一种基于压接式IEGT的三电平大容量水冷变流器组件的制作方法

本实用新型涉及电力电子行业中的NPC三电平变流器领域，尤其涉及基于压接式IEGT的三电平大容量水冷变流器组件。

背景技术：

随着海上风电和能源互联网的兴起，对于紧凑型全控型高压大容量变流器的需求也越来越迫切。目前模块式IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)的电压最高可以做到6500V，电流可以做到750A，相对容量较大的模块电压可以做到4500V，电流可以做到1200A。模块式IGBT的容量限制了高压大容量变流器的容量，为了达到更大容量，比如4MVA以上，必须采用模块式IGBT并联或基于模块式IGBT的拓扑并联。由于模块式IGBT额定电流小且只能单面散热，导致相同大容量下体积和重量较大。IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor,IEGT)是东芝公司推出的商用化双面散热全控器件，目前最高容量达到3000A/4500V，非常适用于高压大容量变流器。

目前见到的采用IEGT的大容量变流器，有发明专利ZL201010121677.2 和ZL201210272186.7，ZL201020128033.1等。但上述专利中存在以下问题：1、采用单面散热压接IEGT,导致散热效果较差，通流能力、防潮能力、防爆性差； 2、上述专利的拓普结构容量较小；3、上述专利中采用的LRCD钳位电路结构复杂。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种基于压接式IEGT的三电平大容量水冷变流器组件,包括阀体框架组件，所述阀体框架组件内设有功率器件，所述功率器件两端与所述阀体框架组件之间设有用于对所述功率器件施加压力的压紧调整机构；所述阀体框架组件侧壁设有AC连接端子，所述AC连接端子与所述功率器件连接，所述阀体框架组件上设有进水管和出水管，所述进水管和出水管与所述功率器件连通。

优选的，所述阀体框架组件包括平行设置的上端板、下端板，所述上端板和下端板之间设有三个绝缘盖体，所述绝缘盖体与所述上端板和下端板形成长方体框架；所述下端板的四角上设有绝缘拉杆，所述绝缘拉杆穿过所述上端板并通过绝缘螺母固定在所述上端板上。

优选的，所述压紧调整机构包括位于所述上端板内侧的碟簧、位于所述下端板上的调整螺钉，所述功率器件一端压于所述碟簧上，另一端与所述下端板之间设有绝缘垫块，所述调整螺钉穿过所述下端板并压于所述绝缘垫块上。

优选的，所述功率器件包括若干IEGT器件、驱动电路板、供电电源、电阻和电容，两组IEGT器件之间连接有二极管，相邻的所述IEGT器件之间设有水冷板。

优选的，所述水冷板包括板体，所述板体上连接有进水软管和出水软管，所述进水软管连接于所述进水管上，所述出水软管连接于所述出水管上。

优选的，所述水冷板的面通过导热导电膏与所述IEGT器件的面连接。

优选的，所述驱动电路板连接于排列设置所述IEGT器件上部。

优选的，所述IEGT器件之间设有三个直排连接端子，所述直排连接端子伸出所述阀体框架组件并连接有所述电容，所述电容和所述电阻通过铜排并联连接。

本实用新型提出的基于压接式IEGT的三电平大容量水冷变流器组件有以下有益效果：

1、本阀体框架组件包括4根全绝缘拉杆、4个绝缘螺母、1个绝缘定位螺母、上端板和下端板，其框架稳固、可靠，通过调整绝缘定位螺母保证了上端板和下端板的平行度在0.2mm之内；

2、全绝缘拉杆采用超强承载力环氧绝缘材料，全绝缘整体拉杆承载力大；

3、采用压接式IEGT，较模块式IGBT，具有双面散热、通流能力大、防潮能力强以及优异的防爆性能。此外，压接式IEGT器件特有故障后短路失效模式，使其很容易进行器件冗余设计，具有更高的可靠性。

4、顶压结构采用中心顶压方式，超大螺纹自锁式结构，满足了大压装力紧凑结构的设计要求，结构紧凑、可靠，承载力大，适用于大工作电流、大容量 IEGT阀；

5、结构紧凑，布局合理，水路、一次电路和驱动电路分开布置，使整个IEGT 阀结构紧凑而又不会互相干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型的底面示意图；

图3为本实用新型的内部立体结构示意图；

图4为NPC型三电平变流器单相原理图；

图5为NPC型三电平单相原理图组成的三相变流器原理图；

其中，1、上端板；2、下端板；3、绝缘盖体；4、绝缘拉杆；5、绝缘螺母； 6、碟簧；7、调整螺钉；8、绝缘垫块；9、IEGT器件；10、驱动电路板；11、供电电源；12、电阻；13、电容；14、二极管；15、水冷板；16、进水管；17、出水管；18、进水软管；19、出水软管；20、AC连接端子；21、直排连接端子。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

为了满足市场对高压大容量变流器需求，解决基于模块式IGBT体积和重量较大的不足，本专利采用东芝的双面散热IEGT，简称为压接式IEGT，结合NPC 型三电平拓扑结构，提供了一种采用压接式IEGT的三电平大容量水冷变流组件。该水冷组件，集成了IEGT开关动作所必须的驱动回路、供电回路和散热回路，整体机构紧凑，布局合理，适用于对体积、重量和可靠性要求很高的大容量变流器场合。

