CN105763076A - 一种水冷型功率单元 - Google Patents

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黄小光
余芙蓉
栗晋杰
林晓凯
朱剑
季华龙
徐林东
黄鑫鑫
刘东清
顾国彪
姜平
周根荣
钟永彦
陈瑞祥
刘建强
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Abstract

本发明涉及电力电子设备技术领域，具体涉及一种适用于H桥级联式的高压大功率变频器的水冷型功率单元，它包括功率单元本体，所述功率单元本体由输入模块、电容模块、输出模块、支撑机构组成；所述输入模块由整流桥、熔断器、水冷板及输入铜排构成；所述电容模块由薄膜电容、复合密封母排组成；所述输出模块由IGBT、驱动模块，水冷板及输出铜排构成，输出铜排由输出铜排A和输出铜排B组成；所述支撑机构由支撑板及滑轮、控制板及屏蔽盒构成，支撑板上安装有控制板，控制板上设置有屏蔽盒，支撑板两侧面上安装有若干滑轮；它采用常规的整流电路拓扑结构，设计简单合理、节约材料，同时提高了装配效率和电气性能。

Description

一种水冷型功率单元
【技术领域】
本发明涉及电力电子设备技术领域，具体涉及一种适用于H桥级联式的高压大功率变频器的水冷型功率单元。
【背景技术】
随着电力电子技术发展，功率单元级联模式的变频器成为目前主流的高压大功率传动的解决方案。功率单元是其重要的组成部件。功率单元主要有整流模块、支撑电容、逆变模块、控制器及散热系统组成。随着功率单元级联变频器容量也越来越大，功率单元的容量也越来越大。功率单元的散热、电磁兼容及体积控制技术成为各家公司重点研究内容。
目前市场上功率单元的设计上存在以下不足：器件布局不合理，影响功率单元的电气性能；功率单元多含有外壳，造成原材料浪费，装配效率低下，且后期加工维护不便。如国内申请专利中，专利号201210523117.9和201410520601.5仅仅涵盖逆变桥及电容模块，并未集成整流模块，虽然从电气性能上较常规设计有一定改善，但是由于直流母排仍然存在折弯现象，电气性能仍未达到最佳。
【发明内容】
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便的一种水冷型功率单元，它采用常规的整流电路拓扑结构，设计简单合理、节约材料，同时提高了装配效率和电气性能。
本发明所述的一种水冷型功率单元，它包括功率单元本体，所述功率单元本体由输入模块、电容模块、输出模块、支撑机构组成；所述输入模块由整流桥、熔断器、水冷板及输入铜排构成；所述电容模块由薄膜电容、复合密封母排组成；所述输出模块由IGBT、驱动模块，水冷板及输出铜排构成，输出铜排由输出铜排A和输出铜排B组成；所述支撑机构由支撑板及滑轮、控制板及屏蔽盒构成，支撑板上安装有控制板，控制板上设置有屏蔽盒，支撑板两侧面上安装有若干滑轮。
进一步地，所述功率单元本体，采用水冷散热，水冷进水必须先经过输出模块的水冷板，再进入输入模块的水冷板，然后流入外部换热器。
进一步地，所述功率单元本体中，整流桥、薄膜电容、IGBT的连接端子处于同一平面，保证母排无折弯。
进一步的，所述功率单元本体中，逆变输出采用多个IGBT并联，薄膜电容与IGBT、连接母排需要等长。
进一步地，每相输出是三个IGBT并联，三根相同的输出铜排A汇流到输出铜排B输出，用相同的输出铜排A是为与输出铜排B的搭接面积相同，保证相同的电密。
进一步地，所述功率单元本体中，采用薄膜电容，缩小单元体积，提高系统纹波电流。
进一步地，所述功率单元本体中，支撑机构将其输入、输出端及电容模块固定，并形成风道，对薄膜电容和控制板进行散热。
采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的一种水冷型功率单元，它采用常规的整流电路拓扑结构，设计简单合理、节约材料，同时提高了装配效率和电气性能。
【附图说明】
此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明的输出模块的结构示意图。
附图标记说明：
1、输入模块；11、输入铜排；2、电容模块；21、薄膜电容；3、输出模块；31、输出铜排A；32、输出铜排B；4、支撑机构；41、支撑板；42、滑轮。
【具体实施方式】
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1、图2所示，本具体实施方式所述的一种水冷型功率单元，它包括功率单元本体，所述功率单元本体由输入模块1、电容模块2、输出模块3、支撑机构4组成；
所述输入模块1由整流桥、熔断器、水冷板及输入铜排11构成；
所述电容模块2由薄膜电容21、复合密封母排组成；
所述输出模块3由IGBT、驱动模块，水冷板及输出铜排构成，输出铜排由输出铜排A31和输出铜排B32组成；
所述支撑机构4由支撑板41、滑轮42、控制板及屏蔽盒构成，支撑板41上安装有控制板，控制板上设置有屏蔽盒，支撑板41两侧面上安装有若干滑轮42。
作为本发明的一种优选，所述功率单元本体的结构中，采用水冷散热，水冷进水必须先经过输出模块的水冷板，再进入输入模块的水冷板，然后流入外部换热器。
作为本发明的一种优选，所述功率单元本体的结构中，整流桥、薄膜电容21、IGBT的连接端子处于同一平面，保证母排无折弯。
作为本发明的一种优选，所述功率单元本体中，逆变输出采用多个IGBT并联，薄膜电容21与IGBT、连接母排需要等长。
作为本发明的一种优选，每相输出是三个IGBT并联，三根相同的输出铜排A31汇流到输出铜排B32输出，用相同的输出铜排A31是为与输出铜排B32的搭接面积相同，保证相同的电密。
作为本发明的一种优选，所述功率单元本体中，采用薄膜电容21，缩小单元体积，提高系统纹波电流。
作为本发明的一种优选，所述功率单元本体中，支撑机构4将其输入、输出端及电容模块固定，并形成风道，对薄膜电容21和控制板进行散热。
本发明中，功率单元本体分为四个模块：输入模块、电容模块、输出模块、支撑机构。整个功率单元无壳体，组装方便。输入模块由整流桥、熔断器、水冷板及输入铜排构成；电容模块由薄膜电容、复合密封母排组成；输出模块由IGBT、驱动模块，水冷板及输出铜排构成；支撑机构由支撑板及滑轮、控制板及屏蔽盒构成。其结构必须保证整流桥、电容、IGBT连接端子处于同一平面，保证母排无折弯。其结构，采用水冷散热，水冷进水必须先经过输出模块的水冷板，再进入输入模块的水冷板，然后流入外部换热器。其结构，采用薄膜电容，缩小单元体积，提高系统纹波电流。功率单元本体中留有风道，对薄膜电容和控制板进行散热，提高单元使用寿命。功率单元本体中支撑机构将输入、输出、及电容模块固定，并形成风道；装有控制板并配有屏蔽盒，增强控制系统电磁兼容性能；底板装有滑轮，方便单元运输及安装。功率单元本体中，逆变输出采用多个IGBT并联，电容与IGBT连接母排需要等长，提供一种如图2中所示的铜排结构，简化了安装，增强了均流效果。
如图1中，本发明中的输入模块各输入铜排均设计较为简单，方便加工与装配。
如图1中，本发明的电容模块2中，电容与输入输出模块端子采用复合密封母排连接。使用传统分离式母排，受振动、盐雾和粉尘影响会严重威胁设备的安全，长期振动可能造成分离式母排连接处松动解体，海上的潮气如渗入绝缘将导致层之间击穿，粉尘累积可能导致爬电穿击。而使用复合密封母排，高强度整体粘结保证长期不松动，同等电流下可以使铜排尽量减薄，用弹性补偿振动影响，全密闭结构防止潮气渗入，绝缘材料封装消除了爬电击穿的威胁。
如图2中，本发明的每相输出是三个IGBT并联，三根相同的输出铜排1汇流到输出铜排2输出，用相同的输出铜排1是为与输出铜排2的搭接面积相同，保证相同的电密。输出铜排2上开有腰孔为保证并联的三个模块输出电流路径相同损耗相同达到均流的效果。
本发明的优点如下:
1）采用无外壳结构方式，节省材料，装配工艺简单，售后维护方便。
2）单元电流等级较大导致单元较笨重，因此单元底板装有滑轮，将单元推入柜体中，方便安装。
3）整流桥、电容、IGBT连接端子处于同一平面，保证母排无折弯，节省材料，减少损耗，降低杂散电感。
4）所有的支撑件都有折弯增加支撑强度。
5）电路板均加屏蔽盒将电磁干扰降到最低。
6）电容和电路板部分留有风道散热，虽电容本身发热很少，但温度的增高会导致电容容值减少，所以需要做通风处理。。
本发明所述的一种水冷型功率单元，它采用常规的整流电路拓扑结构，设计简单合理、节约材料，同时提高了装配效率和电气性能。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (7)

