CN109600018B

CN109600018B - 一种变流器

Info

Publication number: CN109600018B
Application number: CN201710901659.8A
Authority: CN
Inventors: 赵研峰; 姚吉隆; 石磊; 刘泽伟; 张晟
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2021-01-01
Anticipated expiration: 2037-09-28
Also published as: CN109600018A; WO2019063629A1

Abstract

本发明实施方式公开了一种变流器。变流器包括：机柜(20)；整流器组件(21)，布置在所述机柜(20)在第一方向上的一侧；逆变滤波组件(22)，布置在所述机柜(20)在所述第一方向上的另一侧；其中所述整流器组件(21)和所述逆变滤波组件(22)具有相互独立的冷却风路。本发明实施方式的整流器组件和逆变滤波组件分别具有相互独立的冷却风路，各自风阻较小，提高了冷却效率，整流器组件和逆变滤波组件分别具有良好的冷却效果。另外，本发明实施方式将构成变流器的逆变单元和直流链单元整合为一个逆变滤波组件，实现了模块化和紧凑的变流器。

Description

一种变流器

技术领域

本发明涉及功率半导体(power semiconductor)技术领域，特别是涉及一种变流器。

背景技术

变流器是使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备。变流器通常包括用于交流变直流(AC/DC)的整流器、用于去耦和滤波作用的直流链(DC-link)和用于直流变交流(DC/AC)的逆变单元。变流器的电力转换功能通过由功率半导体器件构成的特定电路拓扑实现。功率半导体器件在工作时会产生显著热量，需要良好散热以保证工作性能。

目前，通常采用特定的冷却技术实现变流器中功率半导体器件的散热。散热方式可以包括金属散热器的自然冷却、金属散热器和风扇的组合强制空气冷却或液体冷却，等等。对于价格敏感的通用工业变流器，空气冷却是最广泛接受的方法。

在现有技术中，构成变流器的功率半导体器件通常具有串联冷却布置方式。图1为现有技术中的变流器串联冷却方式的示意图。在图1中，逆变单元11、整流单元12和直流链单元13相对于冷却空气依次串联。冷却空气先后流经逆变单元11、整流单元12和直流链单元13。在串联冷却布置方式中，风扇可以位于底部作为鼓风机或在顶部吸入空气。

然而，串联冷却方式中的逆变单元11和整流单元12具有串联的冷却风路，导致风阻较大和冷却效率不高。而且，整流单元12位于冷却风路的下游，冷却效果较差。

发明内容

本发明实施方式提出一种变流器。

本发明实施方式的技术方案如下：

一种变流器，包括：

机柜；

整流器组件，布置在所述机柜在第一方向上的一侧；

逆变滤波组件，布置在所述机柜在所述第一方向上的另一侧；

其中所述整流器组件和所述逆变滤波组件具有相互独立的冷却风路。

可见，构成变流器的整流器组件和逆变滤波组件分别具有相互独立的冷却风路，各自风阻较小，并相应提高了冷却效率，可以使得整流器组件和逆变滤波组件都具有良好的冷却效果。另外，将构成变流器的逆变单元和直流链单元整合为一个逆变滤波组件，可以实现模块化和紧凑的变流器。

在一个实施方式中：

所述整流器组件的冷却风路与所述第一方向平行，所述逆变滤波组件的冷却风路与不同于所述第一方向的第二方向平行。

可见，通过将整流器组件的冷却风路设置为与第一方向相平行，而逆变滤波组件的冷却风路与不同于第一方向的第二方向平行，保证了整流器组件的冷却风路与逆变滤波组件的冷却风路不会相互产生干扰。