如图1～图2所示，本实用新型提出了一种基于压接式IEGT的三电平大容量水冷变流器组件,包括阀体框架组件，所述阀体框架组件内设有功率器件，所述功率器件两端与所述阀体框架组件之间设有用于对所述功率器件施加压力的压紧调整机构；阀体框架组件的结构为：包括平行设置的上端板1、下端板2，所述上端板1和下端板2之间设有三个绝缘盖体3，所述绝缘盖体与所述上端板1 和下端板2形成长方体框架，上端板1和下端板2作为长方体的两顶面和地面，三个绝缘盖体3在长方体的侧边上；所述下端板2的四角上设有绝缘拉杆4，所述绝缘拉杆4穿过所述上端板1并通过绝缘螺母5固定在所述上端板1上，设置的绝缘拉杆4一端固定在下端板2上，另一端穿过上端板1，且端部设有外螺纹，通过绝缘螺母5锁定在上端板1上，绝缘拉杆4保证了上端板1和下端板2的平行度在0.2mm之内，并采用超强承载力环氧绝缘材料，全绝缘整体拉杆承载力大，增加了整个组件的稳固及可靠性，同时去除了内部绑定线，大大增加了可靠性。所述阀体框架组件侧壁设有AC连接端子20，所述AC连接端子20与所述功率器件连接，如图3所示，AC连接端子20为C形，两端穿过绝缘盖体并连接于功率组件上，且位于所述绝缘盖体外部的用于连接AC交流电源。

为为了进一步促进功率组件的紧凑性，在功率组件两端设置了压紧调整机构，所述压紧调整机构包括位于所述上端板1内侧的碟簧6、位于所述下端板2 上的调整螺钉7，所述功率器件一端压于所述碟簧6上，另一端与所述下端板2 之间设有绝缘垫块8，所述调整螺钉7穿过所述下端板2并压于所述绝缘垫块8 上，通过锁紧调整螺钉7，能够保证中间的功率组件稳定，调整螺钉7压于绝缘垫块8上，配合碟簧6的力，能够大大增加功率组件之间的紧凑性，压接式封装，具有更强的防爆和防潮能力。

而具体的说，所述功率器件包括若干IEGT器件9(内部带有续流二极管)、驱动电路板10、供电电源11、电阻12和电容13，每个IEGT对应一个供电电源 11，供电电源11均匀设置在上端板1上，两组IEGT器件9之间连接有二极管 14，相邻的所述IEGT器件9之间设有水冷板15，IEGT器件、二极管、水冷板的中心位置在一条直线上，且上述器件被施加一定压力，如60±6kN，通过碟簧和绝缘拉杆固定在一起，所述水冷板15包括板体，所述板体上连接有进水软管 18和出水软管19，所述阀体框架组件上设有进水管16和出水管17，进水管16 和出水管17上分别排布有连接孔，所述进水软管18连接于所述进水管16上，所述出水软管19连接于所述出水管17上，并且所述水冷板15的面通过导热导电膏与所述IEGT器件9的面连接，所述IEGT器件9之间设有三个直排连接端子 21，所述直排连接端子21伸出所述阀体框架组件并连接有所述电容13，为加强电容13安装的牢固性，在绝缘盖体上设置电容13固定板，将电容13安装于电容13固定板上，所述电容13和所述电阻12通过铜排连接，三个直排连接端子 21分别是用于连接Vdc+，NFC和Vdc-，Vdc+为直流电源正极，NFC为三电变流器，Vdc-为直流电源负极，通过水冷板15对IEGT的两个面进行强迫水冷散热，所有IEGT器件9和二极管14均采用并联冷却方式，具有更高的过载能力，尤其适用于对过载能力要求更高的风电变流器的电机侧，并且同一通过进水管16和出水管17进出水，增加了结构的紧凑性。

为了增加整个机构的紧凑性，所述驱动电路板10连接于排列设置所述IEGT 器件9上部。

本实用新型的NPC型三电平变流器单相原理图如图4；采用NPC型三电平单相原理图组成的三相变流器如图5所示，

其中T1和D1，T2和D2，T3和D3，T4和D4组合在一起，组成图2中的IEGT 器件9；D5和D6，为二极管14；Cs1和Cs2为电容13；Rp1和Rp2对应图2中的电阻12；DR1，DR2，DR3，DR4对应为驱动电路；AC对应图3中的AC连接端子20；Vdc+对应图1中由左至右的第一个直排连接端子21；Vdc-对应图1中由左至右的第三个直排连接端子21；NPC对应图1中的中间的直排连接端子21。其中IEGT为购买大功率器件，其驱动电路为现有技术，可在IEGT产品说明书中可见，故并未在本申请中具体描述。

本装置基于压接式IEGT的NPC型三电平水冷大容量组件主要用于海上风电变流器或电网用大容量变流器。该组件采用的IEGT封装形式是压接形式的，具有以下优点：1)内部无绑定线，可靠性更高；2)双面散热，载流能力更强；3) 压接式封装，具有更强的防爆和防潮能力；4)组件驱动采用光纤接口，具有更高的实时性和可靠性；5)组件整体采用强迫水冷散热，所有IEGT器件和二极管均采用并联冷却方式，具有更高的过载能力，尤其适用于对过载能力要求更高的风电变流器的电机侧。

对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。