CN101674021A - 热管型高效风电变频器功率模块 - Google Patents

Abstract

本发明所述的热管型高效风电变频器功率模块，包括基板，基板后部固定有热管散热器，热管散热器的底部设置有吹风机，顶部设置有引风管道，引风管道内设置有抽风机。其在运行过程中，功率器件发出的热量通过基板传导到热管散热器上，在热管散热器底部吹风机的作用下，热量散发到引风管道里，之后在引风管道内抽风机的作用下，热量被迅速抽到变频器柜体外部。该热管型风电变频器功率模块既具备了水冷的冷却效果又具有风冷的简洁结构，同时避免了水冷结构的复杂系统和风冷结构因模块并联带来的技术难点，其提高了变频器功率模块的散热效率，增强了功率器件运行的可靠性，同时降低了系统的整体设计成本和设计风险，其综合性价比较高。

Description

热管型高效风电变频器功率模块

技术领域

本发明涉及风电变频器，特别涉及风电变频器的构成部件——功率模块，具体为一种热管型高效风电变频器功率模块。

背景技术

功率模块作为风电变频器的关键部件，承担着电能由交流变直流、直流变交流的功能；通常的风电变频器功率模块多采用水冷或风冷结构，水冷结构由于其冷却系统的复杂性适用于大功率变频器模块。空冷结构的功率模块包括由前板、两个侧板和底板构成的外壳，在两侧板之间固定有基板，基板上固定有IGBT功率部件，基板后部固定有由散热片构成的散热器，散热器下部固定有风机。工作时IGBT功率部件产生的热量经基板传导至散热片构成的散热器上，风机对散热片进行风冷。由于现有空冷结构的功率模块采用的是散热片式的散热器，冷却效果较差，因此空冷结构在小功率变频器功率模块中具有优势，而对于中等功率的变频器功率模块，这两种冷却结构在系统综合性价比方面都有一定劣势。目前中等功率的变频器功率模块多采用小功率空冷单元并联的方式解决，但随之带来功率模块并联的技术难点，系统可靠性将受到影响。同时现有空冷结构的功率模块中风机产生的风流是发散性的(即不能按照固定风路流向柜体外)，这样，在风电变频器中，功率模块中的风机产生的热风流会对风电变频器中的其它电器部件产生不良影响。

发明内容

本发明为了解决现有的水冷和空冷结构不适用于中等功率的变频器功率模块，特别是现有的空冷结构冷却效果较差且产生的发散性风流会对风电变频器中的其它电器部件产生不良影响的问题，提供一种热管型高效风电变频器功率模块。

本发明是采用如下技术方案实现的：热管型高效风电变频器功率模块，包括由前板、左侧板、右侧板和底板构成的外壳，在左侧板与右侧板之间固定有基板，基板前部固定有IGBT功率部件，后部固定有散热器，所述的散热器为热管散热器，在热管散热器的底部设置有吹风机，热管散热器的顶部设置有引风管道，引风管道内设置有抽风机。

本发明所述的热管型高效风电变频器功率模块在运行过程中，功率器件发出的热量通过散热基板传导到热管散热器上，在热管散热器底部吹风机的作用下，热量散发到引风管道里，之后在引风管道内抽风机的作用下，热量被迅速抽到变频器柜体外部。

本发明所述的热管型高效风电变频器功率模块，既具备了水冷的冷却效果又具有风冷的简洁结构，同时避免了水冷结构的复杂系统和风冷结构因模块并联带来的技术难点，其提高了变频器功率模块的散热效率，改善了大功率IGBT器件的运行环境，增强了功率器件运行的可靠性，同时降低了系统的整体设计成本和设计风险，其综合性价比较高。

附图说明

图1为热管型高效风电变频器功率模块有外壳的主视图；

图2为热管型高效风电变频器功率模块有左侧板，无右侧板、前板的立体示意图；

图3为热管型高效风电变频器功率模块有左侧板、抽风机，无右侧板、前板、引风管道的立体示意图；

图4为图2的右视图；

图5为图3的主视图；

图6为图3的右视图。

附图中：1-吊装孔，2-前板，3-视窗口，4-滑轮，5-引风管道，6-热管散热器，7-吹风机，8-加热器，9-左侧板，10-基板，11-温度传感器，12-温度开关PTC，13-IGBT功率部；件，14-底板，15-电容复合母排，16-抽风机。

