CN207638571U - 一种igbt和晶闸管的混合压装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种IGBT和晶闸管的混合压装结构，包括IGBT组串和晶闸管组串，IGBT组串包括依次排列的共用水冷散热器、第二水冷散热器、第三水冷散热器、第四水冷散热器和第五水冷散热器，相邻两水冷散热器之间均压接有IGBT，共用水冷散热器上部压接在IGBT组串中，下部压接在晶闸管组串中，晶闸管组串包括第六水冷散热器和晶闸管；IGBT组串和晶闸管组串通过共用水冷散热器组成一个混合压装单元，解决了IGBT和晶闸管压接成为一个组串存在的压力不等易出故障的问题，同时，两个组串通过共用水冷散热器的内部流道和水冷管路，可组成一个单进单出的流道回路，最大限度地节约空间和成本。

Description

一种IGBT和晶闸管的混合压装结构

技术领域

本实用新型属于柔性直流输配电领域，具体涉及一种IGBT和晶闸管的混合压装结构。

背景技术

柔性直流输电技术也称VSC-HVDC技术，是一种以电压源型换流器(VSC)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)为基础的新型直流输电技术，是常规直流输电技术的换代升级。相比于交流输电和常规直流输电，在传输能量的同时，还能灵活地调节与之相连的交流系统电压，具有可控性较好、运行方式灵活、适用场合多等优点，因此将柔性直流输电技术扩展到配电网，极大地拓宽了它的应用范围。

模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)是一种新型电压变换电路，它通过将多个子模块级联的方式，可以叠加输出很高的电压，并且还具有输出谐波少、模块化程度高等特点。在高压直流输电过程中，如果MMC中单模块损坏，将会导致换流阀闭锁。为了保证换流阀在功率模块故障的情况下正常工作，通常MMC中给各功率模块并联一个旁路开关，在功率模块出现故障时及时将故障模块从系统中旁路掉，从而保证整个系统正常运行。

但是，当发生换流阀对地短路故障、避雷器失效、控制板或高位取能电源损坏等异常情况时，同时旁路开关出现拒动，故障模块就不能及时被旁路掉，从而导致桥臂中的电压、电流会急剧上升，最终换流阀闭锁。

为了避免上述问题的出现，可在功率模块的直流电容两端并联晶闸管以及对应的过电压触发控制板，即形成“维持桥臂电流通路的模块化多电平换流器拓扑”，在旁路开关拒动时，桥臂电流将对直流电容充电直至触发晶闸管导通，从而维持桥臂通路，但是在晶闸管在触发导通后，存在持续长时间通过大电流的情况，会导致晶闸管的温度过高，因为晶闸管组串和IGBT 组串都是水冷散热器压装而成，而在IGBT和晶闸管的推荐安装压力不一致的情况下，这两种器件不能同轴压装，如果压装成独立的两个组串，就意味着需要两套独立的水路系统，这就需要更大的空间来布置管路，系统管路设计的难度也大大增加；

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种IGBT和晶闸管的混合压装结构，解决直流电容两侧并联晶闸管的功率流回路和水冷散热问题，在有限的空间内组成了晶闸管功率流回路，并且解决了晶闸管的水冷散热问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是，一种IGBT和晶闸管的混合压装结构，包括IGBT组串和晶闸管组串，IGBT组串包括依次排列的共用水冷散热器、第二水冷散热器、第三水冷散热器、第四水冷散热器和第五水冷散热器，相邻两水冷散热器之间均压接有IGBT，共用水冷散热器上部压接在IGBT组串中，下部压接在晶闸管组串中，晶闸管组串包括第六水冷散热器以及压接在共用水冷散热器下部和第六水冷散热器之间的晶闸管；

共用水冷散热器和第五水冷散热器与叠层母排的负极接口连接，第三水冷散热器与叠层母排的正极接口连接，第六水冷散热器通过铜排与叠层母排的正极相连。

第二水冷散热器和第四水冷散热器通过与OUT叠层母排连接形成对外接口。

共用水冷散热器、第二水冷散热器、第三水冷散热器、第四水冷散热器、第五水冷散热器和第六水冷散热器组成连通的水冷散热器组。

按照进水方向，第五水冷散热器、第四水冷散热器、第三水冷散热器、第二水冷散热器和共用水冷散热器通过若干第一短接管依次连通，进水管设置在第五水冷散热器，出水管设置在共用水冷散热器上，共用水冷散热器与第六水冷散热器之间通过第二短接管连通。

