CN104092222B - 一种功率单元及高压电力变换设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种功率单元及高压电力变换设备，可以根据不同容量自由增加电容组件，获得不同功率段的功率单元，整机体积小，结构成本低。该功率单元包括：左功率器件组件、至少一个电容组件、右功率器件组件和至少一个印刷电路板PCB控制板；其中，所述左功率器件组件、至少一个所述电容组件和所述右功率器件组件呈线性依次连接组合成箱体结构；所述PCB控制板设置在与所述电容组件连接后的所述左功率器件组件和/或右功率器件组件上。

Description

一种功率单元及高压电力变换设备

技术领域

本发明涉及变频技术领域，具体涉及一种功率单元及高压电力变换设备。

背景技术

高压静止式无功发生器(StatleVarGenerator，简称高压SVG)是自由换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的电力变换装置，高压变频器一般是通过多个功率单元串联而输出高电压的电力变频设备，高压SVG和高压变频器一般均含有若干个功率单元，且每个功率单元的功率输出均较大，体积和重量也较大。如图1所示，高压SVG或者高压变频器的功率单元主要由功率器件、电容、金属壳体、连接铜排、控制印刷电路板(Printedcircuitboard，简称PCB)、散热器、输出铜排等组成。

上述高压电力变换设备的功率单元主要具有如下缺点：

1、同等容量产品中，金属壳体与内部导电体之间空隙大，功率单元体积大，使得整机体积大，整机结构成本高；

2、不同容量等级间的结构件通用性差，不能按需求组合与兼容；

3、功率器件、电容、控制板、铜排、散热器等在箱体内零散、杂乱布置，按照整机装配工艺逐个安装，过程繁琐，生产效率低。

4、功率单元的散热器、壳体以及功率单元整体均较重，在装配时特别是在翻转产品方向进行装配时都很麻烦，而且容易发生安全事故。

5、维护不方便，需要先拆卸掉箱体内上层或外层的零部件器件，才能维护下层或内层的零部件器件。

发明内容

针对上述缺陷，本发明实施例提供了一种功率单元及高压电力变换设备，整机结构体积小，结构简单，生产效率高，结构器件通用性好。

本发明一方面提供了一种功率单元，可包括：

左功率器件组件、至少一个电容组件、右功率器件组件和至少一个印刷电路板PCB控制板；

其中，所述左功率器件组件、至少一个所述电容组件和所述右功率器件组件呈线性依次连接组合成箱体结构；所述PCB控制板设置在与所述电容组件连接后的所述左功率器件组件和/或右功率器件组件上。

进一步地，所述左功率器件组件和所述右功率器件组件均包括壳体、散热器、功率器件、导电铜排、输出铜排；

其中，所述导电铜排一端安装在所述功率器件上，另一端用于连接所述电容组件，所述输出铜排一端安装在所述功率器件上，所述输出铜排另一端从所述壳体中延伸出，所述功率器件设置在所述散热器上，所述散热器通过固定件固定在所述壳体上；

所述电容组件包括：电容组件壳体和至少一个电容；其中，所述电容固定在所述电容组件壳体上。

可选地，所述左功率器件组件和所述右功率器件组件的壳体呈长方体结构，且所述左功率器件组件的壳体的上表面和右侧面不封闭；所述右功率器件组件的壳体的上表面和左侧面不封闭。

可选地，所述电容组件壳体呈长方体结构，且所述电容组件壳体的左右两侧面不封闭；

在所述电容组件壳体上还设置有一安装面板，所述安装面板上设置有多个电容通孔，所述电容通孔的直径与电容大小匹配，通过所述电容通孔将所述电容安装在所述电容组件壳体上。

在一个可实施方式中，所述左功率器件组件的壳体中不封闭的右侧面正对所述电容组件中不封闭的左右两侧面中的一面，所述右功率器件组件的壳体中不封闭的左侧面正对所述电容组件中不封闭的左右两侧面中的另一面，左功率器件组件、所述电容组件和所述右功率器件组件呈线性连接组合得到箱体结构。

在一个可实施方式中，所述PCB控制板数量为两个，所述左功率器件组件和右功率器件组件的壳体上还均设置有支撑件，通过所述支撑件将所述两个PCB控制板分别安装在所述左功率器件组件、右功率器件组件的所述导电铜排的上方。

在一个可实施方式中，所述电容组件的数量为两个以上，所述多个电容组件位于左功率器件组件和右功率器件组件之间，所述多个电容组件呈线性连接，所述左功率器件组件、多个电容组件和右功率器件组件呈线性连接组合。

可选地，所述左功率器件组件的壳体、所述右功率器件组件和所述电容组件壳体的壳体均为绝缘体。

可选地，所述左功率器件组件、电容组件和右功率器件组件上分别设置有相应的连接孔，所述左功率器件组件、电容组件和右功率器件组件通过连杆穿过所述连接孔依次连接组合，并通过平垫、弹垫和螺母固定。

