一种大组件igbt压装单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高压输电领域，具体涉及一种大组件IGBT压装单元。
【背景技术】
[0002]随着大功率电力电子技术的发展，尤其是高压柔性直流输电和灵活交流输电的发展，IGBT器件尤其是灵活可控的关断特性在电力系统的应用越来越广泛。随着输电容量的不断提高，高耐压、高通流能力、大截面尺寸的IGBT器件不断普及应用。早期IGBT器件主要以焊接式为主，这种器件采用螺栓固定在散热板上应用的设计结构，通流能力和耐压有限，且在击穿工况下为断路失效模式，需要配置相应的旁路装置，使得该类型IGBT应用设计复杂，限制其在工程领域的扩展应用。针对此问题，最近几年出现了新型压接式IGBT，在电气特性上与焊接式IGBT —致，但是结构完全不同，该IGBT需要通过一定的压力压装在散热结构上使用，且该器件在发生击穿时，为短路失效模式，类似于晶闸管，应用时不需要设计相应的旁路装置，应用方便，可靠性高，且由于采用压装设计，散热效率更高，结温控制精确，具有更尚耐压和更尚通流能力。
[0003]这种高性能的压接式IGBT对压装要求更为苛刻，因此要求IGBT压装机构必须具有更高的机械强度、更好的电气绝缘性能，而且压紧结构安全可靠，性能稳定，考虑到工程应用，IGBT压装机构还应便于工程现场的压装和拆卸。
[0004]大组件IGBT压装机构设计从原理角度考虑，类似于晶闸管的压装，基本都采用了通过晶闸管、散热器中心线施加压力的方式，但实现的方式多样，IGBT压装机构的压装框架结构多样，压力加载的方法也各有特点。目前比较常见的可参考的晶闸管压装框架是用绝缘层压板材和金属结构件通过紧固螺栓组成的刚性框架，这种框架虽然结构稳定，强度大，但是重量大、比较笨重，结构缺乏弹性，适应于IGBT压装机构尺寸弹性变化方面的能力较差。部分电力迀移机车设备上的变频器采用压接式IGBT，其压装机构采用金属结构件与绝缘拉杆配合的压装框架，受限于绝缘拉杆的横向剪切强度限制，基本都采用吊装设计，灵活性很差，可靠性很低。IGBT压装机构的压力加载型式也有多种设计，有通过单个螺栓中心顶压的结构，这种结构安装和检修都不方便，压力控制不精确；也有通过多螺杆顶压的结构，这种型式操作复杂，压力加载不方便，且很难保证压力均匀分散。针对压接式IGBT，由于单个器件在压装时，IGBT的厚度尺寸有很大的形变位移，压装和拆卸都很不方便，截止目前为止，从可查到的文献还没有相关大组件IGBT压装压力自适应设计方面的参考技术路线。
[0005]需要重点说明的是，国内应用的IGBT压装技术，还没有在高电压等级实现10级以上IGBT压装的设计专利。
【发明内容】
[0006]为了弥补上述缺陷，本发明提出一种大组件IGBT压装单元，具有结构简洁、压力分散均匀、压装精确、易于操作、便于维护等优点；能够有效满足IGBT在各种工况下的压装要求，并能满足IGBT长期运行稳定性和可靠性要求。
[0007]本发明的目标是采用下述技术方案实现的:
[0008]—种大组件IGBT压装单元，包括支撑框架(14)和位于支撑框架(14)中用于固定IGBT阀串的压装单元；所述压装单元包括位于IGBT阀串两端的压装应力锥(11)和压力自适应调整机构，所述压装应力锥(11)和压力自适应调整机构分别与支撑框架(14)两端的金属端板(01)相固接。
[0009]优选的，所述压装应力锥(11)呈实心漏斗状，锥面之间呈90度；其锥形头部的端面与IGBT阀串的一端贴紧、其圆柱形尾部与支撑框架(14) 一端的金属端板(01)通过压力适配器(13)相连接，所述压装应力锥(11)与金属端板(01)之间安装有套设于圆柱形尾部上的调整垫片(12)，所述锥形头部的端面与IGBT阀串之间设有绝缘隔离盘(03)。
[0010]进一步地，所述绝缘隔离盘(03)采用高强度绝缘材料制成，由盘沿下端敞口至中部分布有爬电伞群，采用盘式结构与压装应力锥(11)相互连接。
[0011]优选的，所述压力自适应调整机构包括压力自适应锥头(05)、压力自适应锥窝
(06)和设置于所述压力自适应锥头(05)和金属端板(01)之间的碟簧(07)，用于实现压力加载后的压力保持和应用过程的形变调整。
[0012]进一步地，所述压力自适应锥头(05)和压力自适应锥窝(06)，用于实现压力加载后的整个压装内部IGBT和散热器组件的形变自适应调整。
