[实用新型]一种大容量晶闸管功率单元

说明书

技术领域

本实用新型属于电气设备技术领域，特别是涉及一种大容量(2500V/3960A)晶闸管功率单元，基于热管散热技术的功率单元。

背景技术

我们此新型功率单元是以晶闸管为功率器件的，一般情况下晶闸管由于其自身的特点都是工作于大电流、高电压的工作环境中。特别是大电流的工况会使晶闸管自身严重发热，而制造晶闸管的材料需要保证在一定的温度范围之内。如果温度太高晶闸管内的PN结就会烧毁，晶闸管也就因此损坏。为确保功率器件的安全、可靠运行，必须对晶闸管散热冷却以保证其工作温度不超过允许范围。目前大量的功率单元都采用实心铸铝(或铜)材散热器加强迫风冷的解决方案。也就是将功率器件和较大体积的散热器紧密封装，这样功率器件工作时产生的大量热量就可以传导到散热器上。再通过冷却风机的高速旋转促使大量的冷空气对流将散热器上的热量带走，从而达到热平衡保证晶闸管的工作温度。这种方法的缺点是：热量在散热器上的传导不够快，进而导致散热器与功率器件接触侧和非接触侧的温度差最大时达到了35℃。这就要求必须有大量的冷却风及时将和功率器件接触侧的热量带走，即便如此在接触侧也存在着超温的危险。热管散热器的高效对流散热成功解决了导热慢的问题。热管散热器如图1示；由铝质散热器片通过压装方法与热管结合成一体，插入铝质散热器基板组装成热管散热器。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种大容量晶闸管功率单元，以热管散热器快速导热的大容量功率单元，解决了普通功率单元的的电压等级一般在1000V以内，额定电流一般不超过3000A的问题

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：功率单元的组装设计，及散热器的设计选型，热管位置的科学合理放置。

本实用新型包括支撑钢板、4只碟型弹簧、3个热管散热器、2只晶闸管、4根长绝缘套管、承压板、1个压紧螺栓和4根长高强度螺栓、2块绝缘酚醛板和1个绝缘橡胶板；支撑钢板分为2块，分别为左侧支撑钢板和右侧支撑钢板，左侧支撑钢板的四角有带螺纹的通孔与四条高强度螺栓连接；右侧支撑钢板的四角留有不带螺纹的通孔，中心位置留有带螺纹的通孔连接压紧螺栓。

各部件的组装关系如下：左侧支撑钢板和四条高强度螺栓通过四角的带螺纹通孔和高强度螺栓一端的螺纹连接，四根绝缘套管套在四根高强螺栓的螺柱外面；四只碟簧两两叠放，任意叠放好的两只紧靠左侧支撑钢板的右侧面放置，另外两只叠放好的碟簧反方向紧贴放置在右侧，紧贴碟簧的右侧布置第一个组装好的热管散热器，挨第一个热管散热器的右侧布置第一个晶闸管，在第一个晶闸管的右侧布置第二个热管散热器，在第二个热管散热器的右侧布置第二个晶闸管，在第二个晶闸管的右侧布置第三个热管散热器(因为此功率单元可双向整流，所以在一个单元中有三块独立的热管散热器和两个晶闸管，彼此间隔、串联两只晶闸管位于三块散热器之间)。在第三个热管散热器的右侧布置承压板，将右侧支撑钢板四角的不带螺纹通孔穿入对应四根高强度螺栓。给伸出右侧支撑钢板的高强度螺栓套上螺母，调节螺母长度使两个支撑钢板之间的距离为273.4mm如图1。从右侧支撑钢板的中心孔处向左拧入压紧螺栓，调节压紧螺栓至压力达到5吨。在5吨压力作用下，左侧支撑钢板、碟簧、散热器、晶闸管、承压板、压紧螺栓和右侧支撑钢板就会紧紧挤压在一起，使整个功率单元形成一个整体。两块绝缘酚醛板分别插入相邻散热器的缝隙中，一块绝缘橡胶板覆盖在三个散热器的顶端。

本实用新型所述的热管散热器由热管、铝质基板和散热片组成，三者套连且焊接固定，热管垂直安装。平行设置的铝质散热片和热管焊接在一起，用于将热管上的热量通过此散热片快速扩散到周围空气中。

实用新型所述的四条高强度螺栓两端各有5厘米长的螺纹。

本实用新型由于热管的应用，与现有技术相比具有以下主要优点：

第一、可提高功率单元的散热效率

热管作为传热元件的热管散热器与常规的散热器相比有许多的优良性能，将其与相同外形尺寸的实心良导体相比较，热管散热器的导热系数要比实心良导体的导热系数大成百上千倍。

(1)热管换热器原理(见图3)

热管是一种密闭容器，其组成部件为壳体和工作液，将壳体抽真空后充入适当的工作液，密闭的壳体便成为一支热管，图3为热管工作原理图，与热源对其一端供热时，工作液自热源吸收热量而蒸发汽化，携带潜能的蒸汽在压差的作用下高速传至壳体的另一端，向冷源放出潜能而凝结，凝结后的液体在重力作用下回流热源从此往复不断循环。