可选地，所述左功率器件组件、电容组件和右功率器件组件上分别设置有相应的螺钉孔，通过螺钉依次连接组合。

可选地，所述左功率器件组件、电容组件和右功率器件组件上分别设置有相应的卡槽和卡扣，通过卡槽和卡扣将所述左功率器件组件、电容组件和右功率器件组件依次连接组合。

本发明另一方面还提供了一种高压电力变换设备，可包括：柜体和设置在该柜体内的第一方面提供的若干个所述功率单元。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供的功率单元包括左功率器件组件、至少一个电容组件、右功率器件组件和印刷电路板PCB控制板，其中，左功率器件组件，电容组件和所述右功率器件组件呈线性依次连接组合得到箱体结构，所述PCB控制板设置在左功率器件组件和/或右功率器件组件上。与现有技术相比，本发明可以根据不同容量自由增加电容组件，获得不同功率段的功率单元；再者本发明将功率单元整机划分成左功率器件组件、至少一个电容组件、右功率器件组件，即至少三个以上独立的组件然后进行组合连接，每个组件的零部件较少，体积和重量也相对较小，使得生产装配更加方便简单，并且各个组件可以并行生产装配，最后再组合组装在一起，极大提高了生产效率；最后，左功率器件组件和右功率器件组件可以互相通用，各个电容组件也是通用的，若功率单元发生故障时，只需拆卸有问题的组件进行维修或更换即可，维护非常方便灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的高压SVG或高压变频器的功率单元；

图2为本发明实施例提供的功率单元的结构示意图；

图3a为本发明实施例提供的左功率器件组件的结构示意图；

图3b为本发明实施例提供的右功率器件组件的结构示意图；

图3c为本发明实施例提供的电容组件的结构示意图；

图3d为本发明实施例提供的电容组件的组装示意图；

图4为本发明实施例提供的功率单元的组合示意图；

图5为本发明实施例提供的功率单元的另一组合示意图；

图6为本发明实施例提供的功率单元的另一组合示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种功率单元及高压电力变换设备(例如高压SVG、高压变频器等)，可以自由选择不同数量的电容组件组合使用从而灵活配置不同功率段的功率单元，且整机体积小，成本低，生产效率高，维护方便。

如图2所示，本发明实施例所提供的一种功率单元，具体包括：

左功率器件组件10、至少一个电容组件20、右功率器件组件30和至少一个印刷电路板PCB控制板40；

其中，所述左功率器件组件10、至少一个所述电容组件20和所述右功率器件组件30呈线性依次连接组合成箱体结构；所述PCB控制板40设置在与所述电容组件20连接后的所述左功率器件组件10和/或右功率器件组件30上。

本发明实施例所提供的功率单元包括有左功率器件组件10、至少一个电容组件20、右功率器件组件30和PCB控制板40，其中，左功率器件组件10、至少一个电容组件20和右功率器件组件30通过线性依次连接组合成箱体结构，其中，可以根据不同容量需求，在左功率器件组件10和右功率器件组件30之间依次连接不同数量的电容组件(可理解地，在功率器件组件中需相应配置不同功率等级的功率器件或不同数量的功率器件)，以获得不同功率段的功率单元，整个功率单元的整机体积小，成本底。

在一个可实施方式中，请参阅图3a和3b，图3a为本发明实施例提供的左功率器件组件的结构示意图，图3b为本发明实施例提供的右功率器件组件的结构示意图；其中，如图3a所示，左功率器件组件10可包括：壳体101、散热器102、功率器件103、导电铜排104、输出铜排105；

导电铜排104和输出铜排105均通过固定物件固定在所述功率器件103上，其中，导电铜排一端在功率器件上，另一端用于连接电容组件，而输出铜排一端连接在该功率器件上，另一端从壳体中延伸出去。所述功率器件103贴装在所述散热器102上，所述散热器102通过固定物件固定在所述壳体101上。

具体地，导电铜排和输出铜排在功率器件上的那一端均可以通过螺钉固定在功率器件上，功率器件也同样通过螺钉固定在散热器，另外，也采用螺钉将功率器件固定在壳体上。散热器优选安装在壳体内并靠近壳体的侧板上，在壳体上对应散热器的位置分别开设进风孔和出风孔。

其中，左功率器件组件的壳体101呈长方体结构，其中，且所述左功率器件组件的壳体的上表面和右侧面不封闭。

具体地，可以在左功率器件组件的壳体上设置有输出铜排延伸出去的相应通孔，以便该输出铜排的另一端可以从所设置的通孔中延伸出去。

如图3b所示，右功率器件组件30可包括：

壳体301、散热器302、功率器件303、导电铜排304、输出铜排305；

导电铜排304和输出铜排305均通过固定物件固定在所述功率器件303上，其中，导电铜排一端在功率器件上，另一端用于连接电容组件，而输出铜排一端连接在该功率器件上，另一端通过壳体延伸出去。所述功率器件303贴装在所述散热器302上，所述散热器302通过固定物件固定在所述绝缘壳体301上。

