一种用于柔直换流阀单元的大功率StakPak IGBT的散热装置的制造方法
【专利说明】
装置
技术领域
[0001]本发明属于高压直流输电技术领域，具体涉及一种用于柔直换流阀单元的大功率StakPak IGBT的散热装置。
【背景技术】
[0002]在影响直流输电系统稳定性的多种因素中，组成换流阀塔的阀单元模块的散热是至关重要的因素。随着电力转换器件频率快速提高、芯片和元器件集成度的提高和客户对设备大功率、小型化的要求日益强烈，必须要设计可靠的散热措施保证换流阀系统正常、可靠地工作，不合理的散热设计可能导致柔性直流输电核心设备的不稳定以致损坏。
[0003]目前，传统直流输电换流阀塔的阀单元模块采用若干晶闸管和水冷散热器压接的结构，晶闸管的发热功率密度等级相对较小，所有水冷散热器一般采用串联水路即可满足产品散热设计，每个水冷散热器流量是相同的，由于串联时进水温度不断叠加也造成了越后面的器件温度越高，每个器件工作温度不一致。为提升换流阀单元的容量和功率密度，阀单元采用了更大发热功率和更小的体积的StakPak IGBT器件，导致换流阀单元的散热问题显得越来越突出，继续采用传统的串联水路已无法满足散热需求，水冷散热器也需要提升散热能力。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种用于柔直换流阀单元的大功率StakPak IGBT的散热装置，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明通过三个水冷散热器的流道和管路设计，实现了满足散热需求时的工作流量的分配。
[0005]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]—种用于柔直换流阀单元的大功率StakPak IGBT的散热装置，包括并列设置的第一水冷散热器、第二水冷散热器和第三水冷散热器，第一水冷散热器和第二水冷散热器之间设有第一 StakPak IGBT，第二水冷散热器和第三水冷散热器之间设有第二 StakPakIGBT，第三水冷散热器的进水口通过第一层间进水支管连接至主进水管，第三水冷散热器的出水口和第一水冷散热器的进水口之间通过串联支管连接，第一水冷散热器的出水口通过第一层间回水支管连接至主回水管，第二水冷散热器的进水口通过第二层间进水支管连接至主进水管，第二水冷散热器的出水口通过第二层间回水支管连接至主回水管。
[0007]进一步地，第二水冷散热器上与第一 StakPak IGBT和第二 StakPak IGBT相邻的两个侧面内部分别设有第一流道和第二流道。
[0008]进一步地，工作时，第一流道和第二流道的压力损失相等。
[0009]进一步地，第一水冷散热器上与第一 StakPak IGBT相邻的侧面内部设有流道；第二水冷散热器上与第二 StakPak IGBT相邻的侧面内部设有流道。
[0010]进一步地，第二层间进水支管、第二水冷散热器以及第二层间回水支管形成第一支管；第一层间进水支管、第一水冷散热器、串联支管、第三水冷散热器以及第一层间回水支管形成第二支管。
[0011]进一步地，工作时，第一支管和第二支管的压力损失相等。
[0012]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0013]本发明采用三个水冷散热器对两个StakPak IGBT器件工作时的四个安装面同时散热，使两个StakPak IGBT器件的四个安装面都能合理散热，解决了水路单纯串联时水温叠加问题，整个散热结构简单，设计合理，无水流量的浪费，同时采用了串、并结合的水路降低了阀单元进出口的压力损失，提升了产品可靠性。
