证压接式IGCT器件111的运行，水冷散热器113对压接式IGCT器件111、压接式二极管112进行散热，水冷散热器113通过散热连接水管14连接外部进行热量交换，保障全桥单元长时间有效工作。
本发明具有通态损耗近零、支持电流差异化配置、成本低、支持重合闸、占地面积小、可靠性高、可控性强、技术价格低等优点。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元，其特征在于，包括全桥功率模块、电源模块、直流电容模块、连接母排、固定支架组件和底座；
其中，所述全桥功率模块、所述固定支架组件与所述底座可拆卸连接，所述全桥功率模块设置在所述底座左侧，所述固定支架组件设置在所述底座右侧；所述电源模块、所述直流电容模块与所述固定支架组件可拆卸连接；所述全桥功率模块和所述直流电容模块通过所述连接母排连接，所述全桥功率模块还与所述电源模块连接，所述电源模块为所述全桥功率模块提供控制电源；
所述固定支架组件包括固定板、第一连接板、第二连接板、第一限位板、第二限位板、第一U型压板和第二U型压板；其中，所述固定板底部固定在所述底座右侧的中间位置，所述电源模块与所述固定板可拆卸连接；所述第一连接板第一端、所述第二连接板第一端与均与所述固定板上端连接；所述第一限位板、所述第二限位板分别与所述底座可拆卸连接；所述第一连接板、所述第二连接板上均开设有螺栓孔，所述第一连接板与所述第一U型压板上端、所述第二连接板与所述第二U型压板上端分别通过螺栓连接，所述第一U型压板底部、所述第二U型压板底部与所述直流电容模块上端配合，将所述直流电容模块压装在所述底座与所述第一连接板、所述第二连接板之间；所述第一限位板、所述第二限位板与所述电容模块后端配合，限制所述直流电容模块前后移动。
2.根据权利要求1所述的基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元，其特征在于，所述全桥功率模块包括IGCT二极管压接模块、RCL回路、接触器、散热连接水管和功率模块框架；
其中，所述功率模块框架与所述底座连接，所述IGCT二极管压接模块固定在所述功率模块框架内部，所述IGCT二极管压接模块分别与所述RCL回路、所述接触器连接，所述RCL回路固定在所述功率模块框架右侧的外部，所述接触器设置在所述功率模块框架的左下位置，所述散热连接水管第一端与所述IGCT二极管压接模块、所述RCL回路连接，所述散热连接水管第二端连接外部冷却水储存装置。
3.根据权利要求2所述的基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元，其特征在于，所述IGCT二极管压接模块包括压接式IGCT器件、压接式二极管和水冷散热器；
其中，所述压接式IGCT器件层叠式布置，所述压接式二极管与所述压接式IGCT器件相对应以层叠式布置，所述压接式IGCT器件与所述压接式二极管构成全桥电路，每个所述压接式IGCT器件、所述压接式二极管两侧均与所述水冷散热器配合。
4.根据权利要求3所述的基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元，其特征在于，所述压接式IGCT器件和所述压接式二极管分别与所述水冷散热器压接式连接。
5.根据权利要求2所述的基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元，其特征在于，所述RCL回路包括电抗，所述电抗为水冷电抗，所述水冷电抗和所述散热连接水管连接。
6.根据权利要求3所述的基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元，其特征在于，所述水冷散热器与所述散热连接水管连接。
7.根据权利要求1所述的基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元，其特征在于，所述底座包括第一横梁、第二横梁、第一纵梁、第二纵梁、第一支撑梁、第二支撑梁和第三支撑梁；
其中，所述第一横梁、所述第二横梁分别与所述第一纵梁、所述第二纵梁连接，构成矩形框架；所述第一支撑梁两端分别与所述第一横梁、所述第二横梁连接，设置在靠近所述第一纵梁位置；所述第三支撑梁两端分别与所述第一横梁、所述第二横梁连接，设置在靠近所述第二纵梁位置；所述第二支撑梁两端分别与所述第一横梁、所述第二横梁连接，设置在所述第一支撑梁和所述第三支撑梁之间；所述固定支架组件与所述第一支撑梁、所述第二支撑梁连接；所述全桥功率模块与所述第三支撑梁、所述第二纵梁连接。
8.根据权利要求7所述的基于压接式IGCT的水冷大功率全桥单元，其特征在于，所述底座还包括脚轮固定部和把手，所述脚轮固定部设置不少于6个，对称固定在所述第一横梁、所述第二横梁上，用于固定脚轮；所述把手固定在所述第二纵梁上。
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