在一个实施方式中：

所述逆变滤波组件的数目为3n个，各个逆变滤波组件沿着第一方向布置，且各个逆变滤波组件的冷却风路相互平行，其中n为正整数。

可见，通过设置3n个并行布置的逆变滤波组件，可以提供多路的三相输出。

在一个实施方式中，n等于1或2。

可见，本发明实施方式可以支持一路的三相输出，还可以支持两路的三相输出，应用广泛。

在一个实施方式中，还包括：

共同管道，沿所述第一方向延伸经过各个逆变滤波组件的冷却风路的出风口。

可见，本发明实施方式通过为各个逆变滤波组件设置共同管道，可以便利聚集各个逆变滤波组件的气体流，便于气体流的集中处理。

在一个实施方式中，所述整流器组件包括：

散热器；

风扇，装设于所述散热器在所述第一方向上的一侧；

三相输入排，装设于所述散热器在不同于所述第一方向的第二方向上的侧部；

整流桥，装设于所述三相输入排。

可见，本发明实施方式还提出了一种结构紧凑且自行提供冷却功能的整流器组件，便于组装成变流器。

在一个实施方式中，整流桥为整流半桥或整流全桥。

可见，本发明实施方式的整流器具有多种实例，可以基于需求灵活配置。

在一个实施方式中，所述逆变滤波组件包括：

散热器；

风扇，装设于所述散热器在所述第二方向上的一侧；

滤波电容，在不同于第一方向和第二方向的第三方向上位于所述散热器的一侧；

单相输出排，在不同于所述第三方向上位于所述散热器的与所述滤波电容相同的一侧、并在所述第二方向上与所述滤波电容间隔布置；

绝缘栅双极型晶体管，在不同于所述第一方向上位于所述散热器的一侧；

叠层母排，在不同于所述第一方向上位于所述散热器的与所述绝缘栅双极型晶体管相同的一侧。

可见，本发明实施方式还提出了一种结构紧凑且自行提供冷却功能的逆变滤波组件，便于组装成变流器。

在一个实施方式中，逆变滤波组件还包括：电流传感器，在所述第一方向上与所述单相输出排间隔布置。

可见，通过在逆变滤波组件中设置电流传感器，可以为逆变滤波组件集成电流检测功能。

附图说明

图1为现有技术中的变流器串联冷却方式的示意图。

图2为根据本发明实施方式的变流器的示范性立体结构图。

图3为根据本发明实施方式的整流器组件的示范性立体结构图。

图4为根据本发明实施方式的逆变滤波组件的示范性立体结构图。

图5为根据本发明实施方式的示范性变流器的侧视图。

图6为根据本发明实施方式的示范性变流器的共同风道的侧视图。

其中，附图标记如下：

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以阐述性说明本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。

在本发明实施方式中，将构成变流器的逆变单元和直流链单元整合为一个逆变滤波组件，从而实现模块化和紧凑的变流器。而且，变流器中的整流器组件和逆变滤波组件分别具有相互独立的冷却风路，各自的风阻较小，并提高冷却效率，可以使整流器组件和逆变滤波组件分别具有良好的冷却效果。

图2为根据本发明实施方式的变流器的示范性结构图。在图2所示的坐标系中，Y轴方向为第一方向；X轴方向为第二方向；Z轴为第三方向。

如图2所示，变流器包括：

机柜20；

整流器组件21，布置在机柜20在第一方向上的一侧；

逆变滤波组件22，布置在机柜20在第一方向上的另一侧；

其中整流器组件21和逆变滤波组件22具有相互独立的冷却风路。

机柜20具有容纳空间，整流器组件21布置在机柜20在第一方向上的一侧的容纳空间中，逆变滤波组件22布置在机柜20在第一方向上的另一侧的容纳空间中。整流器组件21用于执行交流变直流(AC/DC)的变换处理；逆变滤波组件22用于执行直流去耦、滤波及直流变交流(DC/AC)的变换处理。

可见，本发明实施方式将构成变流器的逆变单元和直流链单元整合为一个逆变滤波组件，可以实现模块化和紧凑的变流器。

而且，整流器组件21和逆变滤波组件22分别包含各自的散热器及风扇，并具有相互独立的冷却风路，优选的：整流器组件21的冷却风路方向与第一方向(即机柜20的高度方向)平行，逆变滤波组件22的冷却方向与第二方向平行(。

因此，整流器组件21和逆变滤波组件22的各自风阻较小，并由此提高了整流器组件21和逆变滤波组件22的冷却效率，可以使整流器组件21和逆变滤波组件22都具有良好的冷却效果。

在本发明实施方式中，逆变滤波组件22的数目可以为3n个，每个逆变滤波组件22具有相同的结构并分别包含散热器及风扇，其中n为正整数。各个逆变滤波组件22分别沿着第一方向并行布置，每三个逆变滤波组件22可以构成一路三相输出，而且各个逆变滤波组件22的冷却风路相互平行。优选的，n可以为1或2，从而可以提供一路三相输出，或两路三相输出。

