一种用于断路器的IGBT全桥对称低感模块的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种用于断路器的igbt全桥对称低感模块。

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桥低感模块串联构成；其中的转移支路由多极igbt全桥对称低感模块串联构成，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全桥对称低感和二极管全桥对称低感两类，图1为现有断路器转移支路中采用的igbt全桥对称低感模块的电气拓扑图。图1所示的igbt全桥对称低感存在以下两个问题：

1)igbt全桥对称低感中元器件数量多，电气连接复杂；igbt全桥对称低感中电气拓扑如图1所示，每个igbt全桥对称低感单元包括4个igbt、1个电阻和1个电容，它们之间共需要10根电气连接线；

2)igbt全桥对称低感中4个igbt都需要较大压装力满足其电气性能，igbt作为大电流高电压开关管应用时，必须采用适当的类似于可控硅的压装方式，同时开关过程中会产生很高的开关过电压，必须采用rcd吸收电路。但是现有技术中的igbt压装结构的设计不合理，导致回路变长，寄生电感变大，关断时电压应力增大，并且结构外观也不能满足实际应用需求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于断路器的igbt全桥对称低感模块，以解决现有igbt全桥对称低感模块电气连接复杂且寄生电感大的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种用于断路器的igbt全桥对称低感模块，所述igbt全桥对称低感模块包括：第一igbt压装结构、第二igbt压装结构、阻尼电容、阻尼电阻和连接母排组；所述第一igbt压装结构和所述第二igbt压装结构平行排列；

所述第一igbt压装结构压接2只igbt，分别为1号igbt和2号igbt；所述1号igbt的c极和所述2号igbt的c极通过共c极导电板连接；

所述第二igbt压装结构压接2只igbt，分别为3号igbt和4号igbt；所述3号igbt的e极和所述4号igbt的e极通过共e极导电板连接；

所述连接母排组包括1号c极e极连接母排、2号c极e极连接母排、1号阻尼电容母排和2号阻尼电容母排；所述1号igbt的e极通过所述1号c极e极连接母排与所述3号igbt的c极连接；所述2号igbt的e极通过所述2号c极e极连接母排与所述4号igbt的c极连接；

所述阻尼电容的一端通过所述1号阻尼电容母排与所述共c极导电板连接，所述阻尼电容的另一端通过所述2号阻尼电容母排与所述共e极导电板连接；所述阻尼电阻与所述阻尼电容并联。

可选的，所述第一igbt压装结构包括依次连接的第一首端法兰、第一碟簧组、第一固定圆铝、2号e极导电板、2号igbt、共c极导电板、1号igbt、1号e极导电板、第一导向导杆、第一导向套管和第一尾端法兰。

可选的，所述第一igbt压装结构还包括1号环氧绝缘支撑板和2号环氧绝缘支撑板；所述1号环氧绝缘支撑板的首端和所述所述2号环氧绝缘支撑板的首端分别与所述第一首端法兰的两端固定连接；所述1号环氧绝缘支撑板的尾端和所述所述2号环氧绝缘支撑板的尾端分别与所述第一尾端法兰的两端固定连接；所述1号环氧绝缘支撑板和所述2号环氧绝缘支撑板平行。

可选的，所述1号igbt的e极贴在所述1号e极导电板上；所述2号igbt的e极贴在所述2号e极导电板上；所述共c极导电板的一端压在所述1号igbt的c极上，所述共c极导电板的另一端压在所述2号igbt的c极上。

可选的，所述第二igbt压装结构包括依次连接的第二首端法兰、第二碟簧组、第二固定圆铝、4号c极导电板、4号igbt、共e极导电板、3号igbt、3号c极导电板、第二导向导杆、第二导向套管和第二尾端法兰。

可选的，所述第二igbt压装结构还包括3号环氧绝缘支撑板和4号环氧绝缘支撑板；所述3号环氧绝缘支撑板的首端和所述所述4号环氧绝缘支撑板的首端分别与所述第二首端法兰的两端固定连接；所述3号环氧绝缘支撑板的尾端和所述所述4号环氧绝缘支撑板的尾端分别与所述第二尾端法兰的两端固定连接；所述3号环氧绝缘支撑板和所述4号环氧绝缘支撑板平行。

可选的，所述3号igbt的c极贴在所述3号c极导电板上；所述4号igbt的c极贴在所述4号c极导电板上；所述共e极导电板的一端压在所述3号igbt的e极上，所述共e极导电板的另一端压在所述4号igbt的e极上。

