CN111342790A - 一种智能型电力有源滤波模块 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种智能型电力有源滤波模块，用以解决现有电力有源滤波模块体积大，散热效果差，安装维修不方便的问题。本发明包括壳体，所述壳体内设有分隔板，分隔板将壳体内的空间分成上层空间和下层空间，上层空间内设有滤波电器件和通风结构I，滤波电器件设置在分隔板上，下层空间内设有单相模块和通风结构II，单相模块上设有散热结构，单相模块内部设有电路板，散热结构与通风结构II相匹配，电路板与滤波电器件相连接。本发明通过自身结构形成的散热通道且单相模块上的散热结构，无需额外占用空间，提高了散热效果。本发明体积小、散热效率高，保证了电力器件的可靠性和稳定性，能够提高电网运行的安全性和可靠性。

Description

一种智能型电力有源滤波模块

技术领域

本发明涉及电能质量治理设备的技术领域，尤其涉及一种智能型电力有源滤波模块。

背景技术

伴随着社会经济的高速发展，电力电子技术的广泛应用，生产生活的用电需求日益增大，大功率变流、变频设备在工业系统特别是电力系统中得到了广泛的应用，但是这些高科技设备带给我们方便的同时也产生了许多问题，例如高次谐波问题，这些问题严重时会影响电子设备的正常工作，甚至使用电设备寿命缩短，严重时会加速电缆老化绝缘破坏，引发火灾，这些严重影响了广大民众正常的生产活动和生活质量。另外，多数非线性的电力电子设备的接入会消耗大量的无功并产生大量谐波电流，这对电网运行带来很大的危害。而针对上述问题，最行之有效的方法就是安装电能质量综合治理装置。而电能质量综合治理装置的核心为电力有源滤波模块，其功能为保证供配电系统安全稳定运行。

目前，电力有源滤波模块存在体积大，散热系统不完善，安装维修更换不方便等问题。尤其是散热问题极大限制了有源滤波模块的体积及运行能力。

发明内容

针对现有电力有源滤波模块体积大，散热效果差，安装维修不方便的技术问题，本发明提出一种智能型电力有源滤波模块，体积小，散热好，极大地减小了有源滤波模块的制作及维护成本，可保证有源滤波模块可靠稳定运行，能够提高电网系统运行的安全、可靠性。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种智能型电力有源滤波模块，包括壳体，所述壳体内设有分隔板，分隔板将壳体内的空间分成上层空间和下层空间，上层空间内设有滤波电器件和通风结构I，滤波电器件设置在分隔板上，下层空间内设有单相模块和通风结构II，单相模块上设有散热结构，单相模块内部设有电路板，散热结构与通风结构II相匹配，电路板与滤波电器件相连接。

进一步地，所述壳体包括前面板、后面板、上盖板和底壳，前面板和后面板分别设置在底壳的前后，上盖板设置在前面板、后面板和底壳的上部；所述通风结构I包括上进风口和上出风口，上进风口设置在上盖板上，上出风口设置在后面板的上部；所述通风结构II包括下进风口和下出风口，下进风口设置在前面板的下部，下出风口设置在后面板的下部，下进风口和下出风口的位置相对应，单相模块固定在下进风口和下出风口之间。

进一步地，所述单相模块、下进风口和下出风口的数量均设有三个，单相模块平行设置在下层空间内；单相模块包括上壳和下壳，上壳和下壳相连接，上壳和下壳上均设有散热结构。

进一步地，所述散热结构包括沟槽结构，沟槽结构包括外槽道和内槽道，外槽道和内槽道相对应；外槽道设置在上壳或下壳的外部，内槽道设置在上壳或下壳的内部。所述散热结构还包括风机，与沟槽结构相匹配，上壳和下壳的一端设有端盖，端盖上设有风机，风机设置在靠近通风结构II的下进风口一侧。

进一步地，所述上壳或下壳内壁上固定有散热器，散热器包括散热基板和散热翅片，散热翅片固定在散热基板上，散热翅片与上壳或下壳的内壁相匹配。

进一步地，所述上壳和下壳均是内部中空、半径为R的半圆弧形结构，所述端盖是中部中空、半径为R的圆形平面；所述单相模块固定在支架内，支架两端固定在壳体的内部；所述支架包括两个三段连续的半径为R的半圆弧的弧形结构，两个弧形结构固定组成三段半径为R的圆形结构支架。

