CN101183833A - 基于热管技术的变频功率单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于热管技术的变频功率单元。它是由壳体，功率器件，控制板，电容阵列，热管散热器，电阻和继电器组成；电容阵列组采用卧式方式，挂置于壳体侧面，热管散热器立式布置于电容阵列左侧，在电容阵列前方放置控制板，并在电容阵列和控制板之间设置屏蔽板，功率器件挂置于热管散热器表面，各部件间通过铜带连接，其中在整流桥和IGBT之间通过电阻连接，继电器并联在电阻两端。本发明的重要特性是：模块具有功率大，卓越的散热性能，独创的滑道技术，结构紧凑，外型美观，安装维护便捷。

Description

基于热管技术的变频功率单元
(一)技术领域
本发明主要涉及高压变频技术，具体涉及一种高压变频中的功率变换装置。
(二)背景技术
随着高压变频器在工业设备技术改造中的广泛应用，其卓越的节能效果，良好的用户界面以及便于安装维护等诸多优点，被各大企业广泛使用。而功率单元作为多电平单元串联电压源型的高压变频器的重要组成部分，它是实现变频调速的关键器件，其性能的优劣直接决定着整个系统设备；所以，为适应各种功率、容量、电压和电流等级的多用户需求，有待于研发新型的功率单元。
由于国内高压变频器大多采用多电平单元串联方式实现，所以，大功率单元的研制主要面临工作电流大、功率器件功耗增大、在有限空间内散热的技术难题；而且，从安装工艺的角度出发，虽然所有的元器件采用的都是分立的，但是为了使结构更加合理、外型美观、安装维护快捷方便等，相关领域的工作人员正致力于基于热管技术的新型功率单元的研究。
(三)发明内容
本发明的目的是提供一种功率大、散热性能卓越、结构优化、外型美观和安装维护方便的基于热管技术的变频功率单元。
本发明的目的是这样实现的：它包括壳体、设置在壳体内的输入部分、控制回路、主回路、输出端子和控制电源输入端子，输入部分为工作电源插座端子1，控制回路包括主控板9和整流桥2，主回路包括电容阵列5、电容均压板6、铜带10、IGBT7、热管散热器11、电阻3和继电器4；整流桥2、IGBT7均安装于热管散热器11的表面，整流桥和IGBT之间通过电阻连接，工作电源插座端子1接入整流桥2，整流桥2输出正极电缆通过电阻接入电容阵列5正极，整流桥2输出负极电缆接入电容阵列5负极，其中在整流桥2和电容阵列5之间通过电阻3连接，继电器4并联在电阻两端，电容阵列5正负通过铜带连到IGBT7，IGBT7输出通过铜带连到输出端子8；控制回路主控板9工作电源和通讯端由外部引入，主控板9输出IGBT驱动到IGBT7，电容阵列5中的电容接入电容均压板6，同时电容均压板6接入主控板9。
本发明还有这样一些技术特征：
1、所述的壳体17的底部设置有可插拔式滑道13，在滑道13板上放置固定螺栓螺母14，在壳体17上放置固定螺栓15和滚动轴承16；
2、所述的工作电源插座端子1和输出端子8通过固定螺丝一端固定于壳体17，另一端分别和整流桥2和IGBT7连接；
3、所述的热管散热器11通过三侧切面的安装孔，用螺丝将其固定于壳体17上，在热管散热器表面通过安装孔由上至下固定功率器件IGBT7和整流桥2；
4、所述的电容阵列5采用卧式方式，放置于热管散热器11右侧，电容阵列5通过分立的电容固定夹挂于壳体17上；
5、所述的电容阵列5前方放置主控板9和电容均压板6，并且在电容和控制板之间设置绝缘板12，绝缘板12固定于壳体17一侧，主控制板9和电容均压板6从上至下挂于绝缘板12上；
6、所述的电容阵列5和整流桥2之间串接一电阻3，继电器4并联于电阻3。
本发明的有益效果有：
1.独创的可插拔式滑道13式模块可插拔设计和可插拔端子18的运用，使得安装维护更加方便快捷；
2.卓越的散热性能：采用热管散热器11是本次发明最具创意的构想；热管散热器11热阻小、导热快、体积小、自然散热、安全环保和无噪声等有特点，使得大功率器件能快速进行热传导，工作环境良好，增强系统稳定性，同时延长器件的使用寿命；
3.优化的结构布局：特别是电容阵列11的放置，处于主风道中，使电容11工作在良好的环境中，增加系统稳定性，延长电容使用寿命；
4.极强的抗干扰性能：通过设置绝缘板12、主控制板9、电容均压板6原理电磁兼容性设计和优化的电气布局，使其在恶劣的工作环境中都能正常工作；
5.关键的电容预充电技术：通过主回路中电阻3和电容阵列5组成RC回路，在模块刚启动时，完成对电容5的预充电，使模块可靠启动；
6.通用性：该新型功率单元，可以在不改变整体结构的前提下，直接用其组成多种电压等级的高压变频器。
(四)附图说明
图1是本发明的整机示意图；
图2是本发明的电气原理图；
图3是本发明的系统方案图；
图4是本发明热管散热器的安装位置示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作更详细的阐述：
结合图1，是本发明的整机图，整流桥2，IGBT7均安装于热管散热器11的表面；电容均压板6安装于电容阵列5的前端，主控制板9安装在绝缘板12上；热管散热器11，电容阵列5，工作电源输入端子1，输出端子8，控制电源输入端子18，绝缘板12均安装于壳体17内侧；电阻3，继电器4，铜带10均按图3的连接方式进行安装；固定螺栓15，滚动轴承16，均安装于壳体17外侧；其中固定螺母14安装于滑道13上形成独立部分，安装维护方便快捷。