[0013]优选的，所述支撑框架(14)包括通过螺母固定的2个金属端板(01)和4根金属拉杆(02) ;2个金属端板(01)的底端设有用于支撑IGBT阀串的绝缘支撑横梁(15)且每个金属端板的四角分别设有供金属拉杆(02)穿过的通孔，4根金属拉杆(02)之间留有容纳IGBT阀串的空间，所述金属拉杆(02)外部套有绝缘套管(04)。
[0014]优选的，所述IGBT阀串由散热器和IGBT(1)间隔串联组成，所述IGBT(1)两侧采用结构相同的散热器I (08)，或者采用结构相同的散热器2(09)，或者IGBT的一侧为散热器I (08)、另一侧为散热器2 (09) ο
[0015]进一步地，所述散热器1(08)包括:第一 IGBT母排固定端子(16)、驱动固定端子
(17)和第一 IGBT拆卸顶压辅助端子(18);所述第一 IGBT母排固定端子(16)和驱动固定端子(17)分别设置于所述散热器I (08)的左右两侧；所述IGBT拆卸顶压辅助端子(18)位于所述散热器I (08)顶部。
[0016]进一步地，所述散热器2 (09)包括:第二 IGBT母排固定端子(19)、第二 IGBT拆卸顶压辅助端子(20)和散热器限位端子(21);所述第二 IGBT母排固定端子(19)和第二IGBT拆卸顶压辅助端子(20)分别设置于所述散热器2 (09)的左右两侧，所述散热器限位端子(21)位于所述散热器2(09)顶部。
[0017]与现有技术相比，本发明达到的有益效果是:
[0018](I)本发明主要针对柔性直流输电系统的以全控IGBT器件为核心部件的柔性直流换流阀或直流断路器，同时也适用于以IGBT器件为核心部件的交流输电设备；应用范围广泛，适用性强；
[0019](2)通过本发明专利提出的压装应力锥与压力自适应机构配合的设计，可以保证压装力在IGBT表面的均匀分散和可靠压装，满足IGBT运行的可靠散热和均匀载流；适用于多级IGBT器件及散热器的大组件压装，确保IGBT器件的可靠电气连接和有效散热，确保IGBT器件在额定通流或者过负荷电流下的可靠运行；
[0020](3)本发明专利提出的金属断路器、金属拉杆和绝缘套管组合的支撑框架设计，可以满足IGBT压装单元的结构稳定性和强度要求，为压装单元提供可靠支撑，同时有在高电位差下实现了紧凑化绝缘设计；
[0021](4)本发明专利提出的压装应力锥、IGBT、散热器、压力自调整机构、碟簧等零部件和器件组合的布置形式，可实现IGBT压装单元的多级IGBT大组件压装，最大可实现20级IGBT的压接；
[0022](5)本发明专利提出的IGBT散热器结构设计，可以实现散热器功能的扩展，在除了实现IGBT散热功能外，还兼具固定支撑IGBT驱动、母排连接等作用；
[0023](6)本发明专利提出的IGBT压装单元绝缘隔离盘设计，可以实现IGBT和散热器等压装组件与支撑框架之间的电位隔离作用，满足空气绝缘和爬电距离的要求。首次实现了压接式IGBT不少于16级的串联压装，且最大可扩展至20级压装。
【附图说明】
[0024]图1为一种大组件IGBT压装单元结构示意图；
[0025]图2为一种大组件IGBT压装单元剖视结构示意图；
[0026]图3为压装应力锥结构示意图；
[0027]图4为压装应力锥压力分散原理示意图；
[0028]图5为IGBT压装单元支撑框架；
[0029]图6为IGBT散热器结构I示意图；
[0030]图7为IGBT散热器结构2示意图；
[0031 ] 图8为绝缘隔离盘结构示意图。
[0032]其中，01-金属端板，02-金属拉杆，03-绝缘隔离盘，04-绝缘套管，05-压力自适应锥头，06-压力自适应锥窝，07-碟簧，08-散热器I，09-散热器2，10-1GBT，11-压装应力锥，12-调整垫片，13-压力适配器，14-支撑框架，15-绝缘支撑横梁，16-第一 IGBT母排固定端子，17-驱动固定端子，18-第一 IGBT拆卸顶压辅助端子；19-第二 IGBT母排固定端子，20-第二 IGBT拆卸顶压辅助端子，21-散热器限位端子。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的详细说明。
[0034]本发明提出的一种大组件IGBT压装单元，以金属拉杆和金属端板组成的支撑固定结构为载体，通过配合压装应力锥和压力自适应调整机构实现压力加载和压