一种用于断路器的二极管全桥模块的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种用于断路器的二极管全桥模块。

背景技术：

断路器是柔性直流输电系统中分断短路电流的核心部件，其由转移支路、主支路和能量吸收支路共3条支路并联组成。其中的主支路由超高速机械开关和少量全桥模块串联构成；其中的转移支路由多级二极管全桥模块串联构成，用于短时承载和分断直流系统故障电流；其中的耗能支路由多个避雷器组并联构成，用于抑制分断过电压和吸收能量。

断路器接收到系统分断信号或达到过电流保护阀值时，上述的主支路闭锁，主支路的电容产生电压差，强迫电流换流至转移支路。主支路电流全部换流至转移支路后，快速机械开关分断，之后转移支路闭锁，电流给转移支路的电容充电，使得断路器两端电压迅速增大。分断电压达到避雷器动作水平后，故障电流向避雷器转移，避雷器吸收系统故障电流，直至电流过零。

目前转移支路拓扑分为IGBT全桥和二极管全桥两类，IGBT全桥包括4个IGBT，二极管全桥包括2个IGBT，由此可见二极管全桥节省近一半的成本。但二极管全桥存在以下两个问题：

1)二极管全桥中元器件数量多，电气连接复杂；二极管全桥中电气拓扑如图1所示，每个二极管全桥包括5个二极管、2个IGBT、2个电阻、1个电容和1个旁路开关，且每个二极管全桥的半导体元器件、电容之间共需要11根电气连接线；

2)二极管全桥中7个组件(即5个二极管和2个IGBT)都需要较大压装力满足其电气性能，而传统的元器件压装都采用大组件压装(即7-9个元器件串成一串压装)，且二极管全桥中7个组件之间都有电气连接线，若采用大组件方式，二极管全桥内元器件间连接线难度大，给二极管全桥的装配和维护带来很大困难，不利于设备的安装及维护。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种用于断路器的二极管全桥模块，设有两个IGBT压装结构、五个二极管压装结构、阻尼电阻R1、阻尼电容C和阻尼电阻R2，且五个二极管压装结构均设有碟簧侧压板和绝缘侧压板，两个IGBT压装结构共用E极导电板和C极导电板，最终实现了断路器中转移支路的二极管全桥模块的压装，且减少了电气连接线数量。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下技术方案：

本实用新型提供一种用于断路器的二极管全桥模块，包括第一IGBT压装结构、第二IGBT压装结构、第一二极管压装结构、第二二极管压装结构、第三二极管压装结构、第四二极管压装结构、第五二极管压装结构、与第五二极管压装结构并联的阻尼电阻R1、阻尼电容C以及与阻尼电容C并联的阻尼电阻R2；

第一二极管压装结构、第二二极管压装结构、第三二极管压装结构、第四二极管压装结构和第五二极管压装结构均包括碟簧侧压板和绝缘侧压板，所述第一IGBT压装结构和第二IGBT压装结构共用E极导电板和C极导电板；

所述第一二极管压装结构、第四二极管压装结构、第二二极管压装结构和第三二极管压装结构依次排列，所述第一二极管压装结构、第三二极管压装结构和第五二极管压装结构的碟簧侧压板均与C极导电板连接，所述第二二极管压装结构和第四二极管压装结构的绝缘侧压板均与E极导电板连接，所述第一二极管压装结构的绝缘侧压板和第二二极管压装结构的碟簧侧压板均连接进线母排，所述第三二极管压装结构的绝缘侧压板和第四二极管压装结构的碟簧侧压板均连接出线母排，所述第五二极管压装结构的绝缘侧压板连接第一电容连接母排，所述E极导电板与第二电容连接母排。

所述第一IGBT压装结构还包括E极压板、第一绝缘板、IGBT1、压装钢板、C极压板、6个第一碟簧套和24个第一碟簧，每个第一碟簧套上套有4个第一碟簧，4个第一碟簧呈2叠2对方式布置；

所述E极压板、第一绝缘板和E极导电板从下至上依次排列，所述IGBT1的E极贴在E极导电板上，所述C极导电板压在IGBT1的C极上，所述压装钢板和6个第一碟簧套通过紧固螺钉固定在C极导电板上，所述C极压板压在第一碟簧上，且通过紧固螺钉固定在E极压板的螺纹孔上。

