一種模塊化脈沖晶閘管的壓裝結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于本發明屬于高電壓電工電器技術和脈沖功率技術領域，更具體地，設 及一種模塊化脈沖晶閩管的壓裝結構。
【背景技術】
[0002] 脈沖功率技術是指將較長時間內存儲起來的具有較高密度的能量，進行快速壓 縮、轉換或直接W很短的時間釋放能量給負載的電物理技術。開關器件在脈沖功率系統中 占有特殊的地位，將儲能傳輸給負載的能力的任何進展，都是W成功地設計和研制各種各 樣的脈沖大電流開關為前提的。
[0003] 在強激光裝置、強磁場裝置、高功率微波等電容儲能型脈沖功率技術的應用場合， 對開關的要求主要是能耐受高電壓、強電流、擊穿時延短而分散性小、電感和電阻小、壽命 長，單次觸發導通的轉移電荷量大、可靠性高。
[0004] 高壓大電流領域的脈沖開關主要有間隙類開關和固體半導體開關兩大類。間隙開 關(氣體開關、真空開關等)導通會在其間隙結構中產生強烈的電弧，在通過大電流時，觸發 極燒蝕會非常嚴重，需要經常維護，開關的可靠使用壽命十分有限。相比之下，固體半導體 開關無電弧燃燒，觸發系統電壓低、干擾小，在參數范圍內使用幾乎需要維護，壽命很長。但 固體半導體開關單個元件的耐壓和通流能力有限，高壓大電流應用時必須采用多元件串聯 或并聯，W及串、并聯結構同時使用從而構成開關組件的方式來運行使用。例如，系統對脈 沖開關的要求是工作電壓25kV，工作峰值電流500kA，如果使用單個元件耐壓化V、峰值通流 能力300kA的晶閩管可控娃，就至少需要6個元件串聯、2路并聯，共12只單個元件組成晶閩 管組件開關。
[0005] 值得注意的是，數百kA的大電流脈沖有顯著的電動力效應，運個電動力通過連接 在開關上的電纜、母線或其他剛性結構件，作用在開關的軸向和法向方向的瞬時力可W達 到數十乃至數百千牛化N)，相當于數噸重的鍵擊或牽化沖擊力。而目前，大電流脈沖半導體 開關組件的壓裝結構設計很少考慮沖擊電動應力，往往還在采用開關高、低壓極單邊集中 式引出線的布局方式，運種方式雖然容易在開關一側集中布置觸發電路、均壓保護、隔離保 護等電路和電氣元件，但引出線端卻因為集中在一側，造成電動應力沖擊來臨時開關各點 受力和力矩不平衡，容易造成開關結構的破壞和疲勞損害。
【發明內容】
[0006] 針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種模塊化脈沖晶閩管的壓裝結 構，旨在解決現有技術中采用開關高、低壓極單邊集中式引出線的布局方式，由于引出線端 集中在一側，導致電動應力沖擊來臨時開關各點受力和力矩不平衡，容易造成開關結構的 破壞和疲勞損害的問題。
[0007] 本發明提供了一種模塊化脈沖晶閩管的壓裝結構，包括上壓裝盤、下壓裝盤、上引 出線盤、下引出線盤、壓裝螺栓、緩沖元件、絕緣拉桿、保護電路模塊、觸發電路模塊、線纜端 子接入螺孔和外保護罩;在所述上壓裝盤與所述上引出線盤之間、所述下壓裝盤與所述下 引出線盤之間均安裝有所述緩沖元件;所述上壓裝盤和所述下壓裝盤通過所述絕緣拉桿連 接，所述壓裝螺栓貫通于所述絕緣拉桿中，用于拉緊所述絕緣拉桿，所述線纜端子接入螺孔 對稱布置在所述上壓裝盤和所述下壓裝盤上;壓裝時，晶閩管可控娃元件被壓裝在所述上 壓裝盤和所述下壓裝盤之間，所述保護電路模塊和所述觸發電路模塊呈雙螺旋線型分布在 晶閩管可控娃元件外圍;所述外保護罩包裹在整個結構主體外。
[0008] 由于上、下壓裝盤之間壓裝有一系列串、并聯在一起的單個晶閩管可控娃開關，壓 裝力依賴上、下壓裝盤之間的若干根棒型絕緣拉桿的拉緊來實現，上、下壓裝盤上有固定棒 型絕緣拉桿的螺柱或內螺紋孔，螺柱或內螺紋孔均勻分布在壓裝盤上，呈對稱布局。
[0009] 更進一步地，所述緩沖元件為墊裝彈黃或者碟黃。
[0010] 更進一步地，所述壓裝螺栓的個數與所述絕緣拉桿數相等。
[0011] 更進一步地，所述絕緣拉桿的數量
；111是絕緣拉 桿數，Ip是通過整個開關組件的脈沖電流峰值，單位kA，Fx是單根絕緣拉桿軸向拉力耐受值， 單位kN，「]為上取整符號。