在图1的示范性图示中，逆变滤波组件22的数目为3个，每个逆变滤波组件22的结构都相同，都包含各自的散热器及风扇。而且，这三个逆变滤波组件22按照同样的布置方向上下布置。在这种设计中，来自环境的冷却空气经过各自的散热器为整流器组件21和这三个逆变滤波组件22分别散热，其中这三个逆变滤波组件22的冷却风路相互平行，而且整流器组件21的冷却风路与这三个逆变滤波组件22冷却风路相垂直。

在图2中，以逆变滤波组件22的数目为3个为实例描述了变流器的结构，本领域技术人员可以意识到，逆变滤波组件22的数目还可以为6，9或12等任意3的整数倍，从而适配于多种类型的三相输出。

在一个实施方式中，变流器还包括：

共同管道23，沿第一方向延伸经过各个逆变滤波组件22的冷却风路的出风口。共同管道23用于聚集为逆变滤波组件22执行冷却作用后的气体流。可见，通过为各个逆变滤波组件22设置共同管道，可以便利聚集各个逆变滤波组件的气体流，便于气体流的集中处理

优选地，每个逆变滤波组件22还包含布置在出风口处的可调节挡风板24。可调节挡风板24使逆变滤波组件22排出到共同风道23的空气流量相同，从而保证各个逆变滤波组件22具有相同的冷却效果。

基于上述描述，本发明实施方式还提出了整流器组件21的一种示范性具体结构。

图3为根据本发明实施方式的整流器组件21的示范性立体图。在图3所示的坐标系中，Y轴方向为第一方向；X轴方向为第二方向；Z轴为第三方向。

如图3所示，整流器组件21包括：

散热器214；

风扇211，装设于散热器214在第一方向上的一侧；

三相输入排212，装设于散热器214在不同于第一方向的第二方向上的侧部；

整流桥213，装设于三相输入排212。

风扇211可以实施为单风扇或包含多个风扇的风扇组。

三相输入排212充当三相输入端子，用于输入三相电；整流桥213用于对三相输入排212输入的三相电执行整流处理；散热器214和风扇211用于对整流桥213执行冷却处理，其中风扇211的叶片面对散热器214的散热翅片。整流桥213可以布置在散热器214的一面上，也可以布置在散热器214的相对两面上。在图2中，整流桥213布置在散热器214的相对两面上。优选的，整流桥213可以包含整流二极管。

整流器组件21还可以包含布置在缠绕散热器214的连接件上的一个母线端子215。整流器组件21还可以包含缠绕在散热器214上的另一个母线端子(图2中没有示出)。布置在缠绕散热器214的连接件上的母线端子215以及缠绕在散热器214上的另一个母线端子，分别连接到布置在机构20上的母线公共排。

优选的，整流桥213可以实施为整流半桥或整流全桥。

以上以图3为例，详细描述了整流器组件21的一种示范性具体结构。本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本发明实施方式的保护范围。

基于上述描述，本发明实施方式还提出了逆变滤波组件22的一种示范性具体结构。

图4为根据本发明实施方式的逆变滤波组件的示范性立体图。在图4所示的坐标系中，Y轴方向为第一方向；X轴方向为第二方向；Z轴为第三方向。

如图4所示，逆变滤波组件22包括：

散热器224；

风扇223，装设于散热器224在第二方向上的一侧；

滤波电容221，在不同于第一方向和第二方向的第三方向上位于散热器224的一侧；

单相输出排227，在不同于第三方向上位于散热器224的与滤波电容221相同的一侧、并在第二方向上与滤波电容221间隔布置；

绝缘栅双极型晶体管226，在不同于第一方向上位于散热器224的一侧；

叠层母排222，在不同于第一方向上位于散热器224的与绝缘栅双极型晶体管226相同的一侧。

其中，滤波电容221和叠层母排222共同用于执行滤波处理，绝缘栅双极型晶体管226用于执行逆变处理。散热器224和风扇223用于对绝缘栅双极型晶体管226执行冷却处理，其中风扇223的叶片面对散热器224的散热翅片，绝缘栅双极型晶体管226布置在散热器224上。逆变滤波组件22中的滤波电容221和叠层母排222处于风道之外，因此可以不受绝缘栅双极型晶体管226的热影响。

