CN109217641B - 一种开放式框架结构的变频器功率单元模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种开放式框架结构的变频器功率单元模块,是一种水冷散热结构的功率单元模块,包括功率器件压接模块单元,包括由上顶板、底板和支撑柱构成的框架和框架内的两个功率器件压接模块;两个功率器件压接模块为两个独立框架结构的功率器件压接模块,其两个端面分别露出所述的框架的顶板和底板的开口处,两个功率器件压接模块通过复合母排实现两个功率器件压接模块内功率器件的电气连接,采用可从框架外部直接抽取的两个独立的功率模块结构和同时配套的用于两个独立功率模块进行并联的复合母排结构,解决了大容量功率单元尺寸偏大和成本偏高、装配难度大、时间长、新入职的装配工人难上手的难题。
Description
技术领域
本发明涉及变频器技术领域,特别涉及一种开放式框架结构的变频器功率单元模块。
背景技术
目前在电力系统中大容量变频器中采用的功率器件模块常采用单块铜排与单块铜排连接,由于功率单元内部空间有限,布局复杂,使用单块铜排或者电缆连接需要保证绝缘距离和爬电距离,功率单元尺寸增大,且电感增大,影响功率器件的可靠性和安全性。错综复杂的铜排连接或电缆连接,在装配时会产生较高的装配难度,维护也会产生较高的难度。
开放式框架结构的变频器功率单元模块,采用两个完全独立压装的功率器件压接模块与开放式的框架组合,并分别独立安装在开放式框架上,相对独立的压接模块相互影响较小,其中一组功率器件如需更换,无需将另一组模块拆卸。大大降低了功率单元的尺寸、装配和维护的复杂难度,同时也大大降低了功率器件运行中因压装问题所带来的稳定性。因此,为了节约空间和成本,增强功率单元的可靠性和安全性,降低装配和维护难度,此种开放式框架结构的变频器功率单元模块的结构设计是解决此上问题的可行性办法。
公开号为:CN 105119503 A的中国专利公开了一种防爆变频器模块化插拔式功率单元及插拔方法,虽然也是一种模块化结构,但是其设计方案是针对于防爆结构的风冷散热结构设计的,体积庞大,其防爆结构也不能做成开放式框架结构,拆装和维护时,还不能从外部直接抽取功率模块。
现有技术中,还没有针对于大容量的水冷散热功率单元的开放式框架结构及其模块化压接单元,采用功率元件间隔压装的水冷板的设计,并配合此设计的复合母排的功率单元的设计。
发明内容
为了解决背景技术中所述问题,本发明提供一种开放式框架结构的变频器功率单元模块,是一种水冷散热结构的功率单元模块,采用可从框架外部直接抽取的两个独立的功率模块结构和同时配套的用于两个独立功率模块进行并联的复合母排结构,利用间隔安装的水冷板与三层复合母排的配合实现电气连接,解决了大容量功率单元尺寸偏大和成本偏高。简单快捷易懂的装配和维护方式,解决了装配难度大、时间长、新入职的装配工人难上手的难题。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案实现:
一种开放式框架结构的变频器功率单元模块,包括功率器件压接模块单元和电容单元,功率器件压接模块单元通过复合母排与电容单元相连接。
所述的功率器件压接模块单元包括由上顶板、底板和支撑柱构成的框架和框架内的两个功率器件压接模块;还包括水冷管。
所述的两个功率器件压接模块为两个独立框架结构的功率器件压接模块,这两个功率器件压接模块并排安装在框架内,其上、下两个端面分别位于所述的框架的顶板和底板的开口处,两个功率器件压接模块能从顶板和底板的开口处抽出,并且此两个端面分别与装配后的顶板和底板的内凹面在同一平面;两个功率器件压接模块通过复合母排实现两个功率器件压接模块内功率器件的电气连接,同时实现功率器件压接模块单元与电容单元的母排连接。
所述的两个独立结构的功率器件压接模块包括第一功率器件压接模块和第二功率器件压接模块,两个模块均为弹簧压接结构,其中,第一功率器件压接模块包括模块框架和通过蝶形弹簧压接在模块框架内的多个功率器件、安装有放电电阻的铝散热柱以及多个水冷板,功率器件布置在两侧,放电电阻布置在中间,功率器件和铝散热柱均与水冷板间隔压装;第二功率器件压接模块包括模块框架和通过蝶形弹簧压接在模块框架内的多个功率器件和多个水冷板,每个功率器件均与水冷板间隔压装。多个水冷板均与水冷管相连。