可选的，所述1号c极e极连接母排的一端与所述1号e极导电板连接，所述1号c极e极连接母排的另一端与所述3号c极导电板连接；所述2号c极e极连接母排的一端与所述2号e极导电板连接，所述2号c极e极连接母排的另一端与所述4号c极导电板连接。

可选的，所述1号阻尼电容母排的一端与所述阻尼电容的一端连接，所述1号阻尼电容母排的另一端与所述共c极导电板连接；所述2号阻尼电容母排的一端与所述阻尼电容的另一端连接，所述2号阻尼电容母排的另一端与所述共e极导电板连接。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种用于断路器的igbt全桥对称低感模块，包括第一igbt压装结构、第二igbt压装结构、阻尼电容、阻尼电阻和连接母排组；其中单个igbt压接结构一次压接两只igbt，两个igbt压装结构压接igbt器件时分别采用共用c极和共用e极两种压接方式，并利用短母排，将阻尼电容器分别与共c极导电板和共e极导电板电气连接，最终实现了断路器中转移支路的igbt全桥对称低感模块的压装。本发明提供的技术方案结合igbt全桥对称低感电路及igbt器件特点，其采用的器件共c极与共e极的压接方式省去了大部分单元内部的电气连接线，减少了电气连接线的数量。另外，器件共c极与共e极的压接方式为阻尼电容c和阻尼电阻r的紧凑化安装提供了极大的便利，使用短母排即可将二者与共c极导电板和共e极导电板电气连接，进一步减少了电气连接线的尺寸。此外，本发明提供的igbt全桥对称低感模块空间结构完全对称，因此4只igbt电气应力相同，因此简化了器件承受应力考核分析。且对于本发明对称的igbt全桥对称低感模块，其正向工作模式与反向工作模式相同，工程使用十分便利。本发明提供的技术方案使得用于断路器转移支路的igbt全桥对称低感模块的支路电感与回路电感大大降低，结构更加紧凑化，空间占用少，且节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据本发明提供的附图获得其他的附图。

图1为现有断路器转移支路中采用的igbt全桥对称低感模块的电气拓扑图；

图2为本发明提供的用于断路器的igbt全桥对称低感模块的电气拓扑图；

图3为本发明提供的用于断路器的igbt全桥对称低感模块的整体结构示意图；

图4为本发明提供的第一igbt压装结构的结构示意图；

图5为本发明提供的第二igbt压装结构的结构示意图；

图6为本发明提供的igbt全桥对称低感模块的压装方式示意图。

图4中，1是1号环氧绝缘支撑板，2是第一尾端法兰，3是第一导向导杆，4是1号igbt，5是2号e极导电板，6是第一首端法兰，7是第一导向套管，8是1号e极导电板，9是阻尼电容器，10是1号阻尼电容母排，11是共c极导电板，12是2号igbt，13是第一固定圆铝，14是第一碟簧组，15是2号环氧绝缘支撑板。

图5中，16是3号环氧绝缘支撑板，17是第二尾端法兰，18是第二导向导杆，19是3号igbt，20是4号c极导电板，21是第二首端法兰，22是第二导向套管，23是3号c极导电板，24是2号阻尼电容母排，25是共e极导电板，26是4号igbt，27是第二固定圆铝，28是第二碟簧组，29是4号环氧绝缘支撑板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用于断路器的igbt全桥对称低感模块，以解决现有igbt全桥对称低感模块电气连接复杂且寄生电感大的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图2为本发明提供的用于断路器的igbt全桥对称低感模块的电气拓扑图。图3为本发明提供的用于断路器的igbt全桥对称低感模块的整体结构示意图。参见图3，本发明提供的所述igbt全桥对称低感模块包括：第一igbt压装结构301、第二igbt压装结构302、阻尼电容9、阻尼电阻(图中未示出)和连接母排组303。所述第一igbt压装结构301和所述第二igbt压装结构302平行排列，且经所述连接母排组303电气连接的两个igbt压装结构镜像对称，保证了器件电气应力相同。从而所述igbt全桥对称低感模块的空间结构完全对称。对于对称的igbt全桥对称低感模块结构而言，其正向工作模式与反向工作模式相同，因此工程使用十分便利。

其中，所述第一igbt压装结构301中压装的两只压接igbt共用c极导电板，所述第二igbt压装结构302中压装的两只igbt共用e极导电板。第一、第二igbt压装结构中，igbt器件水平相对。所述第一igbt压装结构中，共c极导电板两侧各压接一只igbt。所述第二igbt压装结构中，所述共e极导电板两侧各压接一只igbt。所述共c极导电板与所述共e极导电板水平相对。所述第一igbt压装结构的共e极导电板与所述第二igbt压装结构的共c极导电板分别通过短母排与阻尼电容9水平连接。所述共e极导电板与阻尼电容9通过母排连接，所述共c极导电板与阻尼电容9通过母排连接，阻尼电阻与阻尼电容9并联。