进一步地，所述散热翅片包括间距相等但高度不等的翅片，翅片的高度与散热基板到上壳或下壳的距离相匹配。

进一步地，所述滤波电器件包括电容板和电抗板，电容板和电抗板均固定在分隔板上；所述电路板设置在散热基板上，电路板包括驱动板和采样板，驱动板和采样板均固定在散热基板上。

进一步地，所述驱动板和采样板相连接，采样板分别与电容板和电抗板相连接；所述分隔板上设有连线通孔I，所述上壳或下壳上设有连线通孔II。

进一步地，所述前面板上还设置有至少一个把手和液晶屏，所述把手为U形结构，所述液晶屏与电路板的采样板相连接。

进一步地，与现有技术相比，本发明的有益效果：通过分割板使其内部形成上下两层空间，上层空间主要设置滤波电器件，下层主要有包括驱动板和采样板的电路板，滤波电器件和电路板均为有源滤波器模块内部固有的设备元器件，上下两层均有进风口和出风口，通过自身结构形成的散热通道且在单相模块上设置散热结构，无需额外占用空间，相比与现有通过在滤波器模块外进行热交换进行降温的方式，本发明的散热通道、散热结构和散热器直接接触滤波器模块内的器件，能够直接、快速的带走热量，提高了散热效果，而且其内的元器件与散热通道形成融为一体的结构，能够避免额外增加散热模块，导致有源滤波器体积变大，因此，本发明体积小、散热效率高，保证了电力器件的可靠性和稳定性，能够提高电网运行的安全性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的前面板的结构示意图。

图2为本发明的后面板的结构示意图。

图3为本发明的俯视图的结构示意图（无把手）。

图4为本发明的侧视图的结构示意图（无把手）。

图5为本发明的内部结构示意图。

图6为本发明图5中支架的立体结构图。

图7为本发明图5中单相模块的结构示意图。

图8为本发明图5中单相模块内部的结构示意图。

图9为本发明中图7中上壳或下壳的结构示意图。

图10为本发明中图9中散热结构的侧视图。

图11为本发明中散热器的结构示意图。

图12为本发明中端盖的结构示意图。

图中，1、前面板；2、液晶屏；3、把手；4、接插件；5、后面板；6、上盖板；7、底壳；8、上出风口；9、下出风口；10、下进风口；11、上进风口；12、电抗板；13、电容板；14、单相模块；140、风机；141、上壳；142、下壳；1420、外槽道；1421、内槽道；143、端盖；144、散热器；1440、散热基板；1441、散热翅片；145、驱动板；146、采样板；15、支架；16、下层空间；17、分隔板；18、上层空间；19、紧固孔；20、边孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

电力有源滤波器包括一个以上的有源滤波模块，有源滤波模块相互电连接形成电力有源滤波器，在电网的供配电过程中对传输的电信号进行滤波、功率补偿等电能质量管理，以提高电网运行的安全、可靠性。

电源滤波模块中一般设置有电容和电抗等滤波电器件，对传输中的电信号进行滤波，还设置有驱动板和采样板等电路板，在电能质量管理过程中，通过采样板进行数据信息的采集，然后根据对采集数据的处理分析，通过驱动板实现具体的控制，从而完成电能质量的管理。

如图1、图5所示，一种智能型电力有源滤波模块，包括壳体，所述壳体内设有分隔板17，分隔板17将壳体内的空间分成上层空间和下层空间，分隔板17横跨整个模块并将模块分为上下两层空间结构。上层空间18内设有滤波电器件和通风结构I，滤波电器件设置在分隔板17上，下层空间16内设有单相模块14和通风结构II，单相模块14上设有散热结构，散热结构直接设置在单相模块的内表面和外表面，不仅可以增加散热效果且减少了占地体积，单相模块14内部设有电路板，散热结构与通风结构II相匹配，电路板与滤波电器件相连接，电路板能够在工作时提供数据支持和进行相应的控制。单相模块14的数量均设有三个，下层空间并排平行固定放置三个单相模块，这是因为电力有源滤波模块包括三相交流输入端，单相模块为有源滤波模块ABC三相交流输入的其中一相，三个单相模块与三相电对应的元器件相对应。上层空间放置滤波电器件。单相模块14集风机、散热器、IGBT、驱动及控制采样为一体，即单相模块不仅能实现有源滤波的电路功能作用，同事可以实现散热作用。