所述的复合母排包括三层,最下面一层包括下层左母排、下层右母排和下层中间母排;中间层母排为一个整体结构的母排,最上层包括上层左母排和上层右母排。
所述的复合母排的三层母排通过螺栓分别安装在第一功率器件压接模块和第二功率器件压接模块中的多个水冷板上,将第一功率器件压接模块和第二功率器件压接模块之间的多个功率器件电气连接,同时,最下层的三个母排还同时用于功率器件压接模块单元与外部的电容单元的母排连接。
所述的复合母排的三层母排表面均涂有绝缘树脂。
所述的支撑柱包括多个,均为绝缘材料制成。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、为水冷式散热结构量身定做的开放式框架结构,可以方便的从框架外部取出两个独立的功率模块,便于装配和维护,同时顺应了电力行业模块化设计的大趋势;
2、开放式框架结构,两个独立的功率器件压接模块的端部与装配好的顶板和底板的内凹面保持在同一平面。顶板和底板在相同位置均有相同尺寸的开口,以底板最低面为基准面,设定功率器件压接模块一端与基准面平齐,另外一端面与顶板开口面平齐。此种结构设计既为功率器件压接模块的安装和拆卸提供了多样化的装配形式,也为质检人员增加了一种检验手段,另外就是通过装配精度高的功率器件压接模块校正顶板和底板的装配精度;
3、两组功率器件压接模块分别独立压装,功率器件所受压装力互不影响,能够独立压装,保证了功率器件表面压应力的均匀性,使得功率器件在系统运行中具有稳定性。并且能够做到更换一种器件不必拆装另外一组功率器件压接模块,避免了由于反复拆装而导致功率器件的损坏,避免了不必要的成本损耗;
4、每个功率器件压接模块均为弹簧压接结构,保证功率器件安装稳定性和与水冷板的可靠接触;
5、利用间隔安装的水冷板与三层复合母排的配合,实现两个独立的功率器件压接模块的电气连接和整体功率器件压接模块单元与电容单元的电气连接,简约的复合母排结构,增强了功率器件的可靠性和安全性,以更低的电压降实现高电压、大电流承载能力,通常比电缆更容易散热冷却,更小的温升;
6、所设计的复合母排结构,相比独立的母排结构或电缆连接节省了很大的空间和成本;并且其简洁紧凑的结构设计,节省了大容量功率单元的整体尺寸,同时也加大了变频器整机柜体结构的设计空间;
7、除需要电气连接的表面和螺栓的紧固面外,其余的复合母排表面均匀喷涂树脂,将无需电气连接的表面封闭,具有更高的可靠性和安全性。
附图说明
图1是本发明的三位立体结构图;
图2是本发明另一个角度的三维立体结构图;
图3是本发明的三维立体结构的复合母排分层示意图;
图4是第一功率器件压接模块的立体结构图;
图5是第二功率器件压接模块的立体结构图;
图6是复合母排分层结构图;
图7是功率器件压接模块单元与其外部的电容单元通过母排连接的安装结构图。
其中:1-功率器件压接模块单元 2-电容单元的连接母排 3-复合母排 4-电容单元5-底板 6-顶板 7-支撑柱 8-功率器件压接模块 8-1-第一功率器件压接模块 8-2-第二功率器件压接模块 9-最下层母排 9-1最下层左母排 9-2最下层右母排 10-中间层母排11-最下层中间母排 12-最上层母排 12-1最上层左母排 12-2最上层右母排 13-电路板14-水冷管 15-第一功率器件压接模块框架 16-第一功率器件压接模块蝶形弹簧17-绝缘垫片 18-功率器件1 19-安装放电电阻的铝散热片 20水冷板 21-第二功率器件压接模块框架 22-第一功率器件压接模块蝶形弹簧 23-绝缘垫片 24-功率器件2 25-功率器件126-水冷板 27-螺栓孔 28-底锥。
具体实施方式
以下对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1和图7所示,一种开放式框架结构的变频器功率单元模块,包括功率器件压接模块单元1和电容单元4,功率器件压接模块单元1通过复合母排3与电容单元4的母排2相连接。
