一種mmc拓撲結(jié)構(gòu)的igbt功率單元的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種MMC拓撲結(jié)構(gòu)的IGBT功率單元，采用MMC拓撲結(jié)構(gòu)直流母線斷開的IGBT功率單元結(jié)構(gòu)，該功率單元將原有直流母線分成兩段，使原功率單元變成前后兩部分。直流母線連接采用低接觸電阻的簧片式快速插接。同時對原水冷散熱器接口進行調(diào)整，采用帶有自封閉功能的快速接頭。當功率單元前后兩部分對接后，水路與電氣同時接通，解決了傳統(tǒng)功率單元在運輸、裝卸、維護、檢修等方面存在著諸多不便的問題。
【專利說明】一種MMC拓撲結(jié)構(gòu)的IGBT功率單元

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種IGBT功率單元，具體講涉及一種MMC拓撲結(jié)構(gòu)的IGBT功率單元。

【背景技術(shù)】
[0002]模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的每個橋臂由若干個相互連接且結(jié)構(gòu)相同的子功率單元與一個電抗器串聯(lián)構(gòu)成(SubModule，SM)。每個子IGBT功率單元(SM)由上、下兩只IGBT、直流電容、晶閘管、快速機械開關(guān)等組成，電氣結(jié)構(gòu)分別如圖1、2所示。該IGBT功率單元應用于柔性直流輸電(HVDC)和統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)等各種FACTS裝置，從而獲得更加優(yōu)秀的諧波特性。
[0003]IGBT功率單元結(jié)構(gòu):
[0004]每個IGBT功率單元由兩只1IGBT、2均壓電阻R、3直流電容C、4晶閘管T、5快速機械開關(guān)Κ、6驅(qū)動⑶U、7控制PW、8散熱器、9直流母線組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
[0005]在裝置容量確定的基礎(chǔ)上，為滿足輸出容量，直流電容容值通過仿真計算后為一定值，并且無法減小。受制于直流電容的生產(chǎn)工藝，造成電容體積和重量均無法減小。根據(jù)統(tǒng)計采用MMC拓撲結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)IGBT功率單元中，通常每個功率單元重量會達到10kg以上，直流電容占總體積約50%，占總重量約60%以上。功率單元中IGBT采用水冷散熱，其中水冷散熱器與水冷管道采用螺紋連接，每次模塊拆卸時需將水管拆下后才能拉出。綜上所述傳統(tǒng)IGBT功率單元在運輸、裝卸、維護、檢修等方面存在著諸多不便。
實用新型內(nèi)容
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種MMC拓撲結(jié)構(gòu)的IGBT功率單元，該功率單元將原有直流母線分成兩段，使原功率單元變成前后兩部分。直流母線連接采用低接觸電阻的簧片式快速插接。同時對原水冷散熱器接口進行調(diào)整，采用帶有自封閉功能的快速接頭。當功率單元前后兩部分對接后，水路與電氣同時接通。
[0007]本實用新型的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]本實用新型提供一種MMC拓撲結(jié)構(gòu)的IGBT功率單元，所述模塊化多電平換流器MMC為三相六橋臂結(jié)構(gòu)，每個橋臂由級聯(lián)的結(jié)構(gòu)相同的IGBT功率單元與電抗器串聯(lián)構(gòu)成；每個IGBT功率單元包括兩只IGBT 1、散熱器8和直流母線9 ;所述兩只IGBTl分別安裝在兩只散熱器8上，并豎直設(shè)置在機械外殼10的頂面上，所述直流母線9與散熱器8平行設(shè)置且設(shè)置在機械外殼10的底面上，其改進之處在于，所述直流母線9分為兩段，且兩段采用簧片式插接；所述散熱器8的水冷接頭采用帶自封閉功能的水冷接頭。
[0009]進一步地，直流母線9的兩段分別為前端母線和后端母線，所述前端母線和后端母線采用簧片式插接；所述簧片式插接為低接觸電阻的簧片式插接，用于減少采用螺釘固定時25%的漏感。