优选的，逆变滤波组件22还包括电流传感器225、第一母线端子228、第二母线端子229和单相输出排227。第一母线端子228和第二母线端子229分别连接到布置在机构20上的母线公共排。电流传感器225在第一方向上与单相输出排227间隔布置，用于检测逆变后的电流值；单相输出排227充当单相输出端子，用于输出逆变后的电流值。

在一个实施方式中，逆变滤波组件22还包含布置在出风口处的可调节挡风板(图4中没有示出)。通过调节可调节挡风板，可以调整逆变滤波组件22排出到共同风道的空气流量。

以上以图4为例，详细描述了逆变滤波组件22的一种示范性具体结构。本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本发明实施方式的保护范围。

图5为根据本发明实施方式的示范性变流器的侧视图。图6为根据本发明实施方式的示范性变流器的共同风道的侧视图。在图5和图6所示的坐标系中，Y轴方向为第一方向；X轴方向为第二方向；Z轴为第三方向。

可见，在本发明实施方式中，整流器组件21和每个逆变滤波组件22都分别具有自己的独立风路，因此各自散热路径的风阻较低，可以风扇工作在较高的工作点。同时，整流器组件21和每个逆变滤波组件22的冷却空气分别来自周边环境，冷却的基础温度更低，散热效率高，而且可以经济地设计风扇和散热器，并具有成本优势。

还有，本发明实施方式将构成变流器的逆变单元和直流链单元整合为一个逆变滤波组件，实现了模块化和紧凑的变流器，因此可以使用较小的机柜，而且机柜的深度可以充分利用，高度可以缩小。

另外，由于本发明实施方式采用模块化设计，可以单独安装和卸载逆变滤波组件和整流器组件，使得变流器易于组装和拆卸，便于维护。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种变流器，其特征在于，包括：

机柜(20)；

整流器组件(21)和逆变滤波组件(22)，布置在所述机柜(20)中，并沿第一方向排列；

其中所述整流器组件(21)和所述逆变滤波组件(22)具有相互独立的冷却风路；

其中，所述整流器组件(21)的冷却风路与所述第一方向平行，所述逆变滤波组件(22)的冷却风路与不同于所述第一方向的第二方向平行。

2.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述逆变滤波组件(22)的数目为3n个，各个逆变滤波组件(22)沿着所述第一方向布置，且各个逆变滤波组件(22)的冷却风路相互平行，其中n为正整数。

3.根据权利要求2所述的变流器，其特征在于，所述n等于1或2。

4.根据权利要求2所述的变流器，其特征在于，还包括：

可调节挡风板(24)，布置在所述逆变滤波组件(22)的冷却风路的出风口处。

5.根据权利要求4所述的变流器，其特征在于，还包括：

共同管道(23)，沿所述第一方向延伸经过各个逆变滤波组件(22)的冷却风路的出风口。

6.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，所述整流器组件(21)包括：

散热器(214)；

风扇(211)，装设于所述散热器(214)在所述第一方向上的一侧；

三相输入排(212)，装设于所述散热器(214)在不同于所述第一方向的第二方向上的侧部；

整流桥(213)，装设于所述三相输入排(212)。

7.根据权利要求6所述的变流器，其特征在于，所述整流桥(213)为整流半桥或整流全桥。

8.根据权利要求2所述的变流器，其特征在于，所述逆变滤波组件(22)包括：

散热器(224)；

风扇(223)，装设于所述散热器(224)在所述第二方向上的一侧；

滤波电容(221)，在不同于第一方向和第二方向的第三方向上位于所述散热器(224)的一侧；

单相输出排(227)，在不同于所述第三方向上位于所述散热器(224)的与所述滤波电容(221)相同的一侧、并在所述第二方向上与所述滤波电容(221)间隔布置；

绝缘栅双极型晶体管(226)，在不同于所述第一方向上位于所述散热器(224)的一侧；

叠层母排(222)，在不同于所述第一方向上位于所述散热器(224)的与所述绝缘栅双极型晶体管(226)相同的一侧。

9.根据权利要求8所述的变流器，其特征在于，所述逆变滤波组件(22)还包括：

电流传感器(225)，在所述第一方向上与所述单相输出排(227)间隔布置。