[发明专利]6500V二极管高压模块

说明书

技术领域

本发明涉及兆瓦级工程作业挖泥船驱动变流器的配件，具体为一种6500V二极管高压模块。

背景技术

随着工程作业船舶工业的快速发展，以及国家对设备国产化的要求，为6500V二极管高压模块的推广应用提供了一个良好的市场机遇。市场上的模块采用陶瓷片增加底板与内部电路的绝缘、灌封硅凝胶作为内部绝缘。模块电压一般在2800V以下，工频绝缘电压不超过4000V，整体为三电极。5000V晶闸管模块，使用的是标准的463Y3模块结构件，采用了底板挖槽，增加陶瓷片厚度，环氧灌封，硅凝胶灌封。虽然电压增加了，但是外形长度、宽度尺寸和安装尺寸不变，只有模块的圆柱电极高度比普通电压模块有所增加，达到55mm，整体仍然为三电极，外形尺寸为124mm×63mm。模块一般采用陶瓷片绝缘和硅凝胶灌封即可达到最终的绝缘目的，但是对于高电压的绝缘，增加陶瓷片厚度将会导致模块的外形尺寸的增加。模块要求在厚度不增加的情况下，能够达到高绝缘的要求，同时让外形尺寸符合原安装尺寸要求，目前还没有实现。

发明内容

本发明为了解决现有的二极管模块在同样大小的尺寸情况下无法达到更高的额定电压和绝缘电压的问题，提供了一种6500V二极管高压模块。

本发明是采用如下技术方案实现的：6500V二极管高压模块，包括底板，底板上设有外壳框，外壳框上方设有外壳盖，外壳框内设有左右两组单管结构，左侧的单管结构由下至上叠放设置的陶瓷片、电极Ⅳ、管芯、电极Ⅲ、绝缘垫块和导柱组成，右侧的单管结构由另一组由下至上叠放设置的陶瓷片、电极Ⅰ、管芯、电极Ⅱ、绝缘垫块和导柱组成，导柱上都套有碟形弹簧，电极Ⅳ、电极Ⅲ、电极Ⅱ和电极Ⅰ伸出外壳盖顶端形成左上、左下、右上、右下布置的四个电极，外壳盖上在电极Ⅳ和电极Ⅲ之间、电极Ⅱ和电极Ⅰ之间设有凹槽，底板在左右两组单管结构安装位置下方开有环槽，外壳框在左右两组单管结构安装位置四周设有导流槽，底板和外壳框之间涂覆硅橡胶作为粘结剂进行组装，在两组单管结构安装之前在环槽处设首次环氧灌封，在两组单管结构安装后在导流槽处设硅凝胶灌封及二次环氧灌封，电极Ⅳ、电极Ⅲ、电极Ⅱ和电极Ⅰ采用薄铜排电极。

在底板上设环槽增加绝缘距离；在外壳框设置导流槽，改变灌封的效果；外壳框、底板以及外壳盖形成两个单独的区域安装两组单管结构，灌封后相互隔离；所有电极采用薄铜排电极，在降低模块的高度同时，减小了两只管芯并联时的压降误差；电极片的形状根据外壳框内的空间和伸出外壳盖的位置设计，这是本领域技术人员熟知的，这种结构减小了模块的外形尺寸；绝缘垫块、导柱和弹簧垫圈增加了绝缘效果；凹槽增加了正负电极间的爬电距离；涂覆硅橡胶作为粘结剂，可以防止环氧灌封时环氧渗出；首次环氧灌封增加底板与内部电路的绝缘效果，硅凝胶灌封在保护内部元器件的同时增加内部电路的绝缘效果和散热性能，二次环氧灌封固化，使模块具有一定的防震性。

本发明的有益效果如下：

1）设备投入少。本发明中生产组装所需设备与普通模块生产设备基本相同，反向额定电压的测试设备可直接使用现有设备进行，不需对原有厂房电力设备进行改造，即可满足测试需求。试验系统升级改造不需投入新设备，即可完成耐压等级试验要求，利用现有的万伏绝缘测试设备即可进行10200V的工频耐压测试。

2）试验系统占用厂房面积小，减少试验基建费用。本发明技术方案中，不需要调压设备，不需配电设备，并且对电力系统要求小，可不用建设专门试验机组设备间，大大减少试验基建费用。

3）经济效益可观。本发明可替代国外的高压IGBT模块，进口的高压IGBT模块非常昂贵，价格达到1.2万元，本发明的价格只有7000元，每只模块可节省5000元。每条工程作业船舶使用4~8个变流柜，每个变流柜使用32只这样的模块，共使用128~256只模块，每条工程作业船舶可节省64~128万元。以每年生产5条工程作业船计算，就可节约500万元左右的成本。

本发明的额定电压6500V，绝缘电压10.2kV，高度48mm，模块外形宽度不大于72mm，底板宽度为140mm，长度不超过190mm，整体为两正两负四电极，并且电极位置确定，使外形尺寸符合进口IGBT原安装尺寸要求的同时达到高绝缘的要求，结构合理、安全可靠、成本低廉。

附图说明

图1为本发明的俯视结构示意图；

图2为图1中A-A的剖视结构示意图；

图3为图1中底板的结构示意图；

图4为图1中外壳框的结构示意图；

图5为图4中B-B的剖视结构示意图。