[0010]進一步地，所述帶自封閉功能的水冷接頭為平頭。
[0011]進一步地，所述IGBT子功率單元包括均壓電阻R、直流電容C、晶閘管T、快速機械開關(guān)K、驅(qū)動GDU和控制板卡PW ;所述均壓電阻R設(shè)置在散熱器8上且與電容兩端連接；所述均壓電阻R和IGBT串聯(lián)支路的電氣連接為并聯(lián)；
[0012]所述晶閘管T和快速機械開關(guān)K依次排布豎直設(shè)置在機械外殼10的頂面上；所述晶閘管T和快速機械開關(guān)K的電氣連接為并聯(lián)；
[0013]所述驅(qū)動⑶U直接安裝在兩只IGBT I上；
[0014]所述直流電容C豎直設(shè)置在機械外殼10的底面上；且與直流母線9平行設(shè)置；
[0015]所述控制板卡PW的數(shù)目為一，位于下方的控制PW平行設(shè)置在機械外殼10的底面上。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)比，本實用新型達到的有益效果是:
[0017]1、直流電容故障率低、重量大，直流母線分段后檢修時只需拆出功率單元前部，維護更方便；
[0018]2、水冷散熱器與水冷管路連接由螺紋改為帶自封閉快速接頭，整個裝置組裝、維護更方便；
[0019]3、采用簧片式快速插接，具有低接觸電阻，與傳統(tǒng)采用螺絲固定的連接相比，減少25%的漏感；
[0020]4、簧片式快速插接由于是柔性連接具有良好的防震特性；
[0021]5、帶自封閉的水冷快速接頭可以確保回路斷開時無冷卻液泄露從而對設(shè)備造成故障；
[0022]6、水冷快速接頭采用平頭，可以確保連接時無任何雜質(zhì)進入回路。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是MMC拓撲結(jié)構(gòu)的橋臂電氣結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖2是MMC子單元(SM)電氣結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖3是IGBT功率單元結(jié)構(gòu)圖；其中:1_兩只IGBT、2_均壓電阻R、3_直流電容C、4-晶閘管T、5-快速機械開關(guān)Κ、6-驅(qū)動⑶U、7-控制PW、8-散熱器、9-直流母線、91-前端母線、92-后端母線、93-簧片式快速插接、10-機械外殼；
[0026]圖4是本實用新型提供的直流母線斷開位置示意圖；其中:箭頭指的線即為直流母線斷開位置線；
[0027]圖5是本實用新型提供的簧片結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖6(a)是本實用新型提供的簧片式快速插接與母線安裝剖面圖；
[0029]圖6 (b)是本實用新型提供的簧片式快速插接與母線安裝俯視圖；
[0030]圖7是本實用新型提供的自封閉水冷快速接頭示意圖。

【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0032]本實用新型提供一種MMC拓撲結(jié)構(gòu)的IGBT功率單元，模塊化多電平換流器MMC為三相六橋臂結(jié)構(gòu)，每個橋臂由級聯(lián)的結(jié)構(gòu)相同的IGBT功率單元與電抗器串聯(lián)構(gòu)成；每個IGBT功率單元包括兩只IGBT 1、散熱器8和直流母線9 ;所述兩只IGBTl分別安裝在兩只散熱器8上，并豎直設(shè)置在機械外殼10的頂面上，所述直流母線9與散熱器8平行設(shè)置且設(shè)置在機械外殼10的底面上，所述直流母線9分為兩段，且兩段采用簧片式快速插接93 ;簧片結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。直流母線斷開位置示意圖如圖4所示，所述散熱器8的水冷接頭采用帶自封閉功能的水冷接頭。
[0033]直流母線9的兩段分別為前端母線91和后端母線92，所述前端母線91和后端母線92采用簧片式快速插接93 ;簧片式快速插接93與母線安裝剖面圖和俯視圖分別如圖6(a)和(b)所示?；善娇焖俨褰訛榈徒佑|電阻的簧片式插接，與傳統(tǒng)采用螺釘固定的連接相比，減少25%的漏感。