图4为本发明提供的第一igbt压装结构的结构示意图。所述第一igbt压装结构301压接2只igbt，分别为1号igbt和2号igbt；所述1号igbt的c极和所述2号igbt的c极通过共c极导电板连接。

参见图4，所述第一igbt压装结构301包括依次连接的第一首端法兰6、第一碟簧组14、第一固定圆铝13、2号e极导电板5、2号igbt12、共c极导电板11、1号igbt4、1号e极导电板8、第一导向导杆3、第一导向套管7和第一尾端法兰2。所述第一igbt压装结构301还包括1号环氧绝缘支撑板1和2号环氧绝缘支撑板15；所述1号环氧绝缘支撑板1的首端和所述所述2号环氧绝缘支撑板15的首端分别与所述第一首端法兰6的两端固定连接；所述1号环氧绝缘支撑板1的尾端和所述所述2号环氧绝缘支撑板15的尾端分别与所述第一尾端法兰2的两端固定连接；所述1号环氧绝缘支撑板1和所述2号环氧绝缘支撑板12平行。

图4中，1号环氧绝缘支撑板1和2号环氧绝缘支撑板15的尾端分别与所述第一尾端法兰2的两端通过紧固螺钉紧固，1号环氧绝缘支撑板1和2号环氧绝缘支撑板15的首端分别与所述第一首端法兰6的两端通过紧固螺钉紧固。所述第一导向套管7的一端套在所述第一尾端法兰2上，所述第一导向导杆3从所述第一导向套管7的另一端伸出。所述第一导向导杆3与所述1号e极导电板8通过圆心定位销同心压接。所述1号e极导电板8与所述1号igbt4通过圆心定位销同心压接。所述1号igbt4与所述共c极导电板11通过圆心定位销同心压接。所述共c极导电板11与所述2号igbt12通过定位销同心压接。所述2号igbt12与所述2号e极导电板5通过圆心定位销同心压接。所述2号e极导电板5与所述第一固定圆铝13通过圆心定位销同心压接。所述第一碟簧组14套装在所述第一首端法兰6上，所述第一首端法兰6嵌套于所述第一固定圆铝13的圆心定位孔。所述第一碟簧组14包括3对碟簧垫片。

其中，所述1号igbt4的e极贴在所述1号e极导电板8上；所述2号igbt12的e极贴在所述2号e极导电板5上。所述共c极导电板11的一端压在所述1号igbt4的c极上，所述共c极导电板11的另一端压在所述2号igbt12的c极上。

图5为本发明提供的第二igbt压装结构的结构示意图。所述第二igbt压装结构302压接2只igbt，分别为3号igbt和4号igbt；所述3号igbt的e极和所述4号igbt的e极通过共e极导电板连接。

参见图5，所述第二igbt压装结构302包括依次连接的第二首端法兰21、第二碟簧组28、第二固定圆铝27、4号c极导电板20、4号igbt26、共e极导电板25、3号igbt19、3号c极导电板23、第二导向导杆18、第二导向套管22和第二尾端法兰17。所述第二igbt压装结构302还包括3号环氧绝缘支撑板16和4号环氧绝缘支撑板29；所述3号环氧绝缘支撑板16的首端和所述所述4号环氧绝缘支撑板29的首端分别与所述第二首端法兰21的两端固定连接；所述3号环氧绝缘支撑板16的尾端和所述所述4号环氧绝缘支撑板29的尾端分别与所述第二尾端法兰17的两端固定连接；所述3号环氧绝缘支撑板16和所述4号环氧绝缘支撑板29平行。

图5中，3号环氧绝缘板16和4号环氧绝缘板29的尾端分别与所述第二尾端法兰17的两端通过紧固螺钉紧固；3号环氧绝缘板16和4号环氧绝缘板29的首端分别与所述第二首端法兰21的两端通过紧固螺钉紧固。所述第二导向套管22一端套在所述第二尾端法兰17上，所述第二导向导杆18从所述第二导向套管22的另一端伸出。所述第二导向导杆18与所述3号c极导电板23通过圆心定位销同心压接。所述3号e极导电板23与所述3号igbt19通过圆心定位销同心压接。所述3号igbt19与所述共e极导电板25通过圆心定位销同心压接。所述共e极导电板25与所述4号igbt26通过定位销同心压接。所述4号igbt26与所述4号c极导电板20通过圆心定位销同心压接。所述4号c极导电板20与所述第二固定圆铝27通过圆心定位销同心压接。所述第二碟簧组28套装在第二首端法兰21上，所述第二首端法兰21嵌套在第二固定圆铝27的圆心定位孔上。

其中，所述3号igbt19的c极贴在所述3号c极导电板23上；所述4号igbt26的c极贴在所述4号c极导电板20上。所述共e极导电板25的一端压在所述3号igbt19的e极上，所述共e极导电板25的另一端压在所述4号igbt26的e极上。

图6为本发明提供的igbt全桥对称低感模块的压装方式示意图。如图6所示，所述连接母排组303包括1号c极e极连接母排30、2号c极e极连接母排31、1号阻尼电容母排10和2号阻尼电容母排24。图6中，23是第二igbt压接结构302的3号c极导电板，25是第二igbt压接结构302的共e极导电板，30是第二igbt压接结构302的4号c极导电板，24是2号阻尼电容母排，30是1号c极、e极连接母排，10是1号阻尼电容母排，5是第一igbt压接结构301的2号e极导电板，8是第一igbt压接结构301的1号e极导电板，11是第一压接结构301的共c级导电板，31是2号c极、e极连接母排，24是2号阻尼电容母排。

在电气结构上，所述1号igbt的e极通过所述1号c极e极连接母排与所述3号igbt的c极连接；所述2号igbt的e极通过所述2号c极e极连接母排与所述4号igbt的c极连接。所述阻尼电容的一端通过所述1号阻尼电容母排与所述共c极导电板连接，所述阻尼电容的另一端通过所述2号阻尼电容母排与所述共e极导电板连接；所述阻尼电阻与所述阻尼电容并联。

在实际压装结构上，所述1号c极e极连接母排30的一端与所述1号e极导电板8通过紧固螺定固定，所述1号c极e极连接母排30的另一端与所述3号c极导电板23通过紧固螺定固定。所述2号c极e极连接母排31的一端与所述2号e极导电板5通过紧固螺定固定，所述2号c极e极连接母排31的另一端与所述4号c极导电板20通过紧固螺定固定。

所述阻尼电容9两端连接的短母排包括两只阻尼电容母排，分别为1号阻尼电容母排和2号阻尼电容母排。所述1号阻尼电容母排10的一端与所述阻尼电容9的一端通过紧固螺定固定，所述1号阻尼电容母排10的另一端与所述共c极导电板11通过紧固螺定固定。所述2号阻尼电容母排24的一端与所述阻尼电容9的另一端通过紧固螺定固定，所述2号阻尼电容母排24的另一端与所述共e极导电板25通过紧固螺定固定。

本发明igbt全桥对称低感模块的电气拓扑图如图2所示，其中a表示进线母排，b表示出线母排，igbt1、igbt2、igbt3、igbt4分别表示1号igbt、2号igbt、3号igbt和4号igbt，c为阻尼电容，r为阻尼电阻。

阻尼电容c在igbt1和igbt4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r并联在阻尼电容c两侧，其电流流动方向为：

1、电流从a进入的路径为：a→igbt1→igbt2→b；a→igbt3→igbt4→b；

2、igbt1和igbt4闭锁后，电流从a进入的路径为：a→igbt1→阻尼电容c→igbt4→b；电流从b进入的路径为：b→igbt2→阻尼电容c→igbt3→a。

本发明提供的igbt全桥对称低感模块中，两个igbt压装结构压接igbt器件时分别采用共用c极和共用e极两种压接方式，最终实现了断路器中转移支路的igbt全桥对称低感模块的压装。本发明提供的技术方案结合igbt全桥对称低感电路及igbt器件特点，器件共c极与共e极的压接方式省去了大部分单元内部的电气连接线，减少了电气连接线的数量。本发明提供的器件共c极与共e极的压接方式为阻尼电容c和阻尼电阻r的紧凑化安装提供了极大的便利，使用短母排即可将二者分别与共c极导电板与共e极导电板电气连接，进一步减少了电气连接线的尺寸。

此外，本发明提供的技术方案使得用于断路器转移支路的igbt全桥对称低感模块的支路电感与回路电感大大降低，结构更加紧凑化，空间占用少，且节约成本。本发明提供的igbt全桥对称低感模块巧妙地将多个元器件集成为一体，整体结构紧凑，且便于安装和拆卸，使得igbt全桥对称低感模块能够快速的进行装配，且可以方便的进行维护。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。