CN107799504B - 功率单元和包含其的交流器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种功率单元和包含其的交流器。该功率单元包括构造为盒式的壳体；设置在所述壳体的内腔中并与所述壳体的背板固定连接的散热器；设置在所述散热器的表面上的IGBT元件；设置在所述壳体的内腔中并与所述壳体的背板固定连接的直流支撑电容，所述直流支撑电容与所述IGBT元件电气连接；与所述壳体的内腔连通的冷风源。该功率单元散热效率高，运行稳定。

Description

功率单元和包含其的交流器
技术领域
本发明涉及电力电子技术，尤其是涉及一种功率单元和包含其的交流器。
背景技术
随着变流器功率等级的不断提升，其重量和体积也相应增加。为减小变流器支撑电容纹波电流，常采用三相功率单元，但是随着功率的不断增加，用的三相功率单元体积、重量也会不断增加，不利于维护、维修。另外，在运行过程中若三相功率单元其中一个元件损坏则需进行整个模块的拆卸和更换，造成维修困难和维修成本高的问题。
从而，单相功率单元由于其具有重量轻、拆解方便、易于维护等特点在变流器上得到了广泛应用。然而，现有技术中的单相功率单元内部往往缺少散热考虑，致使直流支撑电容温升过高而寿命急剧下降，降低了单相功率单元的稳定性和寿命。
因此，设计运行稳定的功率单元和包含其的交流器是必要的。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种功率单元和包含其的交流器。该功率单元散热效率高，运行稳定。
根据本发明的一方面，提出了一种功率单元，包括：
构造为盒式的壳体，
设置在壳体的内腔中并与壳体的背板固定连接的散热器，
设置在散热器的表面上的IGBT元件，
设置在壳体的内腔中并与壳体的背板固定连接的直流支撑电容，直流支撑电容与IGBT元件电气连接，
与壳体的内腔连通的冷风源。
在一个实施例中，在背板上设置基板，基板与散热器对接以将壳体的内腔在竖直方向上分为第一空间和第二空间，其中，直流支撑电容通过基板固定在背板上，且直流支撑电容的固定端子位于第一空间内而电极端子位于第二空间内，IGBT元件位于第二空间内，
第一空间和第二空间均与冷风源连通。
在一个实施例中，壳体的上板、下板、前板、左板和右板中的相互连接的连接处均为密封式连接。
在一个实施例中，冷风源为设置在壳体的下板上的直流冷风机，并且在第一空间和第二空间内均设置有直流冷风机。
在一个实施例中，在背板的上端设置与壳体的内腔连通的通风口。
在一个实施例中，直流支撑电容通过第一复合母排与IGBT元件电气连接。
在一个实施例中，第一复合母排的铜排设置有散热翅片。
在一个实施例中，在第一空间的散热器的表面上设置驱动检测板，驱动检测板与IGBT元件电气连接。
根据本发明的另一方面，提供一种交流器，包括三个单功率单元，并且至少一个单功率单元为上述的功率单元，三个单功率单元的直流侧均采用第二复合母排连接。
在一个实施例中，三个单功率单元依次连接，并且相邻的两个单功率单元为可拆卸式连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于，在功率单元的壳体的内腔中不仅设置有散热器，以为IGBT元件进行散热，还连通有冷风源以为IGBT元件和直流支撑电容等发热件进行散热，从而降低了IGBT元件和直流支撑电容的发热量，提高了功率单元的可靠性和使用寿命。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
图1显示了根据本发明的一个实施例的功率单元的部分三维视图；
图2显示了根据本发明的一个实施例的功率单元的部分三维视图；
图3显示了根据本发明的一个实施例的功率单元的三维视图；
图4显示了根据本发明的一个实施例的变流器的三维视图；
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步说明。
图1到3显示了根据本发明的一个实施例的功率单元100的全部和部分。如图1到3所示，功率单元100壳体1、散热器2、IGBT元件3、直流支撑电容4和冷风源5。其中，壳体1构造为盒式结构。散热器2设置在壳体1的内腔中，并与壳体1的背板11固定连接，以用于为IGBT元件3散热。IGBT元件3设置在散热器2的至少一个表面上。直流支撑电容4设置在壳体1的内腔中，并设置在背板11上。直流支撑电容4与IGBT元件3电气连接。
由此，在功率单元100的壳体1的内腔中不仅设置有散热器2，以为IGBT元件3进行散热，还设置有冷风源5以为IGBT元件3和直流支撑电容4等发热件进行散热，从而降低了IGBT元件3和直流支撑电容4的发热量，提高了功率单元100的可靠性和使用寿命。
在散热方式上，散热器2可以采用冷却液散热方式。例如，散热器2为水冷散热模式。在结构上，散热器2可以为方形。
在背板11上设置基板6。基板6为板状，并与散热器2对接以将壳体1的内腔在竖直方向上分为第一空间18和第二空间19。该基板6用于固定直流支撑电容4。具体地，直流支撑电容4的一端穿过基板6，并使得直流支撑电容4的固定端子位于第一空间18，而直流支撑电容4的电极端子位于第二空间19内。IGBT元件3位于第二空间19内。第一空间18和第二空间19均与冷风源5连通。也就是，第一空间18和第二空间19变成了连通冷风源5的风冷通道。由此，冷风通过第一空间18以为直流支撑电容4的固定端子散热，而冷风通过第二空间19以为位于第二空间19内的IGBT元件3和直流支撑电容4的电极端子散热。通过这种冷风源5的强迫冷风方式，进一步提高了散热效率，保证了功率单元100的可靠性和使用寿命。