共用水冷散热器内设置有两条独立的散热水路，一条水路连通共用水冷散热器的顶部入口和下部出口，另一条水路连通共用水冷散热器的顶部出口和下部入口，其中，共用水冷散热器的下部出口与第六水冷散热器的入口连通，第六水冷散热器的出口与共用水冷散热器的下部入口连通。

共用水冷散热器与第二水冷散热器连通的接口开设在顶端，共用水冷散热器与第六水冷散热器连通的接口开设在下段。

IGBT组串和晶闸管组串均通过压装组件进行压接。

压装组件包括位于被压装结构两端的两块压板，压板内侧设置有金属压块，金属压块与压板之间设置有碟形弹簧，金属压块与被压装结构之间设置有绝缘块，两压板通过螺杆拉紧进行压接。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果，IGBT组串和晶闸管组串通过共用水冷散热器组成一个混合压装单元，解决了IGBT和晶闸管压接成为一个组串存在的压力不等易出故障的问题，同时，两个组串通过共用水冷散热器的内部流道和水冷管路，可组成一个单进单出的流道回路，最大限度地节约空间和成本；另一方面，两个组串通过共用水冷散热器、叠层母排和铜排，可组成一个功率流回路，实现了“维持桥臂电流通路的模块化多电平换流器拓扑”，其中，共用水冷散热器这里起到导电作用。

本实用新型的结构设计合理，共用水冷散热器内两个独立水路的结构设计，进水管路和出水管路均设置在顶部，方便管理和维护。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的IGBT组串示意图；

图3为本实用新型的晶闸管组串示意图；

图4为本实用新型的水冷流道回路示意图；

图5为本实用新型的功率回路示意图。

其中附图中各部件名称如下：

1-IGBT组串；101-水冷散热器组；102-IGBT；103-压装组件；1011-共用水冷散热器；1012- 第二水冷散热器；1013-第三水冷散热器；1014-第四水冷散热器；1015-第五水冷散热器；2- 晶闸管组串；201-第六水冷散热器；202-晶闸管；203-压装组件；3-水冷管路；301-进水管； 302-出水管；303-短接管1；304-短接管2；4-叠层母排；401-叠层母排；402-OUT叠层母排； 5-铜排。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

如图1所示为本实用新型的整体结构示意图，包括IGBT组串1、晶闸管组串2、水冷管路3、叠层母排4和铜排5，用一件共用水冷散热器把IGBT组串和晶闸管组串组成一个压装单元、并且利用管路和共用水冷散热器实现水路流道和功率流的连接，立足于功率流和水路流道，通过结构设计，两个组串通过共用水冷散热器组成一个整体。首先，通过共用水冷散热器的内部流道和水冷管路，可组成一个单进单出的流道回路；其次，通过铜排设计布局，组成一个功率流回路。

如图2所示为本实用新型的IGBT组串示意图，包括水冷散热器组101、四件IGBT102以及压装组件103，共五件水冷散热器，与四件IGBT交替压装。

如图3所示为本实用新型的晶闸管组串示意图，包括第六水冷散热器201、一件晶闸管202 以及压装组件203，第六水冷散热器201和共用水冷散热器压装在晶闸管两侧。

如图4所示为本实用新型的水冷流道回路示意图，它由IGBT组串1、晶闸管组串2和管路3组成，其中，IGBT组串和晶闸管组串利用共用水冷散热器1011混合压装成一个组件，整个组件和管路3形成一个单进单出的流道回路，水冷散热器组101共包括5件散热器，散热器1011有两进两出四个口，其余四件水冷散热器都只有一进一出两个口，两个组串中的散热器分别由短接管303和短接管304分别串联起来。

通过上述结构，形成一个水冷循环回路，即：冷却水从进水管301进入第一件散热器，完成散热器内部循环后，依次通过管路进入下一件散热器，需要强调的是，在冷却水进入共用散热器1011后，冷却水会经由短接管304的上侧管进入晶闸管组串2的第六水冷散热器201，在完成内部循环后，再由短接管304的下侧管回到散热器1011，最后完成共用散热器1011的内部循环后由出水管302流出。

以上，即组成单进单出的流道回路。

如图5所示为本实用新型的功率回路示意图，根据需求、晶闸管202需要并联在电容两侧，叠层母排401两个对外接口分别与电容两侧相连，所以，晶闸管并联在叠层母排401两侧是等效的。