所述第二IGBT压装结构包括E极压板、第一绝缘板、IGBT2、压装钢板、C极压板、6个第一碟簧套和24个第一碟簧，每个第一碟簧套上套有4个第一碟簧，4个第一碟簧呈2叠2对方式布置；

所述E极压板、第一绝缘板和E极导电板从下至上依次排列，所述IGBT2的E极贴在E极导电板上，所述C极导电板压在IGBT2的C极上，所述压装钢板和6个第一碟簧套通过紧固螺钉固定在C极导电板上，所述C极压板压在第一碟簧上，且所述C极压板通过紧固螺钉固定在E极压板的螺纹孔上。

所述第一二极管压装结构和第三二极管压装结构还包括第二绝缘板、第一绝缘侧导电板、二极管、第一碟簧侧导电板、第二碟簧套、2个第二碟簧和4个定位销；

所述绝缘侧压板、第二绝缘板、第一绝缘侧导电板、二极管和第一碟簧侧导电板从下至上依次排列，所述二极管的阳极贴在第一绝缘侧导电板上，其阴极贴在第一碟簧侧导电板上，且绝缘侧压板与第二绝缘板之间、第二绝缘板与第一绝缘侧导电板之间、第一绝缘侧导电板与二极管之间、二极管与第一碟簧侧导电板之间均通过定位销固定；所述第二碟簧套位于第一碟簧侧导电板的定位座上，2个第二碟簧均套在第二碟簧套上；所述碟簧侧压板压在2个第二碟簧上，且所述碟簧侧压板通过紧固螺钉固定在绝缘侧压板的螺纹孔上。

所述第二二极管压装结构和第四二极管压装结构还包括第二绝缘板、第二绝缘侧导电板、二极管、第二碟簧侧导电板、第二碟簧套、2个第二碟簧和4个定位销；

所述绝缘侧压板、第二绝缘板、第二绝缘侧导电板、二极管和第二碟簧侧导电板从下至上依次排列，所述二极管的阳极贴在第二绝缘侧导电板上，其阴极贴在第二碟簧侧导电板上，且绝缘侧压板与第二绝缘板之间、第二绝缘板与第二绝缘侧导电板之间、第二绝缘侧导电板与二极管之间、二极管与第二碟簧侧导电板之间均通过定位销固定；所述第二碟簧套位于第二碟簧侧导电板的定位座上，2个第二碟簧均套在第二碟簧套上；所述碟簧侧压板压在2个第二碟簧上，且所述碟簧侧压板通过紧固螺钉固定在绝缘侧压板的螺纹孔上。

所述第五二极管压装结构还包括第二绝缘板、第三绝缘侧导电板、二极管、第三碟簧侧导电板、第二碟簧套、2个第二碟簧和4个定位销；

所述绝缘侧压板、第二绝缘板、第三绝缘侧导电板、二极管和第三碟簧侧导电板从下至上依次排列，所述二极管的阴极贴在第三绝缘侧导电板上，其阳极贴在第三碟簧侧导电板上，且绝缘侧压板与第二绝缘板之间、第二绝缘板与第三绝缘侧导电板之间、第三绝缘侧导电板与二极管之间、二极管与第三碟簧侧导电板之间均通过定位销固定；所述第二碟簧套位于第三碟簧侧导电板的定位座上，2个第二碟簧均套在第二碟簧套上；所述碟簧侧压板压在2个第二碟簧上，且所述碟簧侧压板通过紧固螺钉固定在绝缘侧压板的螺纹孔上。

所述阻尼电阻R1的两个端子分别与第三绝缘侧导电板和第三碟簧侧导电板固定。

所述第一二极管压装结构中二极管的阳极和第二二极管压装结构中二极管的阴极均连接进线母排，所述第三二极管压装结构中二极管的阳极和第四二极管压装结构中二极管的阴极均连接出线母排。