如图2-3所示,功率器件压接模块单元1包括由上顶板6、底板5和支撑柱7构成的框架和框架内的功率器件压接模块8。所述的功率器件压接模块8为两个独立框架结构的功率器件压接模块8-1和8-2,这两个功率器件压接模块8-1和8-2用螺栓紧固并排安装在框架内,其最长边的两个端面分别露出所述的框架的顶板6和底板5的开口处,两个功率器件压接模块8-1和8-2能从顶板6和底板5的开口处抽出,并且此两个端面分别与装配后的顶板6和底板5的内凹面在同一平面;顶板6和底板5在相同位置均有相同尺寸的开口,以底板5最低面为基准面,设定功率器件压接模块8-1和8-2一端与基准面平齐,另外一端面与顶板6开口面平齐。此种结构设计既为功率器件压接模块8的安装和拆卸提供了多样化的装配形式,也为质检人员增加了一种检验手段,另外就是通过装配精度高的功率器件压接模块8校正顶板6和底板5的装配精度。
两个功率器件压接模块8-1和8-2通过复合母排3实现两个功率器件压接模块8-1和8-2内功率器件的电气连接,同时实现整体的功率单元组件与外部的电容单元4的母排2连接。
所述的两个独立结构的功率器件压接模块8-1和8-2包括第一功率器件压接模块8-1和第二功率器件压接模块8-2,两个模块均为弹簧压接结构。
如图4所示,第一功率器件压接模块8-1包括模块框架15和通过一端的蝶形弹簧16压接在模块框架15内的多个功率器件18和安装放电电阻的铝散热柱19以及多个水冷板20,功率器件18布置在两侧,放电电阻19布置在中间,每个功率器件18和放电电阻19均与水冷板20间隔压装。
如图5所示,第二功率器件压接模块8-2包括模块框架21和通过两端的蝶形弹簧22压接在模块框架内的多个功率器件24和25以及多个水冷板26,每个功率器件24和25均与水冷板26间隔压装。
图3中的水冷管14用于与所述的多个水冷板20和26相连接。
所述的功率器件中18和25为二极管,24为IEGT,第一功率器件压接模块8-1中的所有功率器件18均为二极管,第二功率器件压接模块8-2中除了中间的两个功率器件25为二极管外,其余为IEGT 24,IEGT 24与二极管25之间的水冷板中间有绝缘垫片23。
图4中,第一功率器件压接模块8-1有6层水冷板20-1至20-9,中间没有20-4、20-5、20-6。图5中,第二功率器件压接模块8-2有9层水冷板,26-1至26-9。这些水冷板均与复合母排3相连接。
如图6所示,所述的复合母3排包括三层,最下面一层包括下层左母排9-1、下层右母排9-2和下层中间母排11;中间层母排为一个整体结构的母排10,最上层包括上层左母排12-1和上层右母排12-2。
所述的复合母排3的三层母排通过螺栓分别安装在第一功率器件压接模块8-1和第二功率器件压接模块8-2中的多个水冷板20和26上,将第一功率器件压接模块8-1和第二功率器件压接模块8-2之间的多个功率器件并联,同时,见图7,最下层的三个母排9、11还同时用于功率器件与外部的电容单元4的母排2连接。
如图6所示,所述的复合母排3中的每个母排均有螺栓安装孔27,各母排的螺栓孔27位置均不同,各母排通过螺栓固定在各自的水冷板20和26上,并通过水冷板20和26与功率器件实现电气的连接,本实施例中,三层复合母排3与各水冷板20和26的具体安装对应关系为:下层左母排9-1用于连接第一功率器件压接模块8-1中的水冷板20-1和第二功率器件压接模块8-2中的水冷板26-1;下层右母排9-2用于连接第一功率器件压接模块8-1中的水冷板20-9和第二功率器件压接模块8-2中的水冷板26-9;下层中间母排11直接安装在第二功率器件压接模块8-2中的水冷板26-5上;中间层母排10用于连接第一功率器件压接模块8-1中的水冷板20-3和第二功率器件压接模块8-2中的水冷板26-3,还连接第一功率器件压接模块8-1中的水冷板20-7和第二功率器件压接模块8-2中的水冷板26-7;上层左母排12-1用于连接第一功率器件压接模块8-1中的水冷板20-2和第二功率器件压接模块8-2中的水冷板26-2,还连接第二功率器件压接模块8-2中的水冷板26-4;上层右母排12-2用于连接第一功率器件压接模块8-1中的水冷板20-8和第二功率器件压接模块8-2中的水冷板26-8,还连接第二功率器件压接模块8-2中的水冷板26-6。
所述的复合母排3除需要电气连接的表面和螺栓的紧固表面外,其余表面均匀喷涂树脂,将无需电气连接的表面封闭,对于层间几乎贴邻的复合母排3之间增强绝缘性能和可靠性以及安全性。占用立体空间小的复合母排结构,相比之前常规单独连接的母排结构,降低了设计、装配和维护的难度,同时增强了系统的可靠性。
