CN107276426B - 一种积木式电能路由器功率单元结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种积木式电能路由器功率单元结构，属于电力电子变换器领域。本发明将电能路由器功率单元的整流级设计成一个整流积木，DAB级设计成两个积木——前端H桥积木和后端H桥积木，逆变级设计成一个逆变积木；将整流级与DAB级之间的电解电容设计成一个前端电容积木；将DAB级与逆变级之间的电解电容设计成一个后端电容积木。本发明采用积木式结构，所以可以根据不同应用场合的功能需求，选择需要的积木，不需重新进行结构设计，方便系统功能的扩展和删减。功率单元组装、拆卸、维护方便。
Description
技术领域
本发明属于电力电子变换器领域，涉及一种电能路由器功率单元结构设计方法，具体地说，是指一种积木式电能路由器功率单元结构设计方法，适用于380V/100kVA以下电能路由器。
背景技术
电能路由器是能源互联网中的关键设备，是分布式发电、分布式储能、分布式负荷以及不同电网互联的重要网络节点。电能路由器能够实现能量的自主分配和管理，保证电能质量，具有隔离功能，可以满足电能变换、通信等要求。
为了满足上述要求，电能路由器一般具备多级，包括整流级、DAB级(Dual ActiveBridge，双有源桥)、逆变级和多端口，包括直流端口和交流端口。电能路由器的每级相当于一台电力电子变换器，且各级之间需要通过电解电容和高频变压器耦合，因此设计出来的电能路由器功率单元的体积通常很大，级内和级间杂散电感大。另外，电能路由器应用场合不同，功能需求也会不同，需要选择不同的变换级数，此时需要重新进行功率单元结构设计。如何使得电能路由器应用场合发生变化时，能根据功能需求方便地扩展、删减功率单元的某部分而不重新进行结构设计，且在保证每级以及整体结构紧凑、体积小的前提下，满足功率器件散热、级内和级间杂散电感小的要求，是电能路由器结构设计面临的挑战。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种积木式电能路由器功率单元结构，将电能路由器功率单元的整流级设计成一个整流积木，DAB级(Dual Active Bridge，双有源桥)设计成两个积木——前端H桥积木和后端H桥积木，逆变级设计成一个逆变积木；将整流级与DAB级之间的电解电容设计成一个前端电容积木；将DAB级与逆变级之间的电解电容设计成一个后端电容积木。
所述前端电容积木布置在与其有电气联系的整流积木和前端H桥积木之间，通过前端电容积木安装板与两侧积木固定在一起，三个积木通过层叠母排A实现电气上的连接。后端电容积木布置在与其有电气联系的后端H桥积木和逆变积木之间，通过后端电容积木安装板与两侧积木固定在一起，三个积木通过层叠母排B实现电气上的连接。
所述整流积木、前端H桥积木、后端H桥积木、逆变积木均带独立的散热器，且散热器垂直放置。整流积木和逆变积木的散热器背靠背布置，通过整流积木安装板和逆变积木安装板固定在一起，组成一个完整的垂直风道。前端H桥积木和后端H桥积木的散热器背靠背布置，通过前端H桥积木安装板和后端H桥积木安装板固定在一起，组成一个完整的垂直风道。
本发明具有以下优点：
(1)由于采用积木式结构，所以可以根据不同应用场合的功能需求，选择需要的积木，不需重新进行结构设计，方便系统功能的扩展和删减。
(2)积木内模块布局紧凑，积木体积小、杂散电感小。
(3)前端电容积木和后端电容积木均布置在与其有电气联系的积木之间，方便积木间层叠母排的设计，且级间结构紧凑、杂散电感小。
(4)整流积木和逆变积木的散热器背靠背布置，前端H桥积木和后端H桥积木的散热器背靠背布置，形成的风道完整、集中，且为垂直风道，利用相对较轻的热气流形成烟囱效应，热阻小，散热效果好。
(5)所有的功率模块端子、电容端子均位于功率单元的最外侧，方便测试。
(6)功率单元组装、拆卸、维护方便。
附图说明
图1为本发明一种积木式电能路由器功率单元结构的电气原理图。
图2为本发明的正面立体图。
图3为本发明的背面立体图。
图4为本发明的右面立体图。
图中：
1.整流积木； 2.前端电容积木； 3.前端H桥积木；
4.层叠母排A； 5.整流积木安装板； 6.前端H桥积木安装板；
7.前端电容积木安装板； 8.后端H桥积木； 9.后端电容积木；
10.逆变积木； 11.层叠母排B； 12.后端H桥积木安装板；
13.逆变积木安装板； 14.后端电容积木安装板。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合实施例和附图对本发明进行详细地描述。这些附图均为简化的结构示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利申请保护的范围。
本发明提供一种积木式电能路由器功率单元结构，如图1所示为本发明的电气原理图。整流积木1将三相交流电整流为直流电，经前端电容积木2后接前端H桥积木3，将直流电变为高频交流电，经高频变压器T1后，接后端H桥积木8，将高频交流电变为直流电，经后端电容积木9后接逆变积木10，将直流电变为三相四线交流电，接单相或三相负载。
