CN111917280A - 一种结构对称的变流器功率模组及电气设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种结构对称的变流器功率模组及电气设备，其特征在于，包括：底板；冷却组件，固定在所述底板表面，所述冷却组件包括散热器，所述散热器结构对称；电容组件，固定在所述底板表面，所述电容组件与所述冷却组件并排设置；IGBT组件，固定在所述冷却组件上；叠层母排，用于所述IGBT组件与所述电容组件电连接，其中，所述电容组件包括电容，所述IGBT组件包括IGBT，所述电容、IGBT和叠层母排的数量均为偶数，且均沿所述散热器的对称平面对称设置。本申请通过对称设计，解决了并联IGBT的热耦合和均流问题，结构简单紧凑，可满足大功率IGBT并联应用场合的需求。
Description
技术领域
本申请涉及功率变流器领域，特别涉及一种结构对称的变流器功率模组及电气设备。
背景技术
目前，在风电、太阳能、储能、高压变频等大功率电气应用场合，由于IGBT半导体器件技术的发展无法满足产品容量的需求，通过IGBT并联技术提升系统容量的应用越来越广泛。IGBT并联系统只有保证良好的均流特性才能使并联系统具有良好的可靠性和经济性。为保证均流，并联的IGBT以及外围的驱动回路、直流支撑电容、叠层母排回路应尽量保持相同的参数，并联的IGBT工作温度应尽量一致，因而要求模组设计时需要保证并联的IGBT及其外围元器件和电气回路电气参数及散热条件的一致性。
因此，如何保持并联的IGBT电气参数和工作温度一致，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
基于此，本申请提供了一种结构对称的变流器功率模组及电气设备，此模组采用对称布置，结构紧凑，可设置偶数的IGBT进行对称设置，结构通用型强，且便于模块化组装和运输。
本公开的其该用户特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
根据本申请提供一种结构对称的变流器功率模组，其特征在于，包括：
底板；
冷却组件，固定在所述底板表面，所述冷却组件包括散热器，所述散热器结构对称；
电容组件，固定在所述底板表面，所述电容组件与所述冷却组件并排设置；
IGBT组件，固定在所述散热器上；
叠层母排，用于所述IGBT组件与所述电容组件电连接，
其中，所述电容组件包括电容，所述IGBT组件包括IGBT，所述电容、IGBT和叠层母排的数量均为偶数，且均沿所述散热器的对称平面对称设置。
根据一些示例实施例，所述冷却组件还包括：风机和风道，所述风机固定在所述底板表面，所述风道连接所述风机与所述散热器。
根据一些示例实施例，所述散热器包括至少两片散热片，所述至少两片散热片组成筒状中空模组。
根据一些示例实施例，所述IGBT组件还包括驱动板和吸收电容，所述驱动板和所述吸收电容固定在所述IGBT上。
根据一些示例实施例，所述驱动板和所述吸收电容的数量为偶数，且沿所述散热器的对称平面对称设置。
根据一些示例实施例，所述电容组件包括电容支撑板，所述电容支撑板固定在所述底板上，用于所述电容的固定。
根据一些示例实施例，所述散热器与所述电容支撑板固定连接。
根据一些示例实施例，所述叠层母排一端与所述IGBT固定，另一端与所述电容固定。
根据一些示例实施例，所述风机包括轴流风机和离心风机中的至少一种。
根据一些示例实施例，所述风机包括单只风机和/或多只风机串/并联。
根据一些示例实施例，所述叠层母排包括平板和/或折弯结构。
根据一些示例实施例，所述电容、所述叠层母排和所述IGBT中线重合。
根据本申请提供的一种电气设备，包括上述实施例中任一项所述的功率单元。
根据一些示例实施例，所述结构对称的功率模组，具有完全相同的电气回路参数和散热条件，从而确保多个IGBT具备良好的均流特性，提高变流器运行可靠性。
根据一些示例实施例，所述结构对称的功率模组，结构紧凑，散热效率高，可满足大功率IGBT并联应用场合的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。
图1示出根据本申请示例实施例的功率模组的透视图。
图2示出根据本申请示例实施例的功率模组的固定方式透视图。
图3示出根据本申请示例实施例的功率模组的左视图和右视图。
图4示出根据本申请示例实施例的功率模组的正面示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下将结合附图，对本申请的技术方案进行详细说明。
图1示出根据本申请示例实施例的功率模组的透视图。