所述的功率器件压接模块单元的4根主支撑立柱7,由绝缘材料加工制成,保证其与复合母排3和电气连接单元的绝缘距离,绝缘梁良好的机械安装性能限制了顶板6和底板5的连接变形。4根主支撑立柱7均匀布置在顶板6和底板5的四角处,使用螺丝与顶板6、底板5组成基础框架。两组功率器件压接模块8分别独立使用螺丝紧固在基础框架的中心部位,保证了功率器件压接模块8的整体机械强度。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
Claims (3)
1.一种开放式框架结构的变频器功率单元模块,包括功率器件压接模块单元和电容单元,功率器件压接模块单元通过复合母排与电容单元相连接;
其特征在于,所述的功率器件压接模块单元包括由上顶板、底板和支撑柱构成的框架和框架内的两个功率器件压接模块;所述的两个功率器件压接模块为两个独立框架结构的功率器件压接模块,这两个功率器件压接模块并排安装在框架内,其上、下两个端面分别位于所述的框架的顶板和底板的开口处,两个功率器件压接模块能从顶板和底板的开口处抽出,并且此两个端面分别与装配后的顶板和底板的内凹面在同一平面;两个功率器件压接模块通过复合母排实现两个功率器件压接模块内功率器件的电气连接,同时实现功率器件压接模块单元与电容单元的母排连接;
所述的两个独立框架结构的功率器件压接模块包括第一功率器件压接模块和第二功率器件压接模块,两个模块均为弹簧压接结构,其中,第一功率器件压接模块包括模块框架和通过蝶形弹簧压接在模块框架内的多个功率器件、安装有放电电阻的铝散热柱以及多个水冷板,功率器件布置在两侧,放电电阻布置在中间,功率器件和铝散热柱均与水冷板间隔压装;第二功率器件压接模块包括模块框架和通过蝶形弹簧压接在模块框架内的多个功率器件和多个水冷板,每个功率器件均与水冷板间隔压装;
所述的复合母排包括三层,最下面一层包括下层左母排、下层右母排和下层中间母排;中间层母排为一个整体结构的母排,最上层包括上层左母排和上层右母排;
所述的支撑柱包括多个,均为绝缘材料制成。
2.根据权利要求1所述的一种开放式框架结构的变频器功率单元模块,其特征在于,所述的复合母排的三层母排通过螺栓分别安装在第一功率器件压接模块和第二功率器件压接模块中的多个水冷板上,将第一功率器件压接模块和第二功率器件压接模块之间的多个功率器件电气连接,同时,最下层的三个母排还同时用于功率器件压接模块单元与其外部的电容单元的母排连接。
3.根据权利要求1所述的一种开放式框架结构的变频器功率单元模块,其特征在于,所述的复合母排的三层母排表面均涂有绝缘树脂。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: 114000 212 Yue Ling Road, Anshan, Liaoning Applicant after: Rongxin Huike Electric Co.,Ltd. Applicant after: SOUTHERN POWER GRID PEAK LOAD AND FREQUENCY REGULATION POWER GENERATION Co.,Ltd. Address before: 114000 212 Yue Ling Road, Anshan, Liaoning Applicant before: RONGXIN HUIKO ELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant before: SOUTHERN POWER GRID PEAK LOAD AND FREQUENCY REGULATION POWER GENERATION Co.,Ltd. |
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CB02 | Change of applicant information | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |