CN201663554U - 高功率整流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高功率整流器。提供一种用于将AC转换成DC的高功率整流器，包括：多对盘状的半导体器件；每对包括并联电连接的两个半导体器件；其中每对的两个半导体器件被安装在紧压包装的夹紧装置中，公共水冷热沉被布置成与所述两个半导体器件导热接触。

Description

高功率整流器

技术领域

本实用新型涉及用于将交流(AC)转换成直流(DC)的高功率整流器。

背景技术

高功率整流器通常使用半导体器件来将AC转换成DC。半导体器件可以以双桥(DB)连接或双星(DSS)连接的形式来连接，半导体器件的数目取决于所需的电压和电流额定值。半导体器件通常是二极管或晶闸管。对于高功率应用，需要对半导体器件进行充分的冷却。通过并联连接相应数目的半导体器件来获得高电流额定值。因为，高功率整流器包括相当大数目的这样的半导体器件，所以冷却整个高功率整流器不是一个容易的任务。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于将AC转换成DC的高功率整流器，其包括多对盘状的半导体器件。每对这样的半导体器件的盘状半导体器件并联电连接，并且每对中的两个半导体器件安装在紧压包装的(press-pack)夹紧装置中，其中公共水冷热沉被布置成与两个半导体器件导热接触。以这种方式，两个半导体器件可以有效地被公共水冷热沉冷却。其中紧压包装的夹紧装置提供均匀的夹紧力，并且由此为两个半导体器件提供均匀的导热接触。

每个盘状半导体器件的直径通常是3、4、或5英寸(76.2、101.6或127毫米)。

公共热沉优选地是空心梁(girder)外形，优选地由铝制成并且还适于用作DC母线(busbar)。以这种方式，可以沿着DC母线的延伸布置多对半导体器件，由此为所有的半导体器件提供均匀的冷却。

在本实用新型的主题的背景中，术语“铝”意味着包括所有适当的铝合金。

优选地，整流器的元件的导电铝接触表面和公共热沉是镀镍的。

紧压包装的夹紧装置可以包括第一轭(yoke)、第二轭和连接所述轭的两个螺杆；第一轭被优选地设计成弹簧承载的轭以提供均匀的夹紧力。

为了提供额外的冷却能力，并且尤其是为了对每个半导体器件提供均匀的冷却，根据本实用新型的整流器优选地包括冷却箱，其被布置以使得每个半导体器件被夹在冷却箱和公共热沉中间。这在半导体器件的两侧提供了直接邻近的水冷。

为了给半导体器件提供保护，整流器优选地包括熔断器(fuse)，每个熔断器与相关联的半导体器件串联电连接。熔断器是高电流熔断器，其提供保护以防止短路电流和所产生的短路力(force)的损害。在半导体器件有故障的情况下，这些熔断器形成选择性的隔离。在整流器已被设计有半导体器件冗余的情况下，在有缺陷的半导体器件由熔断器断开之后，绝缘的熔断器能够使整流器保持在标称操作中。

两个半导体器件和相应的熔断器可以布置在公共紧压包装的夹紧装置中。然而，每个熔断器也可以布置在与所述紧压包装的夹紧装置分离的(单独)夹紧装置中。

在后者的情况下，优选地提供适于在紧压包装的夹紧装置的熔断器和冷却装置(即公共热沉或冷却箱)之间提供热传递的热传递装置。以这种方式，由紧压包装的夹紧装置的冷却装置为熔断器提供冷却能力。

熔断器可以具有与其相关联的熔断器标志指示器用于光学地向烧断熔断器和/或微开关发信号以发布信号给整流器控制系统。

为了提供额外的保护，根据本实用新型的整流器可以包括内置的或附加的过压保护装置。其可以以很多不同的方式来设计。

优选地，过压保护装置包括AC保护电路、缓冲电路(snubbercircuit)和DC保护电路。

优选地，过压保护装置包括RC电路、电涌放电器(surge arrester)电路和电容排(C-bank)电路。

优选地，过压保护装置包括缓冲电路和AC保护电路。

优选地，过压保护装置包括二极管堆和缓冲电路、RC电路和电涌放电器电路。

优选地，过压保护装置包括RC电路和电涌放电器电路。

优选地，过压保护装置包括AC保护电路和缓冲电路。

优选地通过使用去离子水来执行公共热沉的水冷。

为了实现使公共热沉或多个公共热沉完全地充满水，公共热沉优选地包括至少一个手动排气阀，在填充满去离子水之前该手动排气阀是打开的。

公共热沉可以分别包括至少一个(优选地至少两个)温度传感器或多个温度传感器，和/或分别包括一个温度开关或多个温度开关，它们可连接到整流器控制系统。

还优选地提供至少一个温度传感器以监控冷却箱的温度；该温度传感器也可以连接到整流器控制系统。

附图说明

图1示出了根据本实用新型的紧压包装的夹紧装置的垂直横截面。

图2到图13示出了根据本实用新型的整流器的电路图，其中特别强调在这些电路中提供的相应的过压保护装置。

具体实施方式

下面将参考展示本实用新型的另外的优点和/或特征的优选实施例来更详细地描述本实用新型。

在图1中示出的紧压包装的夹紧装置包括上弹簧轭4、下轭1和连接两个轭4、1的两个螺杆。在螺杆的末端提供六角螺母20、21。在紧压包装的夹紧装置的中心处，提供空心铝梁外形的公共水冷热沉(没有附图标记)。与公共热沉相邻，提供上半导体器件8和下半导体器件8。该布置还包括冷却箱5和与其相邻的熔断器3。以这种方式，公共热沉和相关联的冷却箱5从两侧冷却每个半导体器件8。附图标记2指示中心夹紧螺栓；附图标记6指示板(plate)；附图标记9指示塑性支承；附图标记16指示热沉；以及附图标记17、18指示螺栓。

图2到图13示出了根据本实用新型的具有专用过压保护装置的整流器的各种实施例。

在图2到图13中指出了过压保护装置的进一步细节。

在图2到图5中，过压保护装置包括AC保护电路、缓冲电路和DC保护电路。其中，AC保护电路还包括电涌放电器排(bank)和电容排。注意，支路和AC指示1-6可以不同，这取决于整流器类型和参考项目整流器电路图的布局。

在图6和图7中，过压保护装置包括RC电路、电涌放电器电路、电容排电路和二极管堆和缓冲电路。

在图8中，过压保护装置包括缓冲电路和AC保护电路。

在图9和图12-13中，过压保护装置包括二极管堆和缓冲电路、RC电路和电涌放电器电路。

在图10中，过压保护装置包括RC电路、电涌放电器电路和过压保护电路。

在图11中，过压保护装置包括AC保护电路和缓冲电路。

根据本实用新型的过压保护(OVP)装置可以是内置或附加类型的过压保护装置。它们用于保护半导体器件免受输入的AC和DC电压尖峰(spike)。

如果将晶闸管用作半导体器件，则相应的起动电路(firingcircuit)被直接定位在整流器处。利用光缆将起动电路连接到整流器控制系统。建立的(built-on)脉冲变压器执行到晶闸管的电连接，从而触发栅极和辅助阴极的终端。一个起动电路PCB(印刷电路板)可以起动整流器的支路的两个并联连接的晶体管。对于每条支路具有三个或更多个并联的晶闸管的整流器来说，使用第二起动电路PCB。该第二起动电路PCB不需要到整流器控制系统的光缆连接，并且以从属结构电连接到第一PCB(主控)。PCB可以配有必须被相应地设置的跨接线(S2-S4)。为了指示正确的运行，可以提供绿色LED。可以提供红色LED以指示故障。

考虑在根据本实用新型的整流器中使用的半导体器件，注意要求半导体器件遵循强的参数要求。每个支路的所有半导体器件的关键参数必须与用于适当运行和正确的电流分担(sharing)的特定参数带精确地匹配，特别是在半导体器件并联运行的时候。

安装在所有整流器中的高电流熔断器被具体选择地插置，其取决于与其相关的各种数据，例如DC电流和DC电压、变压器阻抗和供电网的短路功率。考虑用于监控每个主DC母线的温度传感器或温度开关，温度传感器或温度开关的阈值被制造厂选择为整流器特定警报和断路电平。

作为选择，PT100传感器可用于监控每个冷却箱的温度。每个传感器精确地安装在冷却箱的开口中。整流器控制系统读取并显示温度值。

根据工厂配置来设计AC连接。可以提供用于螺栓连接的板或用于螺栓连接的柔性装置。

根据工厂配置来设计DC连接。可以提供用于螺栓连接的板或用于就地焊接的平面区域。

可以以所有必要的IP标准来提供根据本实用新型的整流器。

Claims (23)

1.一种高功率整流器，用于将AC转换成DC，包括：

多对盘状的半导体器件(8)；

每对包括并联电连接的两个半导体器件；

其中每对的两个半导体器件(8)被安装在紧压包装的夹紧装置中，公共热沉被布置成与所述两个半导体器件导热接触。

2.根据权利要求1所述的高功率整流器，其中所述公共热沉是空心梁外形。

3.根据权利要求2所述的高功率整流器，其中所述公共热沉由铝制成，还适于用作DC母线。

4.根据权利要求3所述的高功率整流器，其中导电铝接触表面和公共热沉是镀镍的。

5.根据权利要求1所述的高功率整流器，其中紧压包装的夹紧装置包括第一轭(4)、第二轭(1)和连接所述轭的两个螺杆。

6.根据权利要求5所述的高功率整流器，其中所述第一轭(4)是弹簧承载的轭。

7.根据权利要求1所述的高功率整流器，还包括冷却箱(5)，其被布置成使得每个半导体器件(8)被夹在冷却箱和公共热沉中间。

8.根据权利要求1所述的高功率整流器，还包括熔断器(3)，每个熔断器与相关联的半导体器件(8)串联电连接。

9.根据权利要求8所述的高功率整流器，其中所述半导体器件(8)和熔断器(3)可以布置在公共紧压包装的夹紧装置中。

10.根据权利要求8所述的高功率整流器，其中每个熔断器(3)被布置在与所述紧压包装的夹紧装置分离的夹紧装置中。

11.根据权利要求10所述的高功率整流器，还包括热传递装置，其适于在紧压包装的夹紧装置的熔断器(3)和冷却装置之间提供热传递，所述冷却装置即为公共热沉或冷却箱(5)。

12.根据权利要求1所述的高功率整流器，其中所述半导体器件是二极管或晶闸管。

13.根据权利要求8到12中的任一项所述的高功率整流器，其中熔断器具有熔断器标志指示器以用于光学地向烧断熔断器和/或微开关发信号以将信号给到整流器控制系统。 

14.根据权利要求1所述的高功率整流器，还包括内置的或附加的过压保护装置。

15.根据权利要求14所述的高功率整流器，其中所述过压保护装置包括AC保护电路、缓冲电路和DC保护电路。

16.根据权利要求14所述的高功率整流器，其中所述过压保护装置包括RC电路、电涌放电器电路和电容排电路。

17.根据权利要求14所述的高功率整流器，其中所述过压保护装置包括缓冲电路和AC保护电路。

18.根据权利要求14所述的高功率整流器，其中所述过压保护装置包括二极管堆和缓冲电路、RC电路和电涌放电器电路。

19.根据权利要求14所述的高功率整流器，其中所述过压保护装置包括RC电路和电涌放电器电路。

20.根据权利要求2所述的高功率整流器，其中所述公共热沉包括至少一个手动排气阀。

21.根据权利要求1所述的高功率整流器，其中所述公共热沉包括至少一个温度传感器和/或温度开关。

22.根据权利要求21所述的高功率整流器，其中所述公共热沉包括至少两个温度传感器和/或温度开关。

23.根据权利要求7所述的高功率整流器，其中提供至少一个温度传感器以监控冷却箱的温度。 

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