如图2所示，本发明中的整流积木1由三个T型三电平功率模块及相应的驱动板、散热器组成，T型三电平功率模块固定在散热器表面，散热器垂直放置，并固定在整流积木安装板5上。四个螺栓式电解电容与并联在各电解电容两端的四个均压电阻组成前端电容积木2，电解电容均水平放置，安全阀位于12点钟方向，通过环形电容卡子固定在前端电容积木安装板7上，排成一列。前端H桥积木3由两个半桥功率模块及相应的驱动板、散热器组成，半桥功率模块固定在散热器表面，散热器垂直放置，并固定在前端H桥积木安装板6上。
如图3所示，后端H桥积木8由两个半桥功率模块及相应的驱动板、散热器组成，根据具体电路参数，后端H桥积木8中两个半桥功率模块与前端H桥积木3中两个半桥功率模块的型号可能相同，也可能不同，但封装一致，半桥功率模块固定在散热器表面，散热器垂直放置，并固定在后端H桥积木安装板12上。四个螺栓式电解电容与并联在各电解电容两端的四个均压电阻组成后端电容积木9，根据具体电路参数，后端电容积木9中电解电容型号与前端电容积木2中电解电容型号可能相同，也可能不同，但尺寸相同，电解电容均水平放置，安全阀位于12点钟方向，通过环形电容卡子固定在后端电容积木安装板14上，排成一列；逆变积木10由四个半桥功率模块及相应的驱动板、散热器组成，半桥功率模块固定在散热器表面，散热器垂直放置，并固定在逆变积木安装板13上。
如图4所示，将通过整流积木安装板5固定的整流积木1和通过逆变积木安装板13固定的逆变积木10的散热器背靠背布置，整流积木1位于正面；将通过前端H桥积木安装板6固定好的前端H桥积木3和通过后端H桥积木安装板12固定的后端H桥积木8的散热器背靠背布置，前端H桥积木3位于正面。
将前端电容积木2放置在整流积木1和前端H桥积木3之间，如图2，通过前端电容积木安装板7与两侧整流积木1和前端H桥积木3固定在一起。将后端电容积木9放置在后端H桥积木8和逆变积木10之间，如图3，通过后端电容积木安装板14与两侧后端H桥积木8和逆变积木10的侧板固定在一起。
积木间固定好之后，将层叠母排A 4压装在整流积木1、前端电容积木2、前端H桥积木3的相应端子上，如图2所示。将层叠母排B 11压装在后端H桥积木8、后端电容积木9、逆变积木10的相应端子上，如图3所示。
图1中的高频变压器T1固定在上述积木最下方的环氧树脂横梁上。
Claims (2)
1.一种积木式电能路由器功率单元结构，其特征在于：将电能路由器功率单元的整流级设计成一个整流积木，DAB级设计成两个积木——前端H桥积木和后端H桥积木，逆变级设计成一个逆变积木；将整流级与DAB级之间的电解电容设计成一个前端电容积木；将DAB级与逆变级之间的电解电容设计成一个后端电容积木；
所述前端电容积木布置在与其有电气联系的整流积木和前端H桥积木之间，通过前端电容积木安装板与两侧积木固定在一起，三个积木通过层叠母排A实现电气上的连接；后端电容积木布置在与其有电气联系的后端H桥积木和逆变积木之间，通过后端电容积木安装板与两侧积木固定在一起，三个积木通过层叠母排B实现电气上的连接；
所述整流积木、前端H桥积木、后端H桥积木、逆变积木均带独立的散热器，且散热器垂直放置；整流积木和逆变积木的散热器背靠背布置，通过整流积木安装板和逆变积木安装板固定在一起，组成一个完整的垂直风道；前端H桥积木和后端H桥积木的散热器背靠背布置，通过前端H桥积木安装板和后端H桥积木安装板固定在一起，组成一个完整的垂直风道；
所述的整流积木由三个T型三电平功率模块及相应的驱动板、散热器组成，T型三电平功率模块固定在散热器表面，散热器垂直放置，并固定在整流积木安装板上；
四个螺栓式电解电容与并联在各电解电容两端的四个均压电阻组成前端电容积木，电解电容均水平放置，安全阀位于12点钟方向，通过环形电容卡子固定在前端电容积木安装板上，排成一列；
前端H桥积木由两个半桥功率模块及相应的驱动板、散热器组成，半桥功率模块固定在散热器表面，散热器垂直放置，并固定在前端H桥积木安装板上；
后端H桥积木由两个半桥功率模块及相应的驱动板、散热器组成，半桥功率模块固定在散热器表面，散热器垂直放置，并固定在后端H桥积木安装板上；
四个螺栓式电解电容与并联在各电解电容两端的四个均压电阻组成后端电容积木，电解电容均水平放置，安全阀位于12点钟方向，通过环形电容卡子固定在后端电容积木安装板上，排成一列；
逆变积木由四个半桥功率模块及相应的驱动板、散热器组成，半桥功率模块固定在散热器表面，散热器垂直放置，并固定在逆变积木安装板上。
2.根据权利要求1所述的一种积木式电能路由器功率单元结构，其特征在于：整流积木将三相交流电整流为直流电，经前端电容积木后接前端H桥积木，将直流电变为高频交流电，经高频变压器T1后，接后端H桥积木，将高频交流电变为直流电，经后端电容积木后接逆变积木，将直流电变为三相四线交流电，接单相或三相负载。
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