如图1-4所示，所述壳体包括前面板1、后面板5、上盖板6和底壳7，前面板1和后面板5分别设置在底壳7的前后，上盖板6设置在前面板1、后面板5和底壳7的上部；底壳7为U型钣金件，包括下面板、左面板和右面板，前面板1和后面板5分别设置在左面板和右面板之间。底壳7内部可容纳单相模块及其他PCB板。所述通风结构I包括上进风口11和上出风口8，上进风口11设置在上盖板6上，上出风口8设置在后面板5的上部；上出风口8的数量设有两个，位于后面板5的中部。如图3所示，上进风口11设置在上盖板6的后侧，即远离上出风口8、靠近前面板1的一侧，增加与上出风口8的距离，增加了外部与壳体的上层空间的换热通道的接触面积，且上出风口的分布区域是矩形，占据了较大的面积，提高了上层空间自身换热的效率。上进风口11与上出风口8形成一个上通风路径。为了提高散热效率，可在上出风口8处固定上部风机，后面板5的上部设有与上部风机相匹配的风机出风孔，可将上层空间18内的热量排出壳体外。所述通风结构II包括下进风口10和下出风口9，下进风口10设置在前面板1的下部，下进风口10的形状为圆形，分布区域为矩形，覆盖整个壳体的下部，增大了向壳体内进风的面积。前面板1的上部中间安装有液晶屏2，液晶屏2用于显示数据信息，便于工作人员更加直观的了解相关情况。前面板1的左右两侧各设置一个把手3，把手3为U形结构，有利于在打开前面板1时受力平衡，提高安全性。如图2所示，下出风口9设置在后面板5的下部，下进风口10和下出风口9的位置相对应，相对应的下出风口9与下进风口10形成一个下通风路径。下进风口10和下出风口9的数量均设有三个，分别对应三相交流电的单相模块14。下出风口9的形状为六边形蜂窝状，作为其他实施方式，也可以为圆形蜂窝状等结构，与单相模块14的结构相对应，方便单相模块14内的热量排出壳体。单相模块14固定在下进风口10和下出风口9之间的下通风路径上，从而对单相模块14上的散热结构相对应，实现对单相模块14和其内电器件的散热。后面板5的上部还设有插接件4，插接件4分布在后面板5的上部的中间或一侧，方便与其他设备的安装。

所述单相模块14固定在支架15内，支架15两端固定在壳体的内部；支架15固定在底壳7上。如图6所示，支架15为钣金折弯件，主要由三段半圆弧钣金折弯而成，支架15包括两个三段连续的半径为R的半圆弧的弧形结构，两个半圆弧的弧形结构同心并排放置，两个弧形结构固定组成三段半径为R的圆形结构支架。两对支架15前后同轴布置在下层空间16，从两端对单相模块14进行固定。在相邻两段弧形结构中间为一平面段，其上设有圆形的紧固孔19，将两个半圆弧的弧形结构上下同心扣合，通过紧固孔19进行固定形成圆形结构，用于固定单相模块14；为使单相模块14固定牢靠，使用两对弧形结构前后同轴布置，即将三个单相模块分别置于圆形结构支架内，支架15的两端还开设有圆形的边孔20，支架15的两端与底壳7的两侧面贴合，并通过圆形的边孔20将支架与壳体进行固定，实现三个单相模块的可靠固定。

单相模块14平行设置在下层空间的下通风路径上；如图7和图9所示，单相模块14包括上壳141和下壳142，上壳141和下壳142上下通过螺钉固定连接，上壳141和下壳142上均设有散热结构。所述上壳141和下壳142均是内部中空、半径为R的半圆弧形结构，上壳141和下壳142均为铝型材挤压成型，其横截面为半圆形。上壳141和下壳142通过螺钉同心固定构成空心的圆柱结构，同时上壳141和下壳142固定后构成的空心圆柱的半径与支架的半径相同，方便将单相模块14固定在支架15的弧形结构内。

