CN109639157A - 一种船用水冷电源变换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用水冷电源变换装置，包括铝合金壳体和门板，铝合金壳体内设置有水冷板、驱动板、控制板、IGBT组件、预充电接触器、预充电电阻、EMI滤波器、支撑电容、电流传感器和接线端子；EMI滤波器的负极输出端与支撑电容的负极输出端之间设置有连接铜排，连接铜排可供外部电缆选择连接，设备硬件保持不变，仅通过软件配置与外部电缆连线变化，实现一机多用，外部电缆接线不与连接铜排连接，本电源变换装置作为逆变器驱动交流电机或作为逆变电源输出交流电提供负荷用电，外部电缆接线与连接铜排连接，本电源变换装置作为电池充放电装置对电池进行充放电管理；本船用水冷电源变换装置结构紧凑、功率密度大、可靠性高、维修性好，适用于船舶电力推进领域。

Description

一种船用水冷电源变换装置

技术领域

本发明属于电力推进技术领域，具体涉及一种船用水冷电源变换装置，是一种高功率密度的船用电力电子设备。

背景技术

基于电力电子技术的船舶电力推进技术因其能提供绿色无污染的动力，在船舶行业中应用越来越广。船舶电力推进技术相较于传统的推进方式有着无以伦比的优点，无论是游轮渡轮、挖泥船、破冰船等民用船舶，还是军用船舶都得到广泛应用。

但是基于船舶电力推进的变频器在船舶行业的实际应用中，某些场合船舱空间有限，对变频器的体积、维修性等方面限制较多，传统柜体式的变频器不能满足使用要求。同时船舶综合电力系统中，设备种类繁多，不利于维修保障，某些功能设备完全可以统一，减少备品备件，节省舱室空间。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足，设计一种结构紧凑、功率密度大、杂散电感小、可一机多用的船用水冷电源变换装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种船用水冷电源变换装置，包括中空正面开口的铝合金壳体以及活动设置在其开口端的门板，所述的铝合金壳体的底面上设置有选择连接接头以及正输入接头、负输入接头、输出接头和二次线缆接头；

所述的铝合金壳体内左下部密封设置有水冷板，所述的水冷板的正面并排设置有多个IGBT组件，所述的IGBT组件的顶端通过其铜排端脚连接有支撑电容，所述的IGBT组件的底端设置有与输出接头相连接的长条形输出铜排，所述的输出铜排上套设有固定设置在铝合金壳体上的电流传感器，所述的IGBT组件正面设置有驱动板，所述的驱动板的正面上方叠加安装有两块控制板，两块所述的控制板分别通过排线与驱动板相连接，所述的控制板上方设置有靠近铝合金壳体底面的安装板，所述的安装板的正面设置有通过电缆与二次线缆接头相连接的接线端子；

所述的铝合金壳体内右中部设置有EMI滤波器，所述的EMI滤波器的底部输入端正极连接有预充电接触器，所述的铝合金壳体的右侧壁底部内侧设置有压敏电阻板和预充电电阻；所述的压敏电阻板的两端通过电缆分别与预充电接触器的正极性端子和EMI滤波器的输入负极性端子相连接；所述的预充电电阻的两端通过电缆分别与预充电接触器的正、负极性端子相连接；

所述的EMI滤波器的顶部负极输出端与支撑电容的顶部负极输出端之间设置有与选择连接接头相连接的连接铜排，所述的连接铜排上还设置有泄能电阻，所述的泄能电阻的两端分别通过电缆与EMI滤波器的输出正、负极性端子相连接；

外部电缆接线不连接所述的选择连接接头，所述的船用水冷电源变换装置作为逆变器驱动交流电机或作为逆变电源输出交流电提供负荷用电；外部电缆接线连接所述的选择连接接头，所述的船用水冷电源变换装置作为电池充放电装置对电池进行充放电管理。

所述的铝合金壳体内上部设置有通过线缆分别与接线端子相连接的继电器、二极管、接触器、隔离电源、断路器和熔断器，所述的铝合金壳体内左底部还设置有通过线缆与接线端子相连接的加热器。

所述的铝合金壳体内还设置有与水冷板相连通的冷却水道，所述的水冷板端面密封设置在铝合金壳体上，其连接处设置有O型密封圈，所述的铝合金壳体的底面还设置有冷却水进水口和冷却水出水口，所述的冷却水道的两端分别与冷却水进水口和冷却水出水口相连通。