具体实施方式

现结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1所示，热管型高效风电变频器功率模块，包括由前板2、左侧板9、右侧板和底板14构成的外壳，如图2、3所示，在左侧板9与右侧板之间固定有基板10，基板10前部固定有IGBT功率部件13，后部固定有热管散热器6，在热管散热器6的底部设置有吹风机7，热管散热器6的顶部设置有引风管道5，引风管道5内设置有抽风机16。左侧板9和右侧板作为整个热管型风电变频器功率模块的支撑组件，引风管道5、热管散热器6、吹风机7、基板10、IGBT功率部件13、电容复合母排15、抽风机16均置于左侧板9与右侧板之间。

所述的热管散器为现有公知产品，其由热管和外壳构成。具体实施时，所述的热管散热器中的热管按一定倾斜角度安装在基板上，该热管散热器6设有配套的外壳，该外壳将所有的热管罩住，外壳固定在基板10上。在热管散热器6外壳的底部设置有吹风机7，顶部外壳上设置有引风管道5，引风管道5内固定有抽风机16，如此结构正好使热管型风电变频器功率模块内形成了独立的散热通道。

如图2、5所示，热管型高效风电变频器功率模块在运行过程中，IGBT功率部件13、电容复合母排15等功率部件发出的热量通过基板10传导到热管散热器6上，在热管散热器6底部吹风机7的作用下，热量散发到引风管道5里，之后在引风管道5内抽风机16的作用下，热量被迅速抽到变频器柜体外部。因该散热通道是独立的散热通道，热管型风电变频器功率模块中吹风机7产生的散热风流按照固定的风路，即散热风流流经热管散热器6至引风管道5后，热量被迅速抽到变频器柜体外部。这样，该散热风流不会对热管型风电变频器功率模块中的其它电器部件产生不良影响。

为完善热管型高效风电变频器功率模块的功能，如图1所示，在热管型风电变频器功率模块的前板2中部设置视窗口3，便于观察功率单元驱动电路工作状态，在前板2底部设置通风孔，作为功率模块的进风通道；在电抗器室隔离板后侧开孔，作为功率单元的进风通道。

为完善热管型高效风电变频器功率模块的功能，在热管型风电变频器功率模块顶部设置吊装孔1，底板14上设置滑轮4，如图1、2、3所示。利用吊装孔1，能够方便完成功率模块整体的现场组装，滑轮4支撑整个功率模块，且能够将热管型风电变频器功率模块整体推入标准柜体中，有助于变频器大部件的组装。

为完善热管型高效风电变频器功率模块的功能，在热管型高效风电变频器功率模块上设置保护装置，如图4、6所示。所述的保护装置为设置在基板10上的温度传感器11和温度开关PTC12以及设置在左侧板9上的加热器8。当热管型风电变频器功率模块启动时，根据基板10上的温度传感器11检测的温度信号进行控制，当热管型高效风电变频器功率模块内温度低于预先设定温度时，温度传感器11输出的温度信号送入相应的控制电路，在相应控制电路的控制下，加热器8开始工作，这样便于热管型风电变频器功率模块在低温环境下起动；当基板10超过预定的温度后，温度开关PTC12自动断开，功率模块停止工作，进行冷却，以防止IGBT功率部件13因温度过高而损坏。

Claims (4)

1、一种热管型高效风电变频器功率模块，包括由前板(2)、左侧板(9)、右侧板和底板(14)构成的外壳，在左侧板(9)与右侧板之间固定有基板(10)，基板(10)前部固定有IGBT功率部件(13)，后部固定有散热器，其特征为：所述的散热器为热管散热器(6)，在热管散热器(6)的底部设置有吹风机(7)，热管散热器(6)的顶部设置有引风管道(5)，引风管道(5)内设置有抽风机(16)。

2、如权利要求1所述的热管型高效风电变频器功率模块，其特征为：所述前板(2)中部设置视窗口(3)，底部设置通风孔。

3、如权利要求1所述的热管型高效风电变频器功率模块，其特征为：所述热管型风电变频器功率模块顶部设置吊装孔(1)，底板(14)上设置滑轮(4)。

4、如权利要求1或2或3所述的热管型高效风电变频器功率模块，其特征为：它还包括保护装置，所述的保护装置为设置在基板(10)上的温度传感器(11)和温度开关PTC(12)以及设置在左侧板(9)上的加热器(8)。

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