具体地，导电铜排和输出铜排在功率器件上的那一端均可以通过螺钉固定在功率器件上，功率器件也同样通过螺钉固定在散热器上，另外，也采用螺钉将功率器件固定在壳体上。散热器优选安装在壳体内并靠近壳体的侧板上，在壳体上对应散热器的位置分别开设进风空和出风孔。

其中，右功率器件组件的壳体101呈长方体结构，其中，且所述右功率器件组件的壳体的上表面和右侧面不封闭。

具体地，可以在左功率器件组件的壳体上设置有输出铜排延伸出去的相应通孔，以便该输出铜排的另一端可以从所设置的通孔中延伸出去。

在一个可实施的方式中，请参阅图3c和图3d，图3c为本发明实施例提供的电容组件的结构示意图，图3d为本发明实施例提供的电容组件的组装示意图；如图3c所示，电容组件20可包括：

电容组件壳体201和至少一个电容202；

其中，所述电容202固定在所述电容组件壳体201上。

具体地，所述电容组件壳体呈长方体结构，且所述电容组件壳体的左侧面、右侧面和上表面不封闭；

在所述电容组件壳体上还设置有一安装面板，所述安装面板上设置有多个电容通孔，所述电容通孔的直径与电容大小匹配，通过所述电容通孔将所述电容安装在所述电容组件壳体上。

进一步地，请参阅图4，图4为本发明实施例提供的功率单元的组合示意图；在图4中，为左功率器件组件10中的壳体101、电容组件壳体201和右功率器件组件30的壳体301线性排列；

其中，左功率器件组件10中的壳体101中的不封闭的右侧面正对电容组件绝缘壳体201不封闭的左右两侧面中的一面，右功率器件组件30中的壳体301中的不封闭的左侧面面向电容组件壳体201中不封闭的左右两侧面中的另一面，也就是说左功率器件组件10中的壳体101中与右功率器件组件30中的壳体301相对的侧面都是不封闭的。通过将左功率器件组件10、电容组件20和右功率器件组件30按照图4所示的排列方式排序后，依次连接组合得到箱体结构。

请参阅图5，并结合图4可以理解，左功率器件组件10、电容组件20和右功率器件组件30就是按照上述排列方式依次连接，以得到本发明实施例的功率单元。在本发明其它的实施例中，左功率器件、右功率器件和电容组件不一定严格是长方体结构，也可以是不规则的体型结构，只需要满足将左功率器件、电容组件、右功率器件依次组合得到箱体型的功率单元即可。

可选地，所述左功率器件组件、电容组件和右功率器件组件上分别设置有相应的连接孔，所述左功率器件组件、电容组件和右功率器件组件通过连杆通过穿过所述连接孔依次连接组合，并通过平垫、弹垫和螺母固定。

具体地，该连接孔设置在左功率器件组件的壳体、电容组件壳体和右功率器件组件的壳体上。

可选地，除了通过连接杆，还可以在左功率器件组件、电容组件和右功率器件组件上分别设置相应的螺钉孔，通过螺钉依次连接组合。

可选地，还可以在左功率器件组件、电容组件和右功率器件组件上分别设置相应的卡槽和卡扣，通过卡槽和卡扣将所述左功率器件组件、电容组件和右功率器件组件依次连接组合。

本发明实施例对于组件之间的连接方式不作限定，可以理解的是，除了本发明实施例所提供的三种连接方式之外，还可以有其他连接方式。

在本发明实施例中，左功率器件组件的壳体、右功率器件组件的壳体和电容器件壳体都采用绝缘材料，能够两两之间紧密地贴合在一起，不用考虑电气隔离，进一步减少功率单元整机的体积。

可以理解的是，本发明实施例提供的功率单元中可以包括多个电容组件，例如，1个，2个或者N个，N为大于或等于1的正整数。

举例来说，电容组件数量为2个以上时，如图5、图6所示，在组合时，2个以上的电容组件放置在左功率器件组件和右功率器件组件之间，多个电容组件也呈线性连接，然后，左功率器件组件、线性连接后的2个电容组件和右功率器件组件再呈线性连接，组合得到箱体结构。然后在左功率器件组件的导电铜排上方安装PCB控制板，和/或在右功率器件组件的导电铜排上方安装PCB控制板，所述PCB控制板与功率器件电连接。

在箱体内，左功率器件组件和右功率器件组件之间的多个电容组件呈线性排列，相对于左功率器件组件、电容组件和右功率器件组件线性方向而言，多个电容组件之间的线性方向可以与之相同，也可以与之不同，在此不作限定，可以根据箱体空间需求决定。