与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有以下有益效果：

本实用新型提供的用于断路器的二极管全桥模块设有两个IGBT压装结构、五个二极管压装结构、阻尼电阻R1、阻尼电容C和阻尼电阻R2，且五个二极管压装结构均设有碟簧侧压板和绝缘侧压板，两个IGBT压装结构共用E极导电板和C极导电板，最终实现了断路器中转移支路的二极管全桥模块的压装；

本实用新型提供的技术方案只需进线母排a、出线母排b、第一电容连接母排c和第二电容连接母排d共四根母排，且在应用的过程中，相邻两个二极管全桥模块之间电气连接只需一个母排；

本实用新型提供的二极管全桥模块中IGBT压装结构将大碟簧压装分散为小碟簧压装，减小了压装机构厚度；

本实用新型提供的技术方案中的第一IGBT压装结构和第二IGBT压装结构共用的C极导电板连接第一二极管压装结构中二极管的阴极、第三二极管压装结构中二极管的阴极以及第五二极管压装结构中二极管的阳极；第一IGBT压装结构和第二IGBT压装结构共用的E极导电板连接第二二极管压装结构中二极管的阳极和第四二极管压装结构中二极管的阳极，还连接阻尼电容C，通过上述共用的C极导电板和E极导电板省去了大部分单元内部的电气连接线，电气连接简单，且减少了电气连接线的数量；

本实用新型提供的二极管全桥模块中只需要两个IGBT压装结构，与现有技术的IGBT全桥模块相比，成本大大降低；

本实用新型提供的技术方案巧妙地将多个元器件集成为一体，整体结构紧凑以二极管全桥模块为单元进行安装和拆卸，使得二极管全桥模块能够快速的进行装配，且可以方便的进行维护。

附图说明

图1是现有技术中二极管全桥电气拓扑图；

图2是本实用新型实施例中用于断路器的二极管全桥模块电气拓扑图；

图3是本实用新型实施例中用于断路器的二极管全桥模块结构图；

图4是本实用新型实施例中IGBT压装结构示意图；

图5是本实用新型实施例中IGBT压装结构剖视图；

图6是本实用新型实施例中第一碟簧局部放大图；

图7是本实用新型实施例中无C极压板的IGBT压装结构示意图；

图8是本实用新型实施例中无C极压板的IGBT压装结构剖视图；

图9是本实用新型实施例中二极管压装结构剖视图；

图10是本实用新型实施例中二极管压装结构电气连接方式示意图；

图中，1、第一二极管压装结构，2、第二二极管压装结构，3、第三二极管压装结构，4、第四二极管压装结构，5-第五二极管压装结构，6、第一IGBT压装结构，7、第二IGBT压装结构，8、C极导电板，9、E极导电板，10、进线母排，11、出线母排，12、阻尼电阻R1，13、第一电容连接母排，14、第二电容连接母排，15、阻尼电容C，16、E极压板，17、第一绝缘板，18、IGBT，19、压装钢板，20、C极压板，21、用于将C极压板固定在E极压板上的紧固螺钉，22、第一碟簧，23、第一碟簧套，24、定位销，25、绝缘侧压板，26、第二绝缘板，27、二极管，28、碟簧侧导电板，29、第二碟簧套，30、第二碟簧，31、碟簧侧压板，32、阻尼电阻R2，33、绝缘侧导电板，34、用于将第一碟簧套固定在C极导电板上的紧固螺钉，35、用于将碟簧侧压板固定在绝缘侧压板上的紧固螺钉。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

目前已有的断路器的转移支路多为IGBT全桥结构，由于IGBT成本较高，所以设备成本将增加，如果能将IGBT数量减半，变为二极管全桥，成本将会减少近一半。二极管全桥方案中需较多的压装半导体器件，目前已有方案均采用大组件压装方式，采用大组件压装方式情况下，二极管全桥内元器件间连接线难度大，给二极管全桥的装配和维护带来很大困难，不利于设备的安装及维护，若能将每个全桥模块设计为单个子模块，上下级之间只连接一个母排，安装和维修只需装拆单个子模块，转移支路的安装就较方便，且比较容易维护。

本实用新型实施例针对上述技术问题提供了一种用于断路器的二极管全桥模块，该二极管全桥模块的电气拓扑图如图2所示，其中的a表示进线母排，b表示出线母排，D1、D2、D3、D4、D5分别为二极管，C为阻尼电容，R1和R2均为阻尼电阻。

