一种新型三电平水冷功率模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于半导体开关技术领域，提供了一种新型三电平水冷功率模块，它适用于3?27MVA大功率变流器中，可广泛应用于中压传动领域。
【背景技术】
[0002]在中小功率变流器中，采用的是小功率的电力电子器件，器件的应用技术成熟，裕量足够高，失效率低，整个系统的可靠性较高。然而，大容量变流器由于集高电压和大电流于一体，器件欲量不足，杂散参数影响大，器件发热量大，散热困难，使得变流器的可靠性大大降低，成为其全面推广的障碍。
【实用新型内容】
[0003]针对上述大容量变流器存在的诸多问题，本实用新型提供了一种新型三电平水冷功率模块，通过将三电平桥臂集成到单独模块中，再配上驱动电路，提供一种元件布局更加合理、结构更加紧凑、散热能力更高的实施方案。
[0004]一种新型三电平水冷功率模块，包括左金属框架、右金属框架、压装机构、支路母排组、方形水冷散热器、绝缘子和电路的电力电子器件。
[0005]电力电子器件包括IGCT(集成门极换流晶闸管)元件、中点箝位二极管、中点箝位电阻、反并联续流二极管以及吸收电路;吸收电路包括箝位吸收电抗器、箝位吸收电阻、箝位吸收二极管、箝位吸收电容、以及箝位电容反并联吸收电阻；
[0006]通过压装机构压接三个相互平行的功率串固定在左金属框架和右金属框架上。第一个功率串中的电力电子器件为IGCT元件，通过压装机构把支路母排组、IGCT元件、方形水冷散热器和绝缘子组合压接成第一功率串；第二个功率串中的电力电子器件为反并联续流二极管，通过压装机构把支路母排组、反并联续流二极管、方形水冷散热器和绝缘子组合压接成第二功率串；第三个功率串中的电力电子器件为箝位吸收二极管和中点箝位二极管，通过压装机构把支路母排组、箝位吸收二极管、中点箝位二极管、方形水冷散热器和绝缘子组合压接成第三功率串。箝位吸收电阻在第三个功率串的下方分布;箝位吸收电抗器分布在左金属框架和右金属框架的外侧；箝位吸收电容由支路母排组固定在第三功率串的后部;箝位电容并联吸收电阻固定在箝位吸收电容的两端；中点箝位电阻由铜母排固定在第一个功率串的方形水冷散热器上。
[0007]所述的三电平水冷功率模块具有四类接口:由四个分别固定在左金属框架和右金属框架上的支撑绝缘子构成的机械接口，用于将功率模块固定在柜体上;功率电路接口，用于电气连接；由固定在左金属框架和右金属框架上的供水母管和回水母管构成的水路接口，用于与外部循环冷却水路相连；由IGCT元件引出的控制电路接口，用于与外部控制系统相连。
[0008]所述的压装机构由弹簧导杆、垫片、碟形弹簧、外六角细牙压力螺钉和顶块连接组成。
[0009]所述的三电平水冷功率模块，构成其水路接口的供水母管和回水母管，安装在第一功率串的下方，供水母管和回水母管上面分布有水接头，固定毛细软管同各个方形水冷散热器、箝位吸收电阻、箝位吸收电抗器相连并导通，形成一套封闭的循环水路。所述的三电平水冷功率模块，在其后部布置由P相进线母排、P相出线母排组、Μ相出线母排、N相出线母排组和Ν相进线母排构成的功率电路接口。
[0010]所述的左金属框架和右金属框架之间固定有绝缘支撑杆，相邻的功率串之间相隔有绝缘支撑杆。所述的方形水冷散热器，通过拉弹簧和勾销与绝缘支撑杆连接;在方形水冷散热器的上面钻孔以固定水接头;在方形水冷散热器上靠近非压装的两个侧面与上面的交线处位置分别钻孔，并加工成90°的通孔，以固定拉弹簧的一端;拉弹簧的另一端通过勾销固定在绝缘支撑杆上。
[0011 ]所述的绝缘支撑杆是把一个通长金属螺杆预埋到绝缘材料里面，以模具的形式浇注而成;固定在绝缘支撑杆的加工沉孔内的勾销以模具的形式浇注而成。
[0012]本实用新型提供的新型三电平水冷功率模块的优点在于:采用了独特的三个相互平行的功率串式的设计，可以减小该换流回路的等效电感。同时还有利于功率模块的维护、检修与元件更换。采用的四类接口，可分别独立正常工作，相互不干扰各自的运行。采用水冷的方式冷却电力电子器件，提高了散热效率。功率模块的结构紧凑，空间尺寸小，组装简单、方便。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的三电平水冷功率模块的电路图；