参见图1，所述结构对称的功率模组可包括底板100、冷却组件200、IGBT组件300、电容组件400和叠层母排500。冷却组件200固定在所述底板100表面；所述电容组件400固定在所述底板表面，所述电容组件400与所述冷却组件200并排设置；所述IGBT组件300固定在所述冷却组件200上；所述叠层母排500用于所述IGBT组件300与所述电容组件200的电连接。
所述电容组件400包括电容420和电容支撑板410，所述IGBT组件300包括IGBT310、驱动板330和吸收电容320，所述冷却组件200包括至少两片散热片230、风机210和风道220。所述至少两片散热片230对称设置。
其中，所述至少两片散热片230对称设置成筒状结构，所述IGBT310、所述电容420和所述叠层母排500的数量均为偶数，且对称设置于所述至少两片散热片230上。
根据本申请的示例实施例，所述冷却组件200可包括至少两片散热片230、风机210和风道220。所述风机210固定在所述底板100表面，例如所述风机210可以通过螺接固定在所述底板100上，所述风道220连接所述风机210与所述至少两片散热片230。
所述电容组件400可包括电容420和电容支撑板410，所述电容支撑板410固定在所述底板100上，例如所述电容支撑板410可以卡接固定在所述底板100上。所述电容420固定在所述电容支撑板410上。所述电容420数量为偶数，所述电容420对称设置于所述电容支撑板410上，且所述对称面与所述至少两片散热片230的对称面相同。
所述电容支撑板410固定在底板100上，所述至少两片散热片230固定在所述电容支撑板410上。所述风机210固定在所述底板100上，所述风道连接所述风机210与所述至少两片散热片230。
所述IGBT组件300包括IGBT310、驱动板330和吸收电容320。所述IGBT310、驱动板330和吸收电容320数量均为偶数，且对称设置于所述至少两片散热片230上。单侧的模组包括至少一片散热片230，所述IGBT310固定在所述散热片230上，例如可以螺接固定，所述驱动板330和所述吸收电容320均固定在所述IGBT310上。
根据本申请的示例实施例，所述功率模组还包括叠层母排500，所述叠层母排500的数量为偶数，且对称设置于所述功率模组两侧，且所述对称面与所述至少两片散热片230的对称面相同。所述叠层母排500的一端与所述电容支撑板410固定，另一端与所述IGBT310固定。
所述功率模组中的冷却组件200、IGBT组件300、电容组件400和叠层母排500均沿所述至少两片散热片230的对称面对称设置，即所述功率模组呈沿至少两片散热片230的对称面对称。
根据本申请的示例实施例，所述叠层母排500可以是平板或折弯结构。连接所述IGBT310的直流端子、所述电容420正负极接线柱端面的所述叠层母排500可以纯平面设计的平板结构，也可以通过折弯实现不同平面的所述IGBT310的直流端子与所述电容420的正负极接线柱端面的连接。
根据本申请的示例实施例，所述散热片可采用普通铝挤散热片或热管集成工艺散热基板的散热片，结构紧凑，散热效果好。
所述风机可采用轴流风机或离心风机。为了达到散热效果，所述风机可以采用单只风机，也可以采用多只风机串/并联方式。
根据本申请的示例实施例，所述散热片230具有基板和多个散热翅片，所述多个散热翅片设置于所述基板上。所述多个散热翅片沿风机出风方向平行设置，且各散热翅片之间具有间隙，最大程度降低风力损失，增加散热效果。
根据一些示例实施例，结构对称的功率模组，使并联的大功率IGBT具有完全相同的电气参数和散热条件,从而确保并联的IGBT具备良好的均流特性，提高变流器运行可靠性；
根据一些示例实施例，每个散热片上安装一只大功率IGBT，避免了大功率IGBT工作过程中相互之间的热耦合，因而散热效果提升明显。
根据另一些示例实施例，每个散热片上安装多个普通功率IGBT，可在不牺牲散热性能的前提下，使结构更加紧凑。本申请采用普通铝挤散热片可达到现有普通并联设计方案中采用热管集成式散热片的散热效果。本申请在不牺牲散热性能的前提下使结构更加紧凑。
图2示出根据本申请示例实施例的功率模组的固定方式透视图。
参见图2，功率模组中没有叠层母排500之后的结构，更能示出所述功率模组的固定方式，所述IGBT310固定在所述散热片230上，所述驱动板330固定在所述IGBT310上。
所述电容支撑板410固定在底板100上，所述电容支撑板410具有多个与电容匹配的安装孔，所述多个电容420卡接于所述电容支撑板410的所述多个安装孔。所述至少两片散热片230固定于所述电容支撑板410上，例如可以是螺接固定的方式。