如图5，在两个组串中，散热器分别是不同的电位：共用水冷散热器1011和第五水冷散热器1015为负极，第三水冷散热器1013为正极、第二水冷散热器1012为输出A、第四水冷散热器1014为输出B；第六水冷散热器201为正极。

共用水冷散热器1011、第五水冷散热器1015和第三水冷散热器1013与叠层母排401配合装配后，叠层母排401的两个对外安装接口分别为“正”、“负”，可与电容相连，所以叠层母排401的正负极即为电容两侧；晶闸管202两侧分别为共用水冷散热器1011和第六水冷散热器201，共用水冷散热器1011为负极，第六水冷散热器201通过铜排5与叠层母排401的正极相连，同为正极，即实现了晶闸管并联在电容两侧，第二水冷散热器1012和第四水冷1014 通过OUT叠层母排402形成对外接口。

本实用新型通过以上布局设计，不仅在有限空间内解决了水冷流道布局问题，简化结构，还可以大大节约成本。

Claims (8)

1.一种IGBT和晶闸管的混合压装结构，其特征在于，包括IGBT组串(1)和晶闸管组串(2)，IGBT组串(1)包括依次排列的共用水冷散热器(1011)、第二水冷散热器(1012)、第三水冷散热器(1013)、第四水冷散热器(1014)和第五水冷散热器(1015)，相邻两水冷散热器之间均压接有IGBT(102)，共用水冷散热器(1011)上部压接在IGBT组串(1)中，下部压接在晶闸管组串(2)中，晶闸管组串(2)包括第六水冷散热器(201)以及压接在共用水冷散热器(1011)下部和第六水冷散热器(201)之间的晶闸管(202)；

共用水冷散热器(1011)和第五水冷散热器(1015)与叠层母排(401)的负极接口连接，第三水冷散热器(1013)与叠层母排(401)的正极接口连接，第六水冷散热器(201)通过铜排(5)与叠层母排(401)的正极相连。

2.根据权利要求1所述的一种IGBT和晶闸管的混合压装结构，其特征在于，第二水冷散热器(1012)和第四水冷散热器(1014)通过与OUT叠层母排(402)连接形成对外接口。

3.根据权利要求1所述的一种IGBT和晶闸管的混合压装结构，其特征在于，共用水冷散热器(1011)、第二水冷散热器(1012)、第三水冷散热器(1013)、第四水冷散热器(1014)、第五水冷散热器(1015)和第六水冷散热器(201)组成连通的水冷散热器组(101)。

4.根据权利要求1所述的一种IGBT和晶闸管的混合压装结构，其特征在于，按照进水方向，第五水冷散热器(1015)、第四水冷散热器(1014)、第三水冷散热器(1013)、第二水冷散热器(1012)和共用水冷散热器(1011)通过若干第一短接管(303)依次连通，进水管(301)设置在第五水冷散热器(1015)，出水管设置在共用水冷散热器(1011)上，共用水冷散热器(1011)与第六水冷散热器(201)之间通过第二短接管(304)连通。

5.根据权利要求1所述的一种IGBT和晶闸管的混合压装结构，其特征在于，共用水冷散热器(1011)内设置有两条独立的散热水路，一条水路连通共用水冷散热器(1011)的顶部入口和下部出口，另一条水路连通共用水冷散热器(1011)的顶部出口和下部入口，其中，共用水冷散热器(1011)的下部出口与第六水冷散热器(201)的入口连通，第六水冷散热器(201)的出口与共用水冷散热器(1011)的下部入口连通。

6.根据权利要求1所述的一种IGBT和晶闸管的混合压装结构，其特征在于，共用水冷散热器(1011)与第二水冷散热器(1012)连通的接口开设在顶端，共用水冷散热器(1011)与第六水冷散热器(201)连通的接口开设在下段。

7.根据权利要求1所述的一种IGBT和晶闸管的混合压装结构，其特征在于，IGBT组串(1)和晶闸管组串(2)均通过压装组件(103)进行压接。

8.根据权利要求1所述的一种IGBT和晶闸管的混合压装结构，其特征在于，压装组件(103)包括位于被压装结构两端的两块压板，压板内侧设置有金属压块，金属压块与压板之间设置有碟形弹簧，金属压块与被压装结构之间设置有绝缘块，两压板通过螺杆拉紧进行压接。