结合图2，是本发明的电气原理图，工作电源由插座端子1接入整流桥2，整流桥2输出正极电缆通过电阻接入电容阵列5正极，整流桥2输出负极电缆接入电容阵列5负极，其中在整流桥2和电容阵列5之间通过电阻3连接，继电器4并联在电阻两端，电容阵列5正负通过铜带连到IGBT7，IGBT7输出通过铜带连到输出端子8；控制回路主控制板9工作电源和通讯端由外部引入，主控板9输出IGBT驱动到IGBT7，电容阵列5中的电容接入电容均压板6，同时电容均压板6接入主控板9。
结合图1-2，壳体17底部采用滑道13设计，为可插拔式。在滑道13板上放置固定螺栓螺母14，在壳体17上放置固定螺栓15和滚动轴承16。在壳体一侧安装输入和输出接插端子18，端子和功率器件均为分立元件。接插端子18通过固定螺丝一段固定于壳体17，另一端分别和整流桥2和IGBT7连接。热管散热器11采用热管散热器11，三侧切面设置有安装丝孔，功率器件立式排列在一侧表面上，用螺丝固定于壳体17上。通过三侧切面的安装孔，用螺丝将其固定于壳体17上，在热管散热器表面通过安装孔固定功率器件。热管散热器11表面有螺丝固定孔，由上至下一次为IGBT7和整流桥2。功率器件通过导热硅脂用一体化螺丝固定也热管散热器11表面。电容阵列5采用卧式方式，放置于热管散热器11右侧。电容阵列5通过分立的电容固定夹挂于壳体17上。在电容阵列5前方放置主控制板9和电容均压板6，并且在电容和控制板之间设置绝缘板12。通过绝缘板12固定于壳体17一侧，主控制板9和电容均压板6从上至下挂于绝缘板12上。在电容阵列5和整流桥2之间，串接一电阻3，继电器4并联于电阻3上。将铜带10分段制作，然后将电阻3串接于回路中，并用铜带10继电器4并联于电阻3上。
结合图3，是本发明的系统方案图，采用独创的空间结构思想，即“热管散热器，电解电容阵列安装在一侧，在电解电容阵列前端安装均压板和主控制板，在热管散热器表面安装功率器件，器件之间采用铜带连接”。
结合图4，是本发明的热管散热器11的安装位置图，也是本发明独具特色的创新的特点，采用热阻小、导热快、体积小、自然散热、安全环保和无噪声的热管散热器作为主要散热元件，能快速进行热传导，工作环境良好，增强系统稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施方案，本发明的保护范围不仅限于此，任何基于本发明技术方案和技术特点上的等效形式均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于热管技术的变频功率单元，它包括壳体、设置在壳体内的输入部分、控制回路、主回路、输出端子和控制电源输入端子，其特征在于输入部分为工作电源插座端子(1)，控制回路包括主控板(9)和整流桥(2)，主回路包括电容阵列(5)、电容均压板(6)、铜带(10)、IGBT(7)、热管散热器(11)、电阻(3)和继电器(4)；整流桥(2)、IGBT(7)均安装于热管散热器(11)的表面，整流桥和IGBT之间通过电阻连接，工作电源插座端子(1)接入整流桥(2)，整流桥(2)输出正极电缆通过电阻接入电容阵列(5)正极，整流桥(2)输出负极电缆接入电容阵列(5)负极，其中在整流桥(2)和电容阵列(5)之间通过电阻(3)连接，继电器(4)并联在电阻两端，电容阵列(5)正负通过铜带连到IGBT(7)，IGBT(7)输出通过铜带连到输出端子(8)；控制回路主控板(9)工作电源和通讯端由外部引入，主控板(9)输出IGBT驱动到IGBT(7)，电容阵列(5)中的电容接入电容均压板(6)，同时电容均压板(6)接入主控板(9)。
2.根据权利要求1所述的基于热管技术的变频功率单元，其特征在于：所述的壳体(17)底部设置有可插拔式滑道(13)，在滑道(13)板上放置固定螺栓螺母(14)，在壳体(17)上放置固定螺栓(15)和滚动轴承(16)。
3.根据权利要求1所述的基于热管技术的变频功率单元，其特征在于：所述的工作电源插座端子(1)和输出端子(8)通过固定螺丝一端固定于壳体(17)，另一端分别和整流桥(2)和IGBT(7)连接。
4.根据权利要求1所述的基于热管技术的变频功率单元，其特征在于：所述的热管散热器(11)通过三侧切面的安装孔，用螺丝将其固定于壳体(17)上，在热管散热器表面通过安装孔由上至下固定功率器件IGBT(7)和整流桥(2)。
5.根据权利要求1所述的基于热管技术的变频功率单元，其特征在于：所述的电容阵列(5)采用卧式方式，放置于热管散热器(11)右侧，电容阵列(5)通过分立的电容固定夹挂于壳体(17)上。
6.根据权利要求1所述的基于热管技术的变频功率单元，其特征在于：所述的电容阵列(5)前方放置主控板(9)和电容均压板(6)，并且在电容和控制板之间设置绝缘板(12)，绝缘板(12)固定于壳体(17)一侧，主控制板(9)和电容均压板(6)从上至下挂于绝缘板(12)上。
7.根据权利要求1所述的基于热管技术的变频功率单元，其特征在于：所述的电容阵列(5)和整流桥(2)之间串接一电阻(3)，继电器(4)并联于电阻(3)。
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