[0034]帶自封閉功能的水冷接頭為平頭。自封閉水冷快速接頭示意圖如圖7所示。
[0035]IGBT子功率單元包括均壓電阻R、直流電容C、晶閘管T、快速機械開關(guān)K、驅(qū)動⑶U和控制板卡PW ;所述均壓電阻R設(shè)置在散熱器8上且與電容兩端連接；所述均壓電阻R和IGBT串聯(lián)支路的電氣連接為并聯(lián)；
[0036]所述晶閘管T和快速機械開關(guān)K依次排布豎直設(shè)置在機械外殼10的頂面上；所述晶閘管T和快速機械開關(guān)K的電氣連接為并聯(lián)；
[0037]所述驅(qū)動⑶U直接安裝在兩只IGBT I上；驅(qū)動⑶U的型號為現(xiàn)有產(chǎn)品1SP0635 ；
[0038]所述直流電容C豎直設(shè)置在機械外殼10的底面上；且與直流母線9平行設(shè)置；
[0039]所述控制板卡PW的數(shù)目為一，位于下方的控制PW平行設(shè)置在機械外殼10的底面上。
[0040]經(jīng)過長期實驗驗證，功率單元故障頻發(fā)于IGBT部分，而直流電容失效引起的故障則極少發(fā)生。故新型功率單元結(jié)構(gòu)，將原有直流母線分成兩段，使原功率單元變成前后兩部分。直流母線連接采用低接觸電阻的簧片式快速插接。同時對原水冷散熱器接口進行調(diào)整，采用帶有自封閉功能的快速接頭。當功率單元前后兩部分對接后，水路與電氣同時接通，解決了 IGBT功率單元在運輸、裝卸、維護、檢修等方面存在著諸多不便的問題。
[0041]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解:依然可以對本實用新型的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本實用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
【權(quán)利要求】
1.一種MMC拓撲結(jié)構(gòu)的IGBT功率單元，所述模塊化多電平換流器MMC為三相六橋臂結(jié)構(gòu)，每個橋臂由級聯(lián)的結(jié)構(gòu)相同的IGBT功率單元與電抗器串聯(lián)構(gòu)成；每個IGBT功率單元包括兩只IGBT(I)、散熱器(8)和直流母線(9);所述兩只IGBT(I)分別安裝在兩只散熱器(8)上，并豎直設(shè)置在機械外殼(10)的頂面上，所述直流母線(9)與散熱器(8)平行設(shè)置且設(shè)置在機械外殼(10)的底面上，其特征在于，所述直流母線(9)分為兩段，且兩段采用簧片式插接；所述散熱器(8)的水冷接頭采用帶自封閉功能的水冷接頭。
2.如權(quán)利要求1所述的IGBT功率單元，其特征在于，直流母線(9)的兩段分別為前端母線和后端母線，所述前端母線和后端母線采用簧片式插接； 所述簧片式插接為低接觸電阻的簧片式插接，用于減少采用螺釘固定時25%的漏感。
3.如權(quán)利要求1所述的IGBT功率單元，其特征在于，所述帶自封閉功能的水冷接頭為平頭。
4.如權(quán)利要求1所述的IGBT功率單元，其特征在于，所述IGBT子功率單元包括均壓電阻R、直流電容C、晶閘管T、快速機械開關(guān)K、驅(qū)動GDU和控制板卡PW ;所述均壓電阻R設(shè)置在散熱器(8)上且與電容兩端連接；所述均壓電阻R和IGBT串聯(lián)支路的電氣連接為并聯(lián)； 所述晶閘管T和快速機械開關(guān)K依次排布豎直設(shè)置在機械外殼(10)的頂面上；所述晶閘管T和快速機械開關(guān)K的電氣連接為并聯(lián)； 所述驅(qū)動GDU直接安裝在兩只IGBT(I)上； 所述直流電容C豎直設(shè)置在機械外殼(10)的底面上；且與直流母線(9)平行設(shè)置； 所述控制板卡PW的數(shù)目為一，位于下方的控制PW平行設(shè)置在機械外殼(10)的底面上。
【文檔編號】H02M1/00GK204231174SQ201420497006
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】宗波, 康偉 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院