所述的铝合金壳体的背面设置有隔振器，所述的铝合金壳体的顶面设置有多个吊环螺孔。

所述的门板一侧铰接在铝合金壳体上，另一侧采用滚花头不脱出螺钉固定在铝合金壳体上；所述的铝合金壳体与门板的接触面上设置有一圈凹槽，所述的凹槽内设置有屏蔽材料。

本发明的有益效果是：

本发明公开的船用水冷电源变换装置功率密度大、满足正面维护、可靠性高、维修性好，具体而言，有以下优点：

1、本发明公开的船用水冷电源变换装置结构紧凑、体积小巧，易于安装维修。

2、本发明公开的船用水冷电源变换装置采用水冷形式，水冷板与铝合金壳体都是铝合金件有助于获得更好的冷却效果。

3、本发明公开的船用水冷电源变换装置设备硬件保持不变，仅通过软件配置，可以满足不同设备的功能要求，实现一机多用。

4、本发明公开的船用水冷电源变换装置能分布式就地安装，安装灵活。

附图说明

图1为本发明的主回路电气原理图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的侧视图；

图4为本发明的俯视图；

图5为本发明的仰视图；

图6为本发明去门板后的主视图；

图7为本发明的去门板、接线端子板、控制板后的主视图。

各附图标记为：1—铝合金壳体，2—预充电接触器，3—压敏电阻板，4—预充电电阻，5—泄能电阻，6— EMI滤波器，7—继电器，8—二极管，9—接触器，10—隔离电源，11—断路器，12—熔断器，13—支撑电容，14— 控制板，15—接线端子，16—IGBT组件，161—输出铜排，17—驱动板，18—水冷板，19—电流传感器，20—加热器，21—连接铜排，22—隔振器，23—吊环螺孔，24—冷却水进水口，25—冷却水出水口，26—门板，27—安装板，28—选择连接接头，29—正输入接头，30—负输入接头，31—输出接头，32—二次线缆接头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1至图7所示，本发明公开了一种船用水冷电源变换装置，包括中空正面开口的铝合金壳体1以及活动设置在其开口端的门板26，所述的门板26一侧铰接在铝合金壳体1上，另一侧采用滚花头不脱出螺钉固定在铝合金壳体1上，便于其正面维修。所述的铝合金壳体1与门板26的接触面上设置有一圈凹槽，所述的凹槽内设置有屏蔽材料。由于滚花头不脱出螺钉夹紧安装门板26，提升了本船用水冷电源变换装置的密封性与电磁兼容性

所述的铝合金壳体1的底面上设置有冷却水进水口24、冷却水出水口25、选择连接接头28以及正输入接头29、负输入接头30、输出接头31和二次线缆接头32，所述的冷却水进水口24和冷却水出水口25采用DN12的管接头。

所述的铝合金壳体1内左下部密封设置有水冷板18，所述的水冷板18端面密封设置在铝合金壳体1上，其连接处设置有O型密封圈。所述的水冷板18为铝合金件，所述的铝合金壳体1内还设置有与水冷板18相连通的冷却水道，所述的冷却水道的两端分别与冷却水进水口24和冷却水出水口25相连通。

所述的水冷板18的正面并排设置有多个IGBT组件16，所述的IGBT组件16的顶端通过其铜排端脚连接有支撑电容13，所述的IGBT组件16的底端设置有与负输入接头30相连接的长条形输出铜排161，所述的输出铜排161上套设有固定设置在铝合金壳体1上的电流传感器19，所述的IGBT组件16正面设置有驱动板17，所述的驱动板17的正面上方叠加安装有两块控制板14，两块所述的控制板14分别通过排线与驱动板17相连接，通过控制板14传递与反馈信号。所述的控制板14上方设置有靠近铝合金壳体1底面的安装板27，此安装板27可以整体拆装。所述的安装板27的正面设置有通过电缆与正输入接头29相连接的接线端子15。

所述的铝合金壳体1内右中部设置有EMI滤波器6，所述的EMI滤波器6的底部输入端正极连接有预充电接触器2，所述的铝合金壳体1的右侧壁底部内侧设置有压敏电阻板3和预充电电阻4。所述的压敏电阻板3的两端通过直径1mm²、耐压3KV的电缆分别与预充电接触器2的正极性端子和EMI滤波器6的输入负极性端子相连接；所述的预充电电阻4的两端通过直径1mm²、耐压3KV的电缆分别与预充电接触器2的正、负极性端子相连接。

所述的EMI滤波器6的顶部负极输出端与支撑电容13的顶部负极输出端之间设置有与选择连接接头28相连接的连接铜排21，所述的连接铜排21上还设置有泄能电阻5，所述的泄能电阻5的两端分别通过直径1mm²、耐压3KV的电缆与EMI滤波器6的输出正、负极性端子相连接。

本发明公开的船用水冷电源变换装置的设备硬件（包括结构及电力电子器件）保持不变，仅通过软件配置与外部电缆连线变化，可以实现一机多用。外部电缆接线不连接所述的选择连接接头28，所述的船用水冷电源变换装置作为逆变器驱动交流电机或作为逆变电源输出交流电提供负荷用电；外部电缆接线连接所述的选择连接接头28，所述的船用水冷电源变换装置作为电池充放电装置对电池进行充放电管理。当本船用水冷电源变换装置作为逆变器驱动交流电机使用时，可以通过其不同的组合，满足不同系统的功率等级要求。

所述的铝合金壳体1内上部设置有通过线缆分别与接线端子15相连接的继电器7、二极管8、接触器9、隔离电源10、断路器11和熔断器12，所述的铝合金壳体1内左底部还设置有通过线缆与接线端子15相连接的加热器20。所述的接线端子15与设置在铝合金壳体1内上部的所有二次器件之间的连接线缆均固定在铝合金壳体1的左侧内壁上。

