多层堆叠式星型并联的均流连接结构及其连接方法与流程

1.本发明属于晶闸管并联均流技术领域，具体涉及一种多层堆叠式星型并联的均流连接结构和一种多层堆叠式星型并联的均流连接方法。


背景技术：

2.晶闸管作为大功率电力电子器件，广泛应用于交流电的整流、投切角控制等场景。然而，受电力电子器件工艺和制造技术的限制，单只晶闸管的容量远不能满足工业大电流的使用环境需求。多个晶闸管并联是提升设备承载及通断大电流能力的有效方法，不仅可以扩展设备的应用范围，也有助于系统的冗余量设计。电流分布是否均衡直接影响设备的运行性能。
3.改善均流的方法主要有挑选性能差异小的器件、缩短触发信号的上升时间、减小母线配置不均等。随着制作工艺和检测精度的提高，晶闸管和配套元器件性能一致性已有明显改善。另外，通过改进触发电路设计，触发信号的上升时间也能够实现缩短。母线配置不均已成为晶闸管并联电路不均流的主要因素。目前较为常用的晶闸管并联方式为平行排布，然后在上下铜排的1/3处引出输入输出铜排。即各并联支路之间为平行关系，汇接点位于支路垂线的1/3处，如图4所示。
4.但是，此布局方案存在三个缺点：
5.(1)这样的平行排布，只能稍微减小每个晶闸管回路的阻抗差异，在电流很大时，还是会出现较严重的不均流问题。。
6.(2)大电流场景下，需要并联组数很多时，横向尺寸会很大，设备占地面积大，不能充分利用垂直方向的空间。
7.(3)散热结构不对称，中间部分的晶闸管及铜排流经的电流大，整体温升会更大，而温升会带来晶闸管特性的变化，造成流过每个晶闸管通路的电流随着温度变化，不利于整体的均流控制。
8.因此，针对上述问题，予以进一步改进。