如图10所示，所述散热结构包括沟槽结构，沟槽结构包括外槽道1420和内槽道1421，外槽道1420和内槽道1421相对应；外槽道1420设置在上壳141或下壳142的外部，内槽道1421设置在上壳141或下壳142的内部。外槽道1420和内槽道1421由间距相等的沟槽排列组成，沟槽结构直接设置在上壳或下壳的内外表面，减少了体积，且能够提高散热效果。同时，风机可以加快外槽道1420和内槽道1421的空气流通，从而实现对单相模块的散热。上壳141和下壳142为铝型材挤压成型，并且其本身为一风道结构，可最大程度的增大散热效率。散热结构还包括风机，风机140分别与沟槽结构和散热器144相匹配，所述上壳141和下壳142的一端设有端盖143，端盖143与上下壳组成的圆柱结构同心固定，端盖143一方面可以从端部固定上壳141和下壳142，另一方面端盖也方便固定风机140。如图12所示，所述端盖143是中部中空、半径为R的圆形平面，端盖143中部的圆孔方便风机140吹出风通过，从而进入上壳和下壳围成的空间，对内槽道1421和其内的散热器的散热。端盖143上设有风机140，风机140设置在靠近通风结构II的下进风口10一侧。风机140与散热结构相匹配组成一个通风风道，风机的风向朝向通风风道即单相模块14的内部，风机140加快了下进风口10的进风速度，同时增加散热结构内空气的流动，实现对单相模块14表面的散热。

所述上壳141或下壳142内壁上固定有散热器144，散热器144固定在上下壳内部。如图11所示，散热器144截面为半圆形，散热器144包括散热基板1440和散热翅片1441，散热翅片1441截面形状为半圆形，方便与下壳进行安装固定。如图8所示，散热器144的两侧与下壳通过螺纹固定连接。散热翅片1441固定在散热基板1440上，散热翅片1441与上壳141或下壳142的内壁相匹配。所述散热翅片1441包括间距相等但高度不等的翅片，翅片的高度与散热基板1440到上壳141或下壳142的距离相匹配。散热基板1440两侧面均设有螺纹孔，可与下壳同心固定装配连接。风机可以将散热器144上的热量输送至下出风口9，从而排除下层空间16。发热的电路板设置在风机、散热器144、下进风口10和下出风口9形成的散热通道上，提高了对单相模块内部的散热效率。同时，沟槽结构可以对单相模块的外壳体进行散热。

优选地，如图5所示，所述滤波电器件包括电容板13和电抗板12，电容板13和电抗板12均设置在上层空间18内，电容板13和电抗板12均固定在分隔板17上；分隔板17不仅起到分割上下层空间的作用，还起到固定支撑的作用。分隔板17上还开设有上下连通的连线通孔I，用于布设电线，将电容板13和电抗板12与下层空间的单相模块内的电器件进行电性连接。如图8所示，所述电路板设置在散热基板1440上，电路板包括驱动板145和采样板146，驱动板145和采样板146均固定在散热基板1440上。驱动板145上焊接有IGBT发热元件，IGBT发热元件贴合在散热基板1440上，并通过螺钉进行紧固固定。IGBT发热元件所产生的热量经过散热基板1440散发到散热翅片1441上，在风机140的作用下，将热量从通风风道内吹向单相模块外部。采样板146用于单相模块的控制及采样，三个单相模块内的采样板联合控制整个有源滤波模块的运行。

所述驱动板145和采样板146相连接，采样板146分别与电容板13和电抗板12相连接；所述上壳141和下壳142的两侧均设有半圆形的连线通孔II，上下壳装配完成后构成圆形连线通孔，用于单相模块14间、单相模块14与电容板13和电抗板12间的连线。液晶屏2与电路板的采样板146相连接。

在有源滤波模块工作时，单相模块14在下层空间16内的IGBT发热元件产生的热量在风机140的作用下，经散热器144、沟槽结构由各自的单相模块内风道结构直接排到模块外部，三个单相模块在散热上相互独立，互不影响。在上层空间18内，电抗板12和电容板13所产生的热量经由下出风口9排到有源滤波模块的外部。

本发明由三个单相模块外加电容电抗板组成，每相单相模块即为一个风道结构，三个风道结构相互隔离，互不干扰，可保证每相单相模块散热良好，提高了散热效率，在满足散热的情况下散热器可做到最小。另外三个单相模块依次排列可使整个结构更加紧凑，减小了整体体积。本发明的三个单相模块既相互联系又相互独立，单相模块发生故障时仅需抽出发生故障的单相模块进线维修即可，简单方便。本发明的散热通道直接接触滤波器模块内的器件，能够直接、快速的带走热量，而且滤波器模块内的元器件与散热通道形成融为一体的结构，能够避免额外增加散热模块，导致有源滤波器体积变大，因此，本发明体积小、散热效率高，能够提高电网运行的安全性和可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种智能型电力有源滤波模块，包括壳体，其特征在于，所述壳体内设有分隔板（17），分隔板（17）将壳体内的空间分成上层空间和下层空间，上层空间内设有滤波电器件和通风结构I，滤波电器件设置在分隔板（17）上，下层空间内设有单相模块（14）和通风结构II，单相模块（14）上设有散热结构，单相模块（14）内部设有电路板，散热结构与通风结构II相匹配，电路板与滤波电器件相连接。