[0012] 更進一步地，所述觸發電路模塊和所述保護電路模塊都采用螺旋線形布局。
[0013] 更進一步地，所述觸發電路模塊的布局螺旋線和所述保護電路模塊的布局螺旋線 的起點在軸向投影平面圓周上相距180度。
[0014] 更進一步地，按串聯晶閩管的軸向投影視角，呈螺旋線形布局的兩個相鄰模塊的 位置夾角
度，N是串聯晶閩管閥片的總數。
[0015] 由于本發明的壓裝結構采用中屯、軸線對稱的布局W及觸發、保護模塊的螺旋線分 布，能在滿足晶閩管壓裝需求的同時，有效地平衡大電流通過開關時的沖擊電動應力。此 夕h由于采用模塊化設計，使其便于串并聯擴展，對于不同工況下的晶閩管可控娃開關元件 有十分廣泛的適用性。另一方面，其結構緊湊、易于維護的特點，有利于晶閩管可控娃開關 穩定、可靠地運行。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發明所設及的大電流脈沖晶閩管壓裝結構主視圖，采用的是單串組件。
[0017] 圖2是本發明所設及的大電流脈沖晶閩管壓裝結構俯視圖。
[0018] 圖3是包含兩串聯組件再并聯的脈沖晶閩管壓裝結構示意圖。
[0019] 圖4是包含兩串聯組件再并聯的脈沖晶閩管壓裝結構俯視圖。
[0020] 圖1及圖2中：1是上壓裝盤，2是下壓裝盤，3是上引出線盤，4是下引出線盤，5是壓 裝螺栓，6是墊裝碟黃(彈黃），7是晶閩管可控娃元件，8是絕緣拉桿，9是保護電路模塊，10是 觸發電路模塊，11是線纜端子接入螺孔，12是外保護罩。
【具體實施方式】
[0021] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，W下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發明，并 不用于限定本發明。
[0022] 本發明所設及的一種適宜于在大電流脈沖作用下的模塊化脈沖晶閩管(可控娃） 開關的壓裝結構，并對其晶閩管可控娃元件的壓接方式、輔助和保護電路元件的排布做出 了相應的新式設計。
[0023] 本發明提出一種脈沖晶閩管(可控娃)開關的壓裝結構。該結構適宜于多個晶閩管 可控娃元件串、并聯組合實現高脈沖峰值電流、大功率能量轉移的應用場合。
[0024] 本發明提出，所有晶閩管(可控娃)開關的壓裝均采用圓盤型壓裝結構。整體結構 的上、下兩端為壓裝盤，用于機械壓裝，可W采用金屬導體或絕緣體制作。上、下壓裝盤之間 壓裝有一系列串、并聯在一起的單個晶閩管可控娃開關，壓裝力依賴上、下壓裝盤之間的若 干根棒型絕緣拉桿的拉緊來實現，上、下壓裝盤上有固定棒型絕緣拉桿的螺柱或內螺紋孔， 運些螺柱或內螺紋孔應該均勻分布在壓裝盤上，呈對稱布局。
[0025] 本發明提出，絕緣拉桿材料采用高強度材料，比如引拔棒、PPS棒材或者PE邸等棒 材，拉桿數量依據(公式II)計算：
[0027] 式中，m是絕緣拉桿數，Ip是通過整個開關組件的脈沖電流峰值，單位kA，Fx是單根 絕緣拉桿軸向拉力耐受值，單位kN(千牛），根據實際情況取值，為上取整符號，例如， 〇 1] = 1，「5J] = 6。因此，如果開關設計通流能力300kA，單根絕緣拉桿軸向拉力耐受 值為20kN，則拉桿數量應不少于討良，實際使用4根對稱布置即可。
[0028] 本發明推薦單根絕緣拉桿的軸向拉力耐受值不低于IOkN,法向剪切力耐受值不低 于；3kN。
[0029] 本發明中，接下來是上、下兩端的引出線盤，直接用于壓裝一系列的晶閩管可控娃 開關組件，且可用于引出電纜線。引出線盤為導電金屬板制作。
[0030] 本發明提出，絕緣拉桿拉緊整個開關結構體的時候，上、下引出線盤和相鄰的晶閩 管可控娃開關之間可W墊加短的彈黃或碟黃，用于減輕大電流直接作用晶閩管可控娃開關 串聯組件上的沖擊應力。
[0031] 上、下引出線盤周邊均勻分布線纜端子接入螺柱或內螺紋孔，呈對稱布局。滿足對 稱布局的要領是，相鄰螺柱或內螺紋孔的機械加工中屯、點與引出線盤機械加工中屯、點與之 間構成的夾角e滿足（公式I):
度……（公式I);n是引出線盤上應引出的線纜數 量。