技术实现要素：

9.本发明的主要目的在于提供多层堆叠式星型并联的均流连接结构及其连接方法，其电流经过的铜排路径完全一致，即回路的阻抗完全相等，为整体均流减少了一个不均等因素，大大降低了均流的难度，并且采用垂直方向的多层堆叠结构，在相同的占地面积上进一步提高了可并联组数，可实现更大的电流容量。
10.为达到以上目的，本发明提供一种多层堆叠式星型并联的均流连接方法，用于实现晶闸管的均流，包括以下步骤：
11.步骤s1：第一导热铝板和第二导热铝板相对平行设置并且在第一导热铝板和第二导热铝板之间固定安装有反向并联的第一晶闸管和第二晶闸管，以使得第一导热铝板、第二导热铝板、第一晶闸管和第二晶闸管构成晶闸管支路部件；
12.步骤s2：晶闸管支路部件的第一导热铝板与第一转接铜排的一转接口连接并且第一转接铜排的中心处设有第一铜母排，晶闸管支路部件的第二导热铝板与第二转接铜排的一转接口连接并且第二转接铜排的中心处设有第二铜母排，第一转接铜排和第二转接铜排均设有预设数量的转接口并且通过转接口与对应数量的晶闸管支路部件连接，从而分别连接到第一铜母排和第二铜母排，以形成一个星型组件层；
13.步骤s3：若干数量的星型组件层在垂直于地面方向进行堆叠，第一连接铜排根据二分连接法将相邻两个星型组件层的对应的铜母排进行连接，并且第二连接铜排根据二分连接法将间隔的两个第一连接铜排进行连接，以使得在第二连接铜排的中心位置引出作为整体的输入输出铜排。
14.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s3具体实施为一下步骤：
15.步骤s3.1：第一连接铜排的第一支架连接星型组件层的第一铜母排并且第一连接铜排的第二支架连接相邻星型组件层的第一铜母排，以使得第一连接铜排的第一支架和第二支架的连接中间处作为与第二连接铜排的连接点，并且第二连接铜排采用二分连接法将间隔的两个第一连接铜排(均连接星型组件层的第一铜母排)进行连接，进而在第二连接铜排的中心位置引出作为整体的输入输出铜排；
16.步骤s3.2：相邻第一连接铜排(与步骤s3.1的第一连接铜排相邻)第一支架连接星型组件层的第二铜母排并且相邻第一连接铜排的第二支架连接相邻星型组件层的第二铜母排，以使得相邻第一连接铜排的第一支架和第二支架的连接中间处作为与第二连接铜排的连接点，并且第二连接铜排采用二分连接法将间隔的两个相邻第一连接铜排(均连接星型组件层的第二铜母排)进行连接，进而在第二连接铜排的中心位置引出作为整体的输入输出铜排(输入输出是相对的，如果步骤s3.1中的为输入铜排，则此处为输出铜排)；
17.步骤s3.3：通过若干第一连接铜排和若干第二连接铜排使得若干星型组件层在垂直于地面方向进行堆叠，以使得实现晶闸管的均流的提高电流的通断能力。
18.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s3之后还包括步骤s4：相邻星型组件层之间均安装有绝缘隔板，以增加相邻星型组件层之间的绝缘性能并且防止相邻星型组件层之间由于同向电流的互相吸引力从而进行相互吸引。
19.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s2中，星型组件层的晶闸管均采用星型连接，以使得每一个晶闸管回路均完全对称相等，以保证回路阻抗的一致性；
20.步骤s3中，第一连接铜排的第一支架到(第一或者第二)铜母排的距离与第一连接铜排的第二支架到相邻(第一或者第二)铜母排的距离相等，以保证连接铜排的阻抗一致性。
21.为达到以上目的，本发明还提供一种多层堆叠式星型并联的均流连接结构，应用于所述的一种多层堆叠式星型并联的均流连接方法。
22.本发明的有益效果在于：
23.1、电流流经的铜排长度完全一致，理论上由铜排带来的回路阻抗完全相等，为实现晶闸管的均流提供了有利的保障。而图4所示的连接方法，只能在一定程度上减少铜排回路的不均等。
24.2、散热结构完全对称，可最大程度的保证每个晶闸管有相同的温升，减少由温升带来的晶闸管特性变化造成的不均流问题。
25.3、充分利用了垂直方向的空间，在相同的占地面积上可实现更多组数晶闸管的并联，实现更高的电流通断能力。
附图说明
26.图1是本发明的多层堆叠式星型并联的均流连接结构及其连接方法的结构示意图。
27.图2是本发明的多层堆叠式星型并联的均流连接结构及其连接方法的结构示意图。
28.图3是本发明的多层堆叠式星型并联的均流连接结构及其连接方法的晶闸管支路部件的结构示意图。
29.图4是传统的晶闸管多组并联结构示意图。
30.附图标记包括：100、星型组件层；110、晶闸管支路部件；111、第一导热铝板；112、第二导热铝板；113、第一晶闸管；114、第二晶闸管；120、第一转接铜排；130、第二转接铜排；140、第一铜母排；150、第二铜母排；160、绝缘隔板；200、第一转接铜排；210、第一支架；220、第二支架；300、第二转接铜排；400、输入输出铜排。
具体实施方式
31.以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
32.在本发明的优选实施例中，本领域技术人员应注意，本发明所涉及的晶闸管等可被视为现有技术。
33.优选实施例。
34.本发明公开了一种多层堆叠式星型并联的均流连接方法，用于实现晶闸管的均流，包括以下步骤：