所述的铝合金壳体1的背面设置有隔振器22，通过螺栓连接或焊接可将本船用水冷电源变换装置壁挂式安装。所述的铝合金壳体1的顶面设置有多个吊环螺孔23，便于在拆装过程中运输。

在某全电动客船的应用中，左右舷各包含4个本船用水冷电源变换装置并且对称布置；每舷的本船用水冷电源变换装置中有2个作为逆变器经逆变后驱动交流变频电机，为全船提供推进动力；1个作为逆变电源输出3AC380V、50Hz交流电，为全船日用负荷供电；1个作为电池充放电装置，是双向DC-DC变换器，对电池进行充放电管理。

本船用水冷电源变换装置包含主回路、控制器以及二次回路，还可以选用外置的du/dt滤波器、正弦波滤波器或电抗器，提升系统电磁兼容性。

本发明公开的船用水冷电源变换装置结构紧凑、体积小巧、功率密度大，满足正面维护，可靠性高、维修性好。采用水冷形式，水冷板18与铝合金壳体1都是铝合金有助于获得更好的冷却效果。本船用水冷电源变换装置设备硬件保持不变，仅通过软件配置，可以满足不同设备的功能要求，实现一机多用；可分布式就地安装，安装灵活。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种船用水冷电源变换装置，其特征在于：包括中空正面开口的铝合金壳体（1）以及活动设置在其开口端的门板（26），所述的铝合金壳体（1）的底面上设置有选择连接接头（28）以及正输入接头（29）、负输入接头（30）、输出接头（31）和二次线缆接头（32）；

所述的铝合金壳体（1）内左下部密封设置有水冷板（18），所述的水冷板（18）的正面并排设置有多个IGBT组件（16），所述的IGBT组件（16）的顶端通过其铜排端脚连接有支撑电容（13），所述的IGBT组件（16）的底端设置有与输出接头（31）相连接的长条形输出铜排（161），所述的输出铜排（161）上套设有固定设置在铝合金壳体（1）上的电流传感器（19），所述的IGBT组件（16）正面设置有驱动板（17），所述的驱动板（17）的正面上方叠加安装有两块控制板（14），两块所述的控制板（14）分别通过排线与驱动板（17）相连接，所述的控制板（14）上方设置有靠近铝合金壳体（1）底面的安装板（27），所述的安装板（27）的正面设置有通过电缆与二次线缆接头（32）相连接的接线端子（15）；

所述的铝合金壳体（1）内右中部设置有EMI滤波器（6），所述的EMI滤波器（6）的底部输入端正极连接有预充电接触器（2），所述的铝合金壳体（1）的右侧壁底部内侧设置有压敏电阻板（3）和预充电电阻（4）；所述的压敏电阻板（3）的两端通过电缆分别与预充电接触器（2）的正极性端子和EMI滤波器（6）的输入负极性端子相连接；所述的预充电电阻（4）的两端通过电缆分别与预充电接触器（2）的正、负极性端子相连接；

所述的EMI滤波器（6）的顶部负极输出端与支撑电容（13）的顶部负极输出端之间设置有与选择连接接头（28）相连接的连接铜排（21），所述的连接铜排（21）上还设置有泄能电阻（5），所述的泄能电阻（5）的两端分别通过电缆与EMI滤波器（6）的输出正、负极性端子相连接；

外部电缆接线不连接所述的选择连接接头（28），所述的船用水冷电源变换装置作为逆变器驱动交流电机或作为逆变电源输出交流电提供负荷用电；外部电缆接线连接所述的选择连接接头（28），所述的船用水冷电源变换装置作为电池充放电装置对电池进行充放电管理。

2.根据权利要求1所述的一种船用水冷电源变换装置，其特征在于，所述的铝合金壳体（1）内上部设置有通过线缆分别与接线端子（15）相连接的继电器（7）、二极管（8）、接触器（9）、隔离电源（10）、断路器（11）和熔断器（12），所述的铝合金壳体（1）内左底部还设置有通过线缆与接线端子（15）相连接的加热器（20）。

3.根据权利要求2所述的一种船用水冷电源变换装置，其特征在于，所述的铝合金壳体（1）内还设置有与水冷板（18）相连通的冷却水道，所述的水冷板（18）端面密封设置在铝合金壳体（1）上，其连接处设置有O型密封圈，所述的铝合金壳体（1）底面还设置有冷却水进水口（24）和冷却水出水口（25），所述的冷却水道的两端分别与冷却水进水口（24）和冷却水出水口（25）相连通。

4.根据权利要求3所述的一种船用水冷电源变换装置，其特征在于，所述的铝合金壳体（1）的背面设置有隔振器（22），所述的铝合金壳体（1）的顶面设置有多个吊环螺孔（23）。

5.根据权利要求4所述的一种船用水冷电源变换装置，其特征在于，所述的门板（26）一侧铰接在铝合金壳体（1）上，另一侧采用滚花头不脱出螺钉固定在铝合金壳体（1）上；所述的铝合金壳体（1）与门板（26）的接触面上设置有一圈凹槽，所述的凹槽内设置有屏蔽材料。