图3示出根据本申请示例实施例的功率模组的左视图和右视图。
参见图3，所述功率模组为沿中间平面左右完全对称的结构，在对称结构的任意半边模组中，根据所述IGBT310和所述电容420的相对位置，连接所述IGBT310直流端子、所述电容420的正负极接线柱端面的叠层母排500可纯平面设计，也可以通过折弯实现不同平面的所述IGBT310直流端子与所述电容420正负极接线柱端面的连接。直流电容正负极接线柱的极性布局方向与回路电流方向一致，所述叠层母排500正负极板电流最短，所述多个电容420和叠层母排500基于所述IGBT310的直流端子中线对称布置，可实现所述IGBT310换流路径最短设计，减小所述IGBT310的换流回路杂散电感。
根据本申请的示例实施例，根据散热的需求，所述功率模组的风机采用单个轴流风机或离心风机，高功耗变流器模组采用多个轴流风机或离心风机，通过风机串/并联满足模组的散热需求。
散热片外部轮廓为筒状结构，且在散热片径向截面尺寸一致。上述散热片可采用普通铝型材散热片或热管集成工艺散热基板的散热片。
根据本申请的示例实施例，在设计所述功率模组时，先根据IGBT的散热要求选择至少两个大小匹配的散热片，并将散热器片组装成筒状模组。再根据散热要求选择风机型号，并用风道连接好风机和散热片，完成冷却模块的安装。
安装好冷却模块之后安装电容组件，先将电容和电容支撑板固定好，再将电容支撑板固定在底板上；安装好电容组件后，用螺栓将散热片和电容支撑板固定好。最后将IGBT组件固定在冷却组件上，将叠层母排固定在电容组件和IGBT组件上，完成所述功率模组的安装。
图4示出根据本申请示例实施例的功率模组的正面示意图。
参见图4，所述功率模组的结构左右对称，左右两侧分别设置有IGBT310、驱动板330、吸收电容320、电容420和叠层母排500。
根据本申请的示例实施例，所述风机210、风道220和散热片230组成冷却组件200，所述冷却组件本体结构左右对称设置，两片相同的所述散热片230的中间平面即为对称平面。对称结构解决了并联IGBT的热耦合和均流问题，结构简单合理，回路杂散电感低，并联均流效果好，散热效率高，可满足大功率IGBT并联应用场合的需求。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (14)
1.一种结构对称的变流器功率模组，其特征在于，包括：
底板；
冷却组件，固定在所述底板表面，所述冷却组件包括散热器，所述散热器结构对称；
电容组件，固定在所述底板表面，所述电容组件与所述冷却组件并排设置；
IGBT组件，固定在所述散热器上；
叠层母排，用于所述IGBT组件与所述电容组件电连接，
其中，所述电容组件包括电容，所述IGBT组件包括IGBT，所述电容、IGBT和叠层母排的数量均为偶数，且均沿所述散热器的对称平面对称设置。
2.根据权利要求1所述的功率模组，其特征在于，所述冷却组件还包括：风机和风道，所述风机固定在所述底板表面，所述风道连接所述风机与所述散热器。
3.根据权利要求1所述的功率模组，其特征在于，所述散热器包括至少两片散热片，所述至少两片散热片组成筒状中空模组。
4.根据权利要求1所述的功率模组，其特征在于，所述IGBT组件还包括驱动板和吸收电容，所述驱动板和所述吸收电容固定在所述IGBT上。
5.根据权利要求4所述的功率模组，其特征在于，所述驱动板和所述吸收电容的数量为偶数，且沿所述散热器的对称平面对称设置。
6.根据权利要求1所述的功率模组，其特征在于，所述电容组件包括电容支撑板，所述电容支撑板固定在所述底板上，用于所述电容的固定。
7.根据权利要求6所述的功率模组，其特征在于，所述散热器与所述电容支撑板固定连接。
8.根据权利要求1所述的功率模组，其特征在于，所述叠层母排一端与所述IGBT固定，另一端与所述电容固定。
9.根据权利要求3所述的功率模组，其特征在于，所述至少两片散热片包括普通铝挤散热片和热管集成工艺散热基板散热片中的至少一种。
10.根据权利要求2所述的功率模组，其特征在于，所述风机包括轴流风机和离心风机中的至少一种。
11.根据权利要求10所述的功率模组，其特征在于，所述风机包括单只风机和/或多只风机串/并联。
12.根据权利要求1所述的功率模组，其特征在于，所述叠层母排包括平板和/或折弯结构。
13.根据权利要求1所述的功率模组，其特征在于，所述电容、所述叠层母排和所述IGBT的垂直于竖直方向的等分截面重合。
14.一种电气设备，其特征在于，包括如权利要求1-13中任一项所述的功率模组。
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