[0014]进一步地，柔直换流阀单元内的两个StakPak IGBT器件工作时四个安装面的发热功耗大小不同，三个水冷散热器所需的工作流量也不同，第二水冷散热器需要为两个StakPak IGBT的俩个安装面同时散热，热负荷比较大且两个StakPak IGBT的两个安装面热负荷不同，本发明第二水冷散热器内部设置第一流道和第二流道，此设计提升了散热能力，并且整个散热结构设计依据发热器件的功耗大小分配流量，使StakPak IGBT器件的每个安装面都能合理散热，提高了散热效率。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的整体结构示意图；
[0016]图2是本发明第二水冷散热器的剖视图。
[0017]其中，1、主进水管；2、主回水管；3、第一层间进水支管；4、第一层间回水支管；5、串联支管；6、第一水冷散热器；7、第二水冷散热器；8、第三水冷散热器；9、第一 StakPakIGBT ;10、第二StakPak IGBT ;11、第一流道；12、第二流道；13、第二层间进水支管；14、第二层间回水支管。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明作进一步详细描述:
[0019]参见图1和图2，一种用于柔直换流阀单元的大功率StakPak IGBT(大功率压接式绝缘栅双极型晶体管)的散热装置，其特征在于，包括并列设置的第一水冷散热器6、第二水冷散热器7和第三水冷散热器8，第一水冷散热器6和第二水冷散热器7之间设有第一 StakPak IGBT9，第二水冷散热器7和第三水冷散热器8之间设有第二 StakPak IGBT10，第三水冷散热器8的进水口通过第一层间进水支管3连接至主进水管1，第三水冷散热器8的出水口和第一水冷散热器6的进水口之间通过串联支管5连接，第一水冷散热器6的出水口通过第一层间回水支管4连接至主回水管2，第二水冷散热器7的进水口通过第二层间进水支管13连接至主进水管1，第二水冷散热器7的出水口通过第二层间回水支管14连接至主回水管2，第二水冷散热器7上与第一 StakPak IGBT9和第二 StakPak IGBT10相邻的两个侧面内部分别设有第一流道11和第二流道12，工作时，第一流道11和第二流道12的压力损失相等，第一水冷散热器6上与第一 StakPak IGBT9相邻的侧面内部设有流道；第二水冷散热器7上与第二 StakPak IGBT10相邻的侧面内部设有流道。
[0020]第二层间进水支管13、第二水冷散热器7以及第二层间回水支管14形成第一支管；第一层间进水支管3、第一水冷散热器6、串联支管5、第三水冷散热器8以及第一层间回水支管4形成第二支管，工作时，第一支管和第二支管的压力损失相等。
[0021]下面对本发明的实施过程做详细描述:
[0022]本发明所述用于柔直换流阀单元的大功率换流阀单元的StakPak IGBT的水冷散热装置，冷却水从主进水管1通过第二层间进水支管13进入第二水冷散热器7通过第二层间回水支管14进入主回水管2，形成第一支路；另外冷却水从主进水管1通过第一层间进水支管3进入第三水冷散热器8后通过串联支管5进入第一水冷散热器6，从第一水冷散热器6通过第一层间回水支管4进入主回水管2，形成第二支路。
[0023]位于第一水冷散热器6和第二水冷散热器7之间的第一 StakPak IGBT9以及位于第二水冷散热器7和第三水冷散热器8之间的第二 StakPak IGBT10的发热功耗大小不同，所以第一水冷散热器6、第二水冷散热器7和第三水冷散热器8满足散热时所需的工作流量不同，通过管路和流道设计，使三个水冷散热器在满足散热的工作流量时第一支路的压力损失和第二支路的压力损失相等，从而实现同时满足两个StakPak IGBT散热需求时工作流量的分配进入第二水冷散热器7所在的第一支路和第一水冷散热器6、第二水冷散热器7所在的第二支路，在不需要阀门调节的状况下自动分配三个水冷散热器满足散热需求时的工作流量，第一水冷散热器6、第二水冷散热器7所在的第二支路通过管路组件连接成串联水路网络，第一支路和第二支路连接成并联水路网络。
