[发明专利]一种模块化脉冲晶闸管的压装结构

说明书

技术领域

本发明属于本发明属于高电压电工电器技术和脉冲功率技术领域，更具体地，涉及一种模块化脉冲晶闸管的压装结构。

背景技术

脉冲功率技术是指将较长时间内存储起来的具有较高密度的能量，进行快速压缩、转换或直接以很短的时间释放能量给负载的电物理技术。开关器件在脉冲功率系统中占有特殊的地位，将储能传输给负载的能力的任何进展，都是以成功地设计和研制各种各样的脉冲大电流开关为前提的。

在强激光装置、强磁场装置、高功率微波等电容储能型脉冲功率技术的应用场合，对开关的要求主要是能耐受高电压、强电流、击穿时延短而分散性小、电感和电阻小、寿命长，单次触发导通的转移电荷量大、可靠性高。

高压大电流领域的脉冲开关主要有间隙类开关和固体半导体开关两大类。间隙开关(气体开关、真空开关等)导通会在其间隙结构中产生强烈的电弧，在通过大电流时，触发极烧蚀会非常严重，需要经常维护，开关的可靠使用寿命十分有限。相比之下，固体半导体开关无电弧燃烧，触发系统电压低、干扰小，在参数范围内使用几乎需要维护，寿命很长。但固体半导体开关单个元件的耐压和通流能力有限，高压大电流应用时必须采用多元件串联或并联，以及串、并联结构同时使用从而构成开关组件的方式来运行使用。例如，系统对脉冲开关的要求是工作电压25kV，工作峰值电流500kA，如果使用单个元件耐压5kV、峰值通流能力300kA的晶闸管可控硅，就至少需要6个元件串联、2路并联，共12只单个元件组成晶闸管组件开关。

值得注意的是，数百kA的大电流脉冲有显著的电动力效应，这个电动力通过连接在开关上的电缆、母线或其他刚性结构件，作用在开关的轴向和法向方向的瞬时力可以达到数十乃至数百千牛(kN)，相当于数吨重的锤击或牵扯冲击力。而目前，大电流脉冲半导体开关组件的压装结构设计很少考虑冲击电动应力，往往还在采用开关高、低压极单边集中式引出线的布局方式，这种方式虽然容易在开关一侧集中布置触发电路、均压保护、隔离保护等电路和电气元件，但引出线端却因为集中在一侧，造成电动应力冲击来临时开关各点受力和力矩不平衡，容易造成开关结构的破坏和疲劳损害。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种模块化脉冲晶闸管的压装结构，旨在解决现有技术中采用开关高、低压极单边集中式引出线的布局方式，由于引出线端集中在一侧，导致电动应力冲击来临时开关各点受力和力矩不平衡，容易造成开关结构的破坏和疲劳损害的问题。

本发明提供了一种模块化脉冲晶闸管的压装结构，包括上压装盘、下压装盘、上引出线盘、下引出线盘、压装螺栓、缓冲元件、绝缘拉杆、保护电路模块、触发电路模块、线缆端子接入螺孔和外保护罩；在所述上压装盘与所述上引出线盘之间、所述下压装盘与所述下引出线盘之间均安装有所述缓冲元件；所述上压装盘和所述下压装盘通过所述绝缘拉杆连接，所述压装螺栓贯通于所述绝缘拉杆中，用于拉紧所述绝缘拉杆，所述线缆端子接入螺孔对称布置在所述上压装盘和所述下压装盘上；压装时，晶闸管可控硅元件被压装在所述上压装盘和所述下压装盘之间，所述保护电路模块和所述触发电路模块呈双螺旋线型分布在晶闸管可控硅元件外围；所述外保护罩包裹在整个结构主体外。

由于上、下压装盘之间压装有一系列串、并联在一起的单个晶闸管可控硅开关，压装力依赖上、下压装盘之间的若干根棒型绝缘拉杆的拉紧来实现，上、下压装盘上有固定棒型绝缘拉杆的螺柱或内螺纹孔，螺柱或内螺纹孔均匀分布在压装盘上，呈对称布局。

更进一步地，所述缓冲元件为垫装弹簧或者碟簧。

更进一步地，所述压装螺栓的个数与所述绝缘拉杆数相等。

更进一步地，所述绝缘拉杆的数量m是绝缘拉杆数，I_p是通过整个开关组件的脉冲电流峰值，单位kA，F_x是单根绝缘拉杆轴向拉力耐受值，单位kN，为上取整符号。

更进一步地，所述触发电路模块和所述保护电路模块都采用螺旋线形布局。

更进一步地，所述触发电路模块的布局螺旋线和所述保护电路模块的布局螺旋线的起点在轴向投影平面圆周上相距180度。

更进一步地，按串联晶闸管的轴向投影视角，呈螺旋线形布局的两个相邻模块的位置夹角度，N是串联晶闸管阀片的总数。