CN113381584A - 一种电力电子变压器功率模块及电力电子变压器 - Google Patents

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杨武帝
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吴霆霆
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Abstract

本发明属于电力电子领域，公开了一种电力电子变压器功率模块及电力电子变压器，电力电子变压器功率模块包括高压侧组件、低压侧组件、变压器、电感器以及绝缘底座；高压侧组件、低压侧组件、变压器以及电感器均与绝缘底座连接，且高压侧组件与低压侧组件位于变压器的两端；变压器的一端与电感器均位于低压侧组件下方；低压侧组件通过导线依次电气连接电感器、变压器以及高压侧组件；高压侧组件上设置对外连接的高压功率端子；低压侧组件上设置对外连接的低压功率端子；电力电子变压器包括风管以及若干电力电子变压器功率模块。该电力电子变压器功率模块及电力电子变压器的功率密度高，组装、测试和维护便捷，散热结构简单高效，成本低。

Description

一种电力电子变压器功率模块及电力电子变压器
技术领域
本发明属于电力电子领域，涉及一种电力电子变压器功率模块及电力电子变压器。
背景技术
随着智能电网、主动配电网、能源互联网等新兴技术发展，对配电设备的智能化水平要求日益提高。在这一背景下，通过电力电子技术将电气隔离、电压变换、无功补偿等功能集于一身的电力电子变压器成为对传统变压器及电网中的多种电力电子设备进行集成优化，提高电网设备智能水平的重要设备。
但是，目前的电力电子变压器功率模块的系统体积大，功率密度较小，一般采用两端进风的散热结构，结构复杂，设备成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中，现有电力电子变压器功率模块系统体积大，结构复杂，设备成本高的缺点，提供一种电力电子变压器功率模块及电力电子变压器。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明一方面，一种电力电子变压器功率模块，包括高压侧组件、低压侧组件、变压器、电感器以及绝缘底座；高压侧组件、低压侧组件、变压器以及电感器均与绝缘底座连接，且高压侧组件与低压侧组件位于变压器的两端；变压器的一端与电感器均位于低压侧组件下方；低压侧组件通过导线依次电气连接电感器、变压器以及高压侧组件；高压侧组件上设置对外连接的高压功率端子；低压侧组件上设置对外连接的低压功率端子。
本发明进一步的改进在于：
所述高压侧组件以及低压侧组件均包括机壳和散热器，散热器位于机壳内部；所述高压侧组件的机壳上开设第一散热器孔以及第一风孔；绝缘底座靠近低压侧组件的一端端面上开设第二风孔，绝缘底座内部开设连通第一风孔和的第二风孔的风道；低压侧组件远离高压侧组件的一端端面上开设第三风孔；低压侧组件靠近高压侧组件的一端端面上开设第二散热器孔。
所述绝缘底座靠近低压侧组件的一端端面的四周，以及低压侧组件远离高压侧组件的一端端面的四周均设置密封条。
所述高压侧组件以及低压侧组件均包括机壳；且高压侧组件的机壳以及低压侧组件的机壳均采用钣金结构。
所述高压侧组件包括机壳；高压侧组件的机壳表面设置把手。
还包括导向销；高压侧组件通过导向销与绝缘底座可拆卸连接。
所述低压侧组件、变压器以及电感器与绝缘底座螺钉连接。
所述绝缘底座内部开设用于容纳导线的隐藏式线槽。
本发明又一方面，一种电力电子变压器，包括风管以及若干上述的电力电子变压器功率模块；若干电力电子变压器功率模块的高压功率端子依次串联，低压功率端子依次并联；风管的外壁上设置若干与若干电力电子变压器功率模块的第二风孔一一对应连通的第四风孔，以及若干与若干电力电子变压器功率模块的第三风孔一一对应连通的第五风孔；密封条与风管的外壁压紧，用于密封电力电子变压器功率模块与风管之间的间隙。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明电力电子变压器功率模块，由高压侧组件、低压侧组件、变压器和电感器通过绝缘底座组成一个整体，结构简单，通过高压侧组件实现高压侧电能的变化，低压侧组件实现低压侧电能的变化，通过变压器和绝缘底座将高压侧组件与低压侧组件进行电气隔离，充分利用变压器外壳绝缘的特性，降低电力电子变压器功率模块的体积，进而使得电力电子变压器的功率密度更高，降低设备成本。