[0024]由于第二水冷散热器7的两面发热功耗大小不同，第二水冷散热器7满足两面散热时第一流道11和第二流道12所需的工作流量不同，通过管路和流道设计，使第二水冷散热器7同时满足两面散热时的工作流量下第一流道11和第二流道12的压力损失相等，从而使第二水冷散热器7内部两层流道自动分配满足散热需求时两层流道的工作流量，第二水冷散热器7采用双流道设计，同时为两边的StakPak IGBT散热，提升了水冷散热器的散热容量。
【主权项】
1.一种用于柔直换流阀单元的大功率StakPak IGBT的散热装置，其特征在于，包括并列设置的第一水冷散热器(6)、第二水冷散热器(7)和第三水冷散热器(8)，第一水冷散热器(6)和第二水冷散热器(7)之间设有第一 StakPak IGBT (9)，第二水冷散热器(7)和第三水冷散热器(8)之间设有第二 StakPak IGBT(10)，第三水冷散热器(8)的进水口通过第一层间进水支管(3)连接至主进水管(1)，第三水冷散热器(8)的出水口和第一水冷散热器(6)的进水口之间通过串联支管(5)连接，第一水冷散热器(6)的出水口通过第一层间回水支管(4)连接至主回水管(2)，第二水冷散热器(7)的进水口通过第二层间进水支管(13)连接至主进水管(1)，第二水冷散热器(7)的出水口通过第二层间回水支管(14)连接至主回水管⑵。2.根据权利要求1所述的一种用于柔直换流阀单元的大功率StakPakIGBT的散热装置，其特征在于，第二水冷散热器(7)上与第一 StakPak IGBT (9)和第二 StakPak IGBT (10)相邻的两个侧面内部分别设有第一流道(11)和第二流道(12)。3.根据权利要求2所述的一种用于柔直换流阀单元的大功率StakPakIGBT的散热装置，其特征在于，工作时，第一流道(11)和第二流道(12)的压力损失相等。4.根据权利要求1所述的一种用于柔直换流阀单元的大功率StakPakIGBT的散热装置，其特征在于，第一水冷散热器(6)上与第一 StakPak IGBT(9)相邻的侧面内部设有流道；第二水冷散热器(7)上与第二 StakPak IGBT(10)相邻的侧面内部设有流道。5.根据权利要求1所述的一种用于柔直换流阀单元的大功率StakPakIGBT的散热装置，其特征在于，第二层间进水支管(13)、第二水冷散热器(7)以及第二层间回水支管(14)形成第一支管；第一层间进水支管(3)、第一水冷散热器(6)、串联支管(5)、第三水冷散热器(8)以及第一层间回水支管(4)形成第二支管。6.根据权利要求5所述的一种用于柔直换流阀单元的大功率StakPakIGBT的散热装置，其特征在于，工作时，第一支管和第二支管的压力损失相等。
【专利摘要】本发明公开了一种用于柔直换流阀单元的大功率StakPak？IGBT的散热装置，包括并列设置的第一水冷散热器、第二水冷散热器和第三水冷散热器，第一水冷散热器和第二水冷散热器之间设有第一StakPak？IGBT，第二水冷散热器和第三水冷散热器之间设有第二StakPak？IGBT，第三水冷散热器的进水口通过第一层间进水支管连接至主进水管，第三水冷散热器的出水口和第一水冷散热器的进水口之间通过串联支管连接，第一水冷散热器的出水口通过第一层间回水支管连接至主回水管，第二水冷散热器的进水口通过第二层间进水支管连接至主进水管，第二水冷散热器的出水口通过第二层间回水支管连接至主回水管。本发明通过三个水冷散热器的流道和管路设计，实现了满足散热需求时的工作流量的分配。
【IPC分类】H01L23/367, H01L23/473
【公开号】CN105244332
【申请号】CN201510547522
【发明人】张长水, 刘伟增, 陈名, 黎小林, 毕良富, 杨斌
【申请人】特变电工新疆新能源股份有限公司, 特变电工西安柔性输配电有限公司, 南方电网科学研究院有限责任公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年8月31日