1.一种水冷型功率单元，其特征在于：它包括功率单元本体，所述功率单元本体由输入模块（1）、电容模块（2）、输出模块（3）、支撑机构（4）组成；所述输入模块（1）由整流桥、熔断器、水冷板及输入铜排（11）构成；所述电容模块（2）由薄膜电容（21）、复合密封母排组成；所述输出模块（3）由IGBT、驱动模块，水冷板及输出铜排构成，输出铜排由输出铜排A（31）和输出铜排B（32）组成；所述支撑机构（4）由支撑板（41）、滑轮（42）、控制板及屏蔽盒构成，支撑板（41）上安装有控制板，控制板上设置有屏蔽盒，支撑板（41）两侧面上安装有若干滑轮（42）。
2.根据权利要求1所述的一种水冷型功率单元，其特征在于：所述功率单元本体的结构中，采用水冷散热，水冷进水必须先经过输出模块的水冷板，再进入输入模块（1）的水冷板，然后流入外部换热器。
3.根据权利要求1所述的一种水冷型功率单元，其特征在于：所述功率单元本体的结构中，整流桥、薄膜电容（21）、IGBT的连接端子处于同一平面，保证母排无折弯。
4.根据权利要求1所述的一种水冷型功率单元，其特征在于：所述功率单元本体中，逆变输出采用多个IGBT并联，薄膜电容（21）与IGBT、连接母排等长。
5.根据权利要求1所述的一种水冷型功率单元，其特征在于：每相输出是三个IGBT并联，三根相同的输出铜排A（31）汇流到输出铜排B（32）输出，用相同的输出铜排A（31）是为与输出铜排B（32）的搭接面积相同，保证相同的电密。
6.根据权利要求1所述的一种水冷型功率单元，其特征在于：所述功率单元本体中，采用薄膜电容（21），缩小单元体积，提高系统纹波电流。
7.根据权利要求1所述的一种水冷型功率单元，其特征在于：所述功率单元本体中，支撑机构（4）将其输入、输出端及电容模块固定，并形成风道，对薄膜电容（21）和控制板进行散热。
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