35.步骤s1：第一导热铝板111和第二导热铝板112相对平行设置并且在第一导热铝板111和第二导热铝板112之间固定安装有反向并联的第一晶闸管113和第二晶闸管114，以使得第一导热铝板111、第二导热铝板112、第一晶闸管113和第二晶闸管114构成晶闸管支路部件110；
36.步骤s2：晶闸管支路部件110的第一导热铝板111与第一转接铜排120的一转接口连接并且第一转接铜排120的中心处设有第一铜母排140，晶闸管支路部件110的第二导热铝板112与第二转接铜排130的一转接口连接并且第二转接铜排130的中心处设有第二铜母排150，第一转接铜排130和第二转接铜排140均设有预设数量的转接口并且通过转接口与对应数量的晶闸管支路部件110连接，从而分别连接到第一铜母排140和第二铜母排150，以形成一个星型组件层100；
37.步骤s3：若干数量的星型组件层100在垂直于地面方向进行堆叠，第一连接铜排200根据二分连接法将相邻两个星型组件层100的对应的铜母排进行连接，并且第二连接铜排300根据二分连接法将间隔的两个第一连接铜排200进行连接，以使得在第二连接铜排
300的中心位置引出作为整体的输入输出铜排400。
38.具体的是，步骤s3具体实施为一下步骤：
39.步骤s3.1：第一连接铜排200的第一支架210连接星型组件层100的第一铜母排140并且第一连接铜排200的第二支架220连接相邻星型组件层100的第一铜母排140，以使得第一连接铜排200的第一支架210和第二支架220的连接中间处作为与第二连接铜排300的连接点，并且第二连接铜排300采用二分连接法将间隔的两个第一连接铜排200(均连接星型组件层的第一铜母排)进行连接，进而在第二连接铜排300的中心位置引出作为整体的输入输出铜排400；
40.步骤s3.2：相邻第一连接铜排200(与步骤s3.1的第一连接铜排相邻)第一支架210连接星型组件层100的第二铜母排150并且相邻第一连接铜排200的第二支架210连接相邻星型组件层100的第二铜母排150，以使得相邻第一连接铜排200的第一支架210和第二支架220的连接中间处作为与第二连接铜排300的连接点，并且第二连接铜排300采用二分连接法将间隔的两个相邻第一连接铜排200(均连接星型组件层的第二铜母排)进行连接，进而在第二连接铜排300的中心位置引出作为整体的输入输出铜排400(输入输出是相对的，如果步骤s3.1中的为输入铜排，则此处为输出铜排)；
41.步骤s3.3：通过若干第一连接铜排和若干第二连接铜排使得若干星型组件层在垂直于地面方向进行堆叠，以使得实现晶闸管的均流的提高电流的通断能力。
42.更具体的是，步骤s3之后还包括步骤s4：相邻星型组件层100之间均安装有绝缘隔板160，以增加相邻星型组件层之间的绝缘性能并且防止相邻星型组件层之间由于同向电流的互相吸引力从而进行相互吸引。
43.进一步的是，步骤s2中，星型组件层100的晶闸管均采用星型连接，以使得每一个晶闸管回路均完全对称相等，以保证回路阻抗的一致性；
44.步骤s3中，第一连接铜排200的第一支架210到(第一或者第二)铜母排的距离与第一连接铜排200的第二支架220到相邻(第一或者第二)铜母排的距离相等，以保证连接铜排的阻抗一致性。
45.本发明还公开了一种多层堆叠式星型并联的均流连接结构，应用于所述的一种多层堆叠式星型并联的均流连接方法。
46.优选地，在使用晶闸管作为通断开关的大电流应用中，多组晶闸管并联时，每个并联回路的铜排长度不一致即每个回路的铜排阻抗不一致，会导致不均流问题的加剧。针对此现象，本发明提出了多层堆叠式星型的并联结构及其连接方法。理论上电流经过的铜排路径完全一致，即回路的阻抗完全相等，为整体均流减少了一个不均等因素，大大降低了均流的难度。且采用垂直方向的多层堆叠结构，在相同的占地面积上进一步提高了可并联组数，可实现更大的电流容量。
47.本发明提出的均流连接方法的结构，以最上层为例，第一导热铝板和第二导热铝板中间安装有两颗反向并联的晶闸管，这四个零件由铝板两端的各两颗螺栓螺母锁紧，组成一组晶闸管支路部件。每一组的上下铝板通过各一块转接铜排与上下两块圆形(或多边形)铜母排连接，由螺栓螺母锁紧固定，由此，完成了一个导电支路的组装。每一圆形(或多边形)铜母排与该层上的支路连接，形成一个星型组件层。
48.本发明的整体结构由垂直于地面方向堆叠起来的四个星型组件层构成，并采用二
分连接法，通过第一转接铜排把相邻两个星型组件层连接后，再次采用二分连接法，通过第二转接铜排连接上下两个组件，并在连接铜排的中心位置引出母排，作为整体的输入输出铜排。每一层组件之间用绝缘隔板隔开，该隔板有两个作用，一为增加两层组件之间的绝缘性能，二是防止两层组件之间因同向电流的互相吸引力吸引到一起而发生意外。采用上述连接方法，保证电流经过的铜排路径长度完全一致，理论上由铜排带来的回路阻抗完全相等，为整体的均流提供了有力保证。
49.优选地，本发明的优点在于：
50.1、每一层的晶闸管采用星型连接，每一个晶闸管回路都完全对称相等，保证回路阻抗的一致性。
51.2、层与层之间采用二分法连接，到每一层的连接铜排的长度也完全相等，保证连接铜排的阻抗一致。
52.3、层与层之间采用垂直堆叠方式安装，充分利用垂直方向的空间，大大提高设备的空间利用率。
53.值得一提的是，本发明专利申请涉及的晶闸管等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
54.对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。