本发明实施例还提供了一种高压电力变换设备，包括柜体，和在该柜体内设置的若干个上述实施例所介绍的功率单元。

其中，功率单元请参阅上述介绍，在此不再赘述。

左功率器件组件的壳体、右功率器件组件的壳体和电容组件壳体均为绝缘材料，进而柜体内的功率单元之间可以彼此紧贴一起，以减小高压电力变换设备的整机体积。

该高压电力变换设备可以是高压SVG或者变频器。

本发明可以根据不同容量自由增加电容组件，可以获得不同功率段的功率单元，从而可以获得不同输出功率的高压电力变换设备；再者本发明将功率单元整机划分成左功率器件组件、至少一个电容组件、右功率器件组件，即至少三个以上独立的组件然后进行组合连接，每个组件的零部件较少，体积和重量也相对较小，使得生产装配更加方便简单，并且各个组件可以并行生产装配，最后再组合组装在一起，极大提高了生产效率；最后，左功率器件组件和右功率器件组件可以互相通用，各个电容组件也是通用的，若功率单元发生故障时，只需拆卸有问题的组件进行维修或更换即可，维护非常方便灵活。

以上对本发明所提供的一种功率单元及高压电力变换设备进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种功率单元，其特征在于，包括：左功率器件组件、至少一个电容组件、右功率器件组件和至少一个印刷电路板PCB控制板；

其中，所述左功率器件组件、至少一个所述电容组件和所述右功率器件组件呈线性依次连接组合成箱体结构；所述PCB控制板设置在与所述电容组件连接后的所述左功率器件组件和/或右功率器件组件上；

其中，所述左功率器件组件和所述右功率器件组件均包括壳体、散热器、功率器件、导电铜排、输出铜排；

其中，所述导电铜排一端安装在所述功率器件上，另一端用于连接所述电容组件，所述输出铜排一端安装在所述功率器件上，所述输出铜排另一端从所述壳体中延伸出，所述功率器件设置在所述散热器上，所述散热器通过固定件固定在所述壳体上。

2.根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于，

所述电容组件包括：电容组件壳体和至少一个电容；其中，所述电容固定在所述电容组件壳体上。

3.根据权利要求2所述的功率单元，其特征在于，

所述左功率器件组件和所述右功率器件组件的壳体呈长方体结构，且所述左功率器件组件的壳体的上表面和右侧面不封闭；所述右功率器件组件的壳体的上表面和左侧面不封闭。

4.根据权利要求2或3所述的功率单元，其特征在于，

所述电容组件壳体呈长方体结构，且所述电容组件壳体的左右两侧面不封闭；

在所述电容组件壳体上还设置有一安装面板，所述安装面板上设置有多个电容通孔，所述电容通孔的直径与电容大小匹配，通过所述电容通孔将所述电容安装在所述电容组件壳体上。

5.根据权利要求4所述的功率单元，其特征在于，

所述左功率器件组件的壳体中不封闭的右侧面正对所述电容组件中不封闭的左右两侧面中的一面，所述右功率器件组件的壳体中不封闭的左侧面正对所述电容组件中不封闭的左右两侧面中的另一面，左功率器件组件、所述电容组件和所述右功率器件组件呈线性连接组合得到箱体结构。

6.根据权利要求2所述的功率单元，其特征在于，

所述PCB控制板数量为两个，所述左功率器件组件和右功率器件组件的壳体上还均设置有支撑件，通过所述支撑件将所述两个PCB控制板分别安装在所述左功率器件组件、右功率器件组件的所述导电铜排的上方。

7.根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于，

所述电容组件的数量为两个以上，所述多个电容组件位于左功率器件组件和右功率器件组件之间，所述多个电容组件呈线性连接，所述左功率器件组件、多个电容组件和右功率器件组件呈线性连接组合。

8.根据权利要求2所述的功率单元，其特征在于，

所述左功率器件组件的壳体、所述右功率器件组件和所述电容组件壳体的壳体均为绝缘体。

9.根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于，

所述左功率器件组件、电容组件和右功率器件组件上分别设置有相应的连接孔，所述左功率器件组件、电容组件和右功率器件组件通过连杆穿过所述连接孔依次连接组合，并通过平垫、弹垫和螺母固定。

10.根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于，

所述左功率器件组件、电容组件和右功率器件组件上分别设置有相应的螺钉孔，通过螺钉依次连接组合。

11.根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于，

所述左功率器件组件、电容组件和右功率器件组件上分别设置有相应的卡槽和卡扣，通过卡槽和卡扣将所述左功率器件组件、电容组件和右功率器件组件依次连接组合。

12.一种高压电力变换设备，其特征在于，包括柜体和设置在所述柜体内的若干个如权利要求1～11任一项所述功率单元。