[0014]图2为本实用新型的三电平水冷功率模块结构的俯视图；
[0015]图3为本实用新型的三电平水冷功率模块结构的后视图；
[0016]图4为本实用新型的三电平水冷功率模块中压装机构的结构示意图。
[0017]图中:
[0018]1-左金属框架;2-1GCT元件;3-反并联续流二极管;4_箝位吸收二极管;5_中点箝位二极管;6-箝位吸收电容;7-拉弹簧;8-勾销;9-右金属框架;10-压装机构；11-绝缘子；
[0019]12-支路母排组;13-方形水冷散热器;14-绝缘支撑杆;15-箝位吸收电抗器;16-供水母管；17-回水母管；18-箝位吸收电阻；19-Ρ相进线母排;20-Ρ相出线母排组;21-Μ相出线母排;22-Ν相出线母排组;23-Ν相进线母排;24-支撑绝缘子;25-弹簧导杆;26-垫片；
[0020]27-碟形弹簧;28-外六角细牙压力螺钉;29-顶块;30-电位电容并联吸收电阻;31-中点箝位电阻。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。
[0022]如图1所示，为本实用新型的新型三电平水冷功率模块的电路原理图。所述的三电平水冷功率模块的电力电子器件包括IGCT(集成门极换流晶闸管)元件、中点箝位二极管、中点箝位电阻、反并联续流二极管以及吸收电路。其中，L1-L2为箝位吸收电抗器，R1-R4为箝位吸收电阻，D1-D2为箝位吸收二极管，C1-C4为箝位吸收电容，R5-R6为箝位电容反并联吸收电阻，D3-D4为中点箝位二极管，R7-R10为中点箝位电阻，D5-D8为反并联续流二极管，S1-S4为IGCT元件。IGCT为使用的主功率电力电子器件。
[0023]两个中点箝位二极管D3和D4串联，标记D3和D4之间的连接点为a。四个中点箝位电阻R7、R8、R9和R10串联。四个反并联续流二极管D5、D6、D7、D8串联，标记D6和D7之间的连接点为b，标记D5和D6之间的连接点为c，标记D7和D8之间的连接点为d。串联的两个中点箝位二极管与串联的四个中点箝位电阻并联，一端连接在c点，一端连接在d点。四个IGCT元件S1、S2、S3和S4串联。每个反并联续流二极管与一个IGCT元件并联。如图1所示，D5和S1并联，一端连接在点e，另一端连接在点c ;D6和S2并联，一端连接在点c，另一端连接在点b ;D7和S3并联，一端连接在点b，另一端连接在点d; D8和S4并联，一端连接在点d，另一端连接在点f。
[0024]吸收电路包括箝位吸收电抗器、箝位吸收电阻、箝位吸收二极管、箝位吸收电容以及箝位电容反并联吸收电阻。吸收电路为左右对称结构。左侧结构，箝位吸收电抗器L1与箝位吸收二极管D1串联，再与箝位吸收电阻R1、R2并联。箝位吸收电抗器L1与箝位吸收二极管D1连接的一端连接在点e，箝位吸收二极管D1与电阻R1、R2连接的一端标记为点g。箝位吸收电容C1和C2并联，并联一端连接在点g，另一端连接在点a。箝位电容反并联吸收电阻R5串联在点g和点a之间。右侧结构和左侧结构类似，箝位吸收电抗器L2与箝位吸收二极管D2串联，再与箝位吸收电阻R3、R4并联。箝位吸收电抗器L2与箝位吸收二极管D2连接的一端连接在点f，箝位吸收二极管D2与电阻R3、R4连接的一端标记为点h。箝位吸收电容C3和C4并联，并联一端连接在点h，另一端连接在点a。箝位电容反并联吸收电阻R6串联在点h和点a之间。
[0025]图2和图3为本实用新型三电平水冷功率模块的一种实施方式。新型三电平水冷功率模块包括:左金属框架1、右金属框架9、压装机构10、支路母排组12、方形水冷散热器13、绝缘子11和电路的电力电子器件。
[0026]电路所用的电力电子器件如图1所示，对电力电子器件的标号是:IGCT元件2、反并联续流二极管3、箝位吸收二极管4、中点箝位二极管5、箝位吸收电容6、箝位吸收电阻18、箝位吸收电抗器15、箝位电容并联吸收电阻30、中点箝位电阻31。
[0027]本实用新型采用左金属框架1和右金属框架9为左、右两侧的支撑，通过压装机构10压接三个相互平行的功率串固定在左金属框架1和右金属框架9上。第一个功率串中的电力电子器件为IGCT元件2，通过压装机构10把支