2.根据权利要求1所述的智能型电力有源滤波模块，其特征在于，所述壳体包括前面板（1）、后面板（5）、上盖板（6）和底壳（7），前面板（1）和后面板（5）分别设置在底壳（7）的前后，上盖板（6）设置在前面板（1）、后面板（5）和底壳（7）的上部；所述通风结构I包括上进风口（11）和上出风口（8），上进风口（11）设置在上盖板（6）上，上出风口（8）设置在后面板（5）的上部；所述通风结构II包括下进风口（10）和下出风口（9），下进风口（10）设置在前面板（1）的下部，下出风口（9）设置在后面板（5）的下部，下进风口（10）和下出风口（9）的位置相对应，单相模块（14）固定在下进风口（10）和下出风口（9）之间。

3.根据权利要求2所述的智能型电力有源滤波模块，其特征在于，所述单相模块（14）、下进风口（10）和下出风口（9）的数量均设有三个，单相模块（14）平行设置在下层空间内；单相模块（14）包括上壳（141）和下壳（142），上壳（141）和下壳（142）相连接，上壳（141）和下壳（142）上均设有散热结构。

4.根据权利要求2或3所述的智能型电力有源滤波模块，其特征在于，所述散热结构包括沟槽结构，沟槽结构包括外槽道（1420）和内槽道（1421），外槽道（1420）和内槽道（1421）相对应；外槽道（1420）设置在上壳（141）或下壳（142）的外部，内槽道（1421）设置在上壳（141）或下壳（142）的内部；所述散热结构还包括风机（140），风机（140）与沟槽结构相匹配，上壳（141）和下壳（142）的一端设有端盖（143），端盖（143）上设有风机（140），风机（140）设置在靠近通风结构II的下进风口（10）一侧。

5.根据权利要求4所述的智能型电力有源滤波模块，其特征在于，所述上壳（141）或下壳（142）内壁上固定有散热器（144），散热器（144）包括散热基板（1440）和散热翅片（1441），散热翅片（1441）固定在散热基板（1440）上，散热翅片（1441）与上壳（141）或下壳（142）的内壁相匹配。

6.根据权利要求5所述的智能型电力有源滤波模块，其特征在于，所述上壳（141）和下壳（142）均是内部中空、半径为R的半圆弧形结构，所述端盖（143）是中部中空、半径为R的圆形平面；所述单相模块（14）固定在支架（15）内，支架（15）两端固定在壳体的内部；所述支架（15）包括两个三段连续的半径为R的半圆弧的弧形结构，两个弧形结构固定组成三段半径为R的圆形结构支架。

7.根据权利要求5所述的智能型电力有源滤波模块，其特征在于，所述散热翅片（1441）包括间距相等但高度不等的翅片，翅片的高度与散热基板（1440）到上壳（141）或下壳（142）的距离相匹配。

8.根据权利要求5所述的智能型电力有源滤波模块，其特征在于，所述滤波电器件包括电容板（13）和电抗板（12），电容板（13）和电抗板（12）均固定在分隔板（17）上；所述电路板设置在散热基板（1440）上，电路板包括驱动板（145）和采样板（146），驱动板（145）和采样板（146）均固定在散热基板（1440）上。

9.根据权利要求8所述的智能型电力有源滤波模块，其特征在于，所述驱动板（145）和采样板（146）相连接，采样板（146）分别与电容板（13）和电抗板（12）相连接；所述分隔板（17）上设有连线通孔I，所述上壳（141）或下壳（142）上设有连线通孔II。

10.根据权利要求1或9所述的智能型电力有源滤波模块，其特征在于，所述前面板（1）上还设置有至少一个把手（3）和液晶屏（2），所述把手（3）为U形结构，所述液晶屏（2）与电路板的采样板（146）相连接。

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