阻尼电容C在IGBT1和IGBT2闭锁后成为蓄流元件，直至电压升高至避雷器动作，阻尼电阻R1、阻尼电阻R2分别并联在二极管D5和阻尼电容C两侧，其电流流动方向为：

1、电流从a进入的路径为：a→二极管D1→IGBT1、IGBT2→二极管D4→b；

2、电流从b进入的路径为：b→二极管D3→IGBT1、IGBT2→二极管D2→a；

3、IGBT1和IGBT2闭锁后，电流从a进入的路径为：a→二极管D1→二极管D5→阻尼电容C→二极管D4→b；

4、IGBT1和IGBT2闭锁后，电流从b进入的路径为：b→二极管D3→二极管D5→阻尼电容C→二极管D2→a。

针对于图2所示的二极管全桥模块的电气拓扑图，本实用新型实施例提供的用于断路器的二极管全桥模块具体的压装结构如图3所示，主要包括IGBT压装结构和二极管压装结构，其中的IGBT压装结构包括第一IGBT压装结构6和第二IGBT压装结构7，其中的二极管压装结构包括第一二极管压装结构1、第二二极管压装结构2、第三二极管压装结构3、第四二极管压装结构4和第五二极管压装结构5，除了上述IGBT压装结构和二极管压装结构以外，本实用新型实施例提供的用于断路器的二极管全桥模块具体的压装结构还包括第五二极管压装结构5并联的阻尼电阻R1 12、阻尼电容C 15以及与阻尼电容C 15并联的阻尼电阻R2；

其中的第一二极管压装结构1、第二二极管压装结构2、第三二极管压装结构3、第四二极管压装结构4和第五二极管压装结构5均包括碟簧侧压板和绝缘侧压板，第一IGBT压装结构6和第二IGBT压装结构7共用E极导电板9和C极导电板8，连接关系具体如下：

上述的第一二极管压装结构1、第四二极管压装结构4、第二二极管压装结构2和第三二极管压装结构3依次排列，如图10所示，第一二极管压装结构1、第三二极管压装结构3和第五二极管压装结构5的碟簧侧压板均与第一IGBT压装结构6和第二IGBT压装结构7共用的C极导电板8连接，第二二极管压装结构2和第四二极管压装结构4的绝缘侧压板均与第一IGBT压装结构6和第二IGBT压装结构7共用的E极导电板9连接，第一二极管压装结构1的绝缘侧压板和第二二极管压装结构2的碟簧侧压板均连接进线母排10，第三二极管压装结构3的绝缘侧压板和第四二极管压装结构4的碟簧侧压板均连接出线母排11，第五二极管压装结构5的绝缘侧压板连接第一电容连接母排13，第一IGBT压装结构6和第二IGBT压装结构7共用的E极导电板9还与第二电容连接母排14。

上述第一IGBT压装结构6和第二IGBT压装结构7共用的C极导电板8连接第一二极管压装结构1中二极管的阴极、第三二极管压装结构3中二极管的阴极以及第五二极管压装结构5中二极管的阳极；上述第一IGBT压装结构6和第二IGBT压装结构7共用的E极导电板9连接第二二极管压装结构2中二极管的阳极和第四二极管压装结构4中二极管的阳极，还连接阻尼电容C 15，上述连接关系省去了大部分单元内部的电气连接线。另外，如图2和图3所示，本实用新型实施例提供的用于断路器的二极管全桥模块具体的压装结构只需要a、b、c、d共四根母排，a为进线母排，b为出线母排，c、d为电容连接母排，分别记为第一电容连接母排和第二电容连接母排。其中进线母排a连接第一二极管压装结构1中二极管的阳极和第二二极管压装结构2中二极管的阴极，其中的出线母排b连接第三二极管压装结构3中二极管的阳极和第四二极管压装结构4中二极管的阴极。相邻两个二极管全桥模块间电气连接只能将本级的a母排或b母排与下一级的b母排或a母排相连。

IGBT压装结构的压装结构如图4和图5所示，IGBT压装结构包括第一IGBT压装结构6和第二IGBT压装结构7，均包括E极导电板9、C极导电板8、E极压板16、第一绝缘板17、IGBT 18、压装钢板19、C极压板20、6个第一碟簧套23和24个第一碟簧22。第一碟簧22的局部放大图如图6所示，每个第一碟簧套23上套有4个第一碟簧22，4个第一碟簧22呈2叠2对方式布置。

具体的，第一IGBT压装结构6除了包括E极导电板9和C极导电板8，还包括E极压板、第一绝缘板、IGBT1、压装钢板、C极压板、6个第一碟簧套和24个第一碟簧；

上述第一IGBT压装结构6中的E极压板、第一绝缘板和E极导电板9从下至上依次排列，IGBT1的E极贴在E极导电板9上，C极导电板8压在IGBT1的C极上，压装钢板和6个第一碟簧套通过紧固螺钉34固定在C极导电板8上，C极压板压在第一碟簧上，且C极压板通过紧固螺钉21固定在E极压板的螺纹孔上。

上述的第二IGBT压装结构7除了包括E极导电板9和C极导电板8，还包括E极压板、第一绝缘板、IGBT2、压装钢板、C极压板、6个第一碟簧套和24个第一碟簧；

上述第二IGBT压装结构7中的E极压板、第一绝缘板和E极导电板9从下至上依次排列，IGBT2的E极贴在E极导电板9上，C极导电板8压在IGBT2的C极上，压装钢板和6个第一碟簧套通过紧固螺钉34固定在C极导电板8上，C极压板压在第一碟簧上，且C极压板通过紧固螺钉21固定在E极压板的螺纹孔上。

若去掉图5中的C极压板，无C极压板的IGBT压装结构如图7和图8所示，IGBT压装结构的安装过程如下：

第一IGBT压装结构6和第二IGBT压装结构7中各自的第一绝缘板分别放在各自的E级压板上，E级导电板放在两块第一绝缘板上，将IGBT1和IGBT2各自的E级贴在E级导电板上，C级导电板则压在IGBT1和IGBT2各自的C级上，用12个紧固螺钉34将12个第一碟簧套和两块压装钢板拧在C级导电板上，在每个第一碟簧套上套4个第一碟簧(采用2叠2对方式布置)，最后将两块C级压板压在第一碟簧上，对两块C级压板施加压装力，第一碟簧变形，将两块C级压板通过12个紧固螺钉34拧在E级压板的螺纹孔上(即将其中6个紧固螺钉34穿过第一IGBT压装结构6中的C级压板，通过6个紧固螺钉34将第一IGBT压装结构6中的C级压板拧在第一IGBT压装结构6中的E级压板的螺纹孔上，同理，将剩余6个紧固螺钉34穿过第二IGBT压装结构7中的C级压板，通过剩余6个紧固螺钉34将第二IGBT压装结构7中的C级压板拧在第二IGBT压装结构7中的E级压板的螺纹孔上)，即可卸掉压力，12个紧固螺钉34固定了第一IGBT压装结构6和第二IGBT压装结构7各自中C级压板和E级压板的相对位置，第一碟簧的变形不变，压力即可保持。

二极管压装结构如图9所示，各个二极管压装结构相似，均包括碟簧侧压板、绝缘侧压板、第二绝缘板、绝缘侧导电板、二极管、碟簧侧导电板、第二碟簧套、2个第二碟簧和4个定位销。对碟簧侧压板施加压装力，第二碟簧变形，2个紧固螺钉35穿过碟簧侧压板，通过2个紧固螺钉35将碟簧侧压板拧在绝缘侧压板的螺纹孔上，卸掉压力，2个紧固螺钉35固定了碟簧侧压板和绝缘侧压板的相对位置，第二碟簧变形不变，压力保持。

二极管压装结构中的第一二极管压装结构1、第二二极管压装结构2、第三二极管压装结构3、第四二极管压装结构4和第五二极管压装结构5均包括碟簧侧压板31、绝缘侧压板25、第二绝缘板26、绝缘侧导电板33、二极管27、碟簧侧导电板28、第二碟簧套29、2个第二碟簧30和4个定位销。

各个二极管压装结构除碟簧侧导电板和绝缘侧导电板结构有所不同外，其他结构都相同。为了区分上述不同，由于第一二极管压装结构1和第三二极管压装结构3中的碟簧侧导电板和绝缘侧导电板相同，所以将第一二极管压装结构1和第三二极管压装结构3中的碟簧侧导电板和绝缘侧导电板分别命名为第一碟簧侧导电板和第一绝缘侧导电板；由于第二二极管压装结构2和第四二极管压装结构4中的碟簧侧导电板和绝缘侧导电板相同，所以将第二二极管压装结构2和第四二极管压装结构4中的碟簧侧导电板和绝缘侧导电板分别命名为第二碟簧侧导电板和第二绝缘侧导电板；由于第五二极管压装结构5中的碟簧侧导电板和绝缘侧导电板与上述两类均不相同，所以将第五二极管压装结构5中的碟簧侧导电板和绝缘侧导电板分别命名为第三碟簧侧导电板和第三绝缘侧导电板。

二极管压装结构中的第一二极管压装结构1和第三二极管压装结构3除了包括碟簧侧压板和绝缘侧压板，还包括第二绝缘板、第一绝缘侧导电板、二极管、第一碟簧侧导电板、第二碟簧套、2个第二碟簧和4个定位销；

其中绝缘侧压板、第二绝缘板、第一绝缘侧导电板、二极管和第一碟簧侧导电板从下至上依次排列，二极管的阳极贴在第一绝缘侧导电板上，其阴极贴在第一碟簧侧导电板上，且绝缘侧压板与第二绝缘板之间、第二绝缘板与第一绝缘侧导电板之间、第一绝缘侧导电板与二极管之间、二极管与第一碟簧侧导电板之间均通过定位销固定；第二碟簧套位于第一碟簧侧导电板的定位座上，2个第二碟簧均套在第二碟簧套上；碟簧侧压板压在2个第二碟簧上，且碟簧侧压板通过紧固螺钉35固定在绝缘侧压板的螺纹孔上。

上述的第二二极管压装结构2和第四二极管压装结构4除了包括碟簧侧压板和绝缘侧压板，还包括第二绝缘板、第二绝缘侧导电板、二极管、第二碟簧侧导电板、第二碟簧套、2个第二碟簧和4个定位销；

其中绝缘侧压板、第二绝缘板、第二绝缘侧导电板、二极管和第二碟簧侧导电板从下至上依次排列，二极管的阳极贴在第二绝缘侧导电板上，其阴极贴在第二碟簧侧导电板上，且绝缘侧压板与第二绝缘板之间、第二绝缘板与第二绝缘侧导电板之间、第二绝缘侧导电板与二极管之间、二极管与第二碟簧侧导电板之间均通过定位销固定；第二碟簧套位于第二碟簧侧导电板的定位座上，2个第二碟簧均套在第二碟簧套上；碟簧侧压板压在2个第二碟簧上，且碟簧侧压板通过紧固螺钉35固定在绝缘侧压板的螺纹孔上。

上述的第五二极管压装结构5除了包括碟簧侧压板和绝缘侧压板，还包括第二绝缘板、第三绝缘侧导电板、二极管、第三碟簧侧导电板、第二碟簧套、2个第二碟簧和4个定位销；

其中绝缘侧压板、第二绝缘板、第三绝缘侧导电板、二极管和第三碟簧侧导电板从下至上依次排列，二极管的阴极贴在第三绝缘侧导电板上，其阳极贴在第三碟簧侧导电板上，且绝缘侧压板与第二绝缘板之间、第二绝缘板与第三绝缘侧导电板之间、第三绝缘侧导电板与二极管之间、二极管与第三碟簧侧导电板之间均通过定位销固定；第二碟簧套位于第三碟簧侧导电板的定位座上，2个第二碟簧均套在第二碟簧套上；碟簧侧压板压在2个第二碟簧上，且碟簧侧压板通过紧固螺钉35固定在绝缘侧压板的螺纹孔上。

上述的阻尼电阻R1 12的两个端子分别与第三绝缘侧导电板和第三碟簧侧导电板固定。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。