具体地，壳体1还包括前板12(可在图4中看到)、上板13、下板14、左板15和右板16，以与背板11共同形成壳体1。为了保证冷风的散热效率，其中，前板12、上板13、下板14、左板15和右板16中的相互连接的连接处均为密封式连接。例如，前板12与上板13、下板14、左板15和右板16的连接处均为密封连接。通过这种设置方式能保证冷风源5的出风集中，提高了散热效率。
优选地，冷风源5为直流直流冷风机，并且在第一空间18和第二空间19内均设置有直流冷风机。进一步优选地，直流冷风机设置在下板14上。通过这种设置能分别调整各直流冷风机的功率以满足不同的散热需要，另外，这种设置方式简单，并方便对直流冷风机进行维护和更换。
为了保证冷风在壳体1的内腔中的循环达到更优的散热效果，在背板11上设置有通风口17，并且该通风口17设置在背板11的上端。优选地，通风口17设置为多个并有一部分与第一空间18连通，而另一部分与和第二空间19连通。
根据本发明，直流支撑电容4通过第一复合母排7与IGBT元件3电气连接。该第一复合母排7能降低IGBT元件3通断时的尖峰电压，使功率单元100稳定地运行。另外，IGBT元件3和直流支撑电容4的电极端子上的热量扩散到第一复合母排7上，增加了散热面积，更进一步地降低了IGBT元件3和直流支撑电容4的发热量，提高了功率单元100的可靠性和使用寿命。
优选地，第一复合母排7的铜排设置有散热翅片(图中未示出)。通过这种方式更加进一步地增加了第一复合母排7的散热效果。例如，散热翅片可以为设置在第一复合母排7的铜排上的条状板。
在散热器2的表面上设置驱动检测板8，以与IGBT元件3电气连接。其中，驱动检测板8设置在与IGBT元件3相对的散热器2上，并位于第一空间18内。这种设置的功率单元100结构紧凑，空间优化合理。
本发明还涉及交流器50。如图4所示，交流器50包括三个单功率单元51，以作为U相、V相和W相。三个单功率单元51中的至少一个单功率单元51为上述的功率单元100。
三个单功率单元51的直流侧均采用第二复合母排52连接。通过这种设置可降低单功率单元51相互间的电气连接的杂散电感，从而降低单功率单元51内直流支撑电容4的纹波电流。
在一个实施例中，三个单功率单元51依次连接呈“一”字状。相邻的两个单功率单元51的外壳1为可拆卸式连接。例如，相邻的外壳1之间可以采用螺栓连接。这种设置方式可以方便拆卸，便于拆装和维护。
本申请中，方位用于“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“背”与图1中所示的方位为参照。
以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种功率单元，其特征在于，包括：
构造为盒式的壳体，
设置在所述壳体的内腔中并与所述壳体的背板固定连接的散热器，
设置在所述散热器的表面上的IGBT元件，
设置在所述壳体的内腔中并与所述壳体的背板固定连接的直流支撑电容，所述直流支撑电容与所述IGBT元件电气连接，
与所述壳体的内腔连通的冷风源，
在所述背板上设置基板，所述基板与所述散热器对接以将所述壳体的内腔在竖直方向上分为第一空间和第二空间，其中，所述直流支撑电容通过基板固定在所述背板上，且所述直流支撑电容的固定端子位于所述第一空间内而电极端子位于所述第二空间内，所述IGBT元件位于所述第二空间内，
所述第一空间和所述第二空间均与所述冷风源连通。
2.根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于，所述壳体的上板、下板、前板、左板和右板中的相互连接的连接处均为密封式连接。
3.根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于，所述冷风源为设置在所述壳体的下板上的直流冷风机，并且在所述第一空间和所述第二空间内均设置有所述直流冷风机。
4.根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于，在所述背板的上端设置与所述壳体的内腔连通的通风口。
5.根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于，所述直流支撑电容通过第一复合母排与所述IGBT元件电气连接。
6.根据权利要求5所述的功率单元，其特征在于，所述第一复合母排的铜排上设置有散热翅片。
7.根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于，在所述第一空间的所述散热器的表面上设置驱动检测板，所述驱动检测板与所述IGBT元件电气连接。
8.一种交流器，包括三个单功率单元，并且至少一个所述单功率单元为根据权利要求1到7中任一项所述的功率单元，三个所述单功率单元的直流侧均采用第二复合母排连接。
9.根据权利要求8所述的交流器，其特征在于，三个所述单功率单元依次连接，并且相邻的两个所述单功率单元为可拆卸式连接。
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