进一步的，在绝缘底座靠近低压侧组件的一端端面上开设第二风孔，在绝缘底座内部开设连通第一风孔和的第二风孔的风道，形成中空结构并作为高压侧组件的散热风道，高压侧组件由第一散热器孔进风/出风，气流通过绝缘底座的风道由绝缘底座的第二风孔进风/出风，实现将高压侧组件的第一风孔与低压侧组件的第三风孔设置在同侧，实现单面出风/进风结构，相比目前电力电子变压器功率模块的双面进风式结构，散热效率高，高压侧不需要进风密封结构，极大降低成本。
进一步的，绝缘底座靠近低压侧组件的一端端面的四周设置密封条，形成高压侧组件风口密封面；低压侧组件远离高压侧组件的一端端面的四周设置密封条，形成低压侧组件风口密封面，通过高压侧组件风口密封面和低压侧组件风口密封面，保证电力电子变压器功率模块与外部的风道连接时不漏风。
进一步的，高压侧组件的机壳以及低压侧组件的机壳均采用钣金结构，相比现有的高压侧组件和低压侧组件均采用绝缘机壳的方案，极大的降低成本。
进一步的，高压侧组件的机壳表面设置把手，方便高压侧组件的拆装和搬运。
进一步的，高压侧组件通过导向销与绝缘底座可拆卸连接，将高压侧组件放置到绝缘底座上面，推到安装位后通过导向销实现快速定位和安装。
进一步的，绝缘底座内部开设用于容纳导线的隐藏式线槽，容纳并保护导线。
本发明电力电子变压器，基于一个风道和上述电力电子变压器功率模块实现，通过一个独立的风道实现若干电力电子变压器功率模块的散热，节省散热装置的安装空间，提升电力电子变压器的功率密度，降低成本。
附图说明
图1为本发明的低压侧组件朝前的电力电子变压器功率模块结构示意图；
图2为本发明的高压侧组件朝前的电力电子变压器功率模块结构示意图；
图3为本发明的显示第一散热器孔和第二散热器孔的电力电子变压器功率模块结构示意图。
其中：1-高压部件；2-低压部件；3-变压器；4-电感器；5-绝缘底座；11-第一散热器孔；12-高压功率端子；13-把手；21-第二散热器孔；22-低压功率端子；23-第三风孔；51-第二风孔；52-隐藏式线槽；53-导向销。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1至3，本发明一实施例中，提供一种电力电子变压器功率模块，包括高压侧组件1、低压侧组件2、变压器3、电感器4以及绝缘底座5。
高压侧组件1、低压侧组件2、变压器3以及电感器4均与绝缘底座5连接，且高压侧组件1与低压侧组件2位于变压器3的两端；变压器3的一端与电感器4均位于低压侧组件2下方；低压侧组件2通过导线依次电气连接电感器4、变压器3以及高压侧组件1；高压侧组件1上设置对外连接的高压功率端子12；低压侧组件2上设置对外连接的低压功率端子22。
其中，高压侧组件1一般由IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、电容、驱动电路板、控制电路板、散热器和机壳组成独立的部件。低压侧组件2一般由IGBT、电容、驱动电路板、控制电路板、散热器和机壳组成独立的部件。
电力电子变压器功率模块由高压侧组件1、低压侧组件2、变压器3和电感器4通过绝缘底座5组成一个整体，结构简单，高压侧组件1、低压侧组件2均可独立组装和测试；高压侧组件1可以在整机系统中独立拆除和安装。
高压侧组件1实现高压侧电能的变化，低压侧组件2实现低压侧电能的变化，通过变压器3和绝缘底座5将高压侧组件1与低压侧组件2进行10kV电压的电气隔离，充分利用变压器3外壳绝缘的特性，降低电力电子变压器功率模块的体积，进而使得电力电子变压器的功率密度更高。
优选的，所述高压侧组件1以及低压侧组件2均包括机壳和散热器，散热器位于机壳内部；所述高压侧组件1的机壳上开设第一散热器孔11以及第一风孔；绝缘底座5靠近低压侧组件2的一端端面上开设第二风孔51，绝缘底座5内部开设连通第一风孔和的第二风孔51的风道；低压侧组件2远离高压侧组件1的一端端面上开设第三风孔23；低压侧组件2靠近高压侧组件1的一端端面上开设第二散热器孔21。
通过在绝缘底座5靠近低压侧组件2的一端端面上开设第二风孔51，在绝缘底座5内部开设连通第一风孔和的第二风孔51的风道，形成中空结构并作为高压侧组件1的散热风道，高压侧组件1由第一散热器孔11进风/出风，气流通过绝缘底座5的风道由绝缘底座5的第二风孔51进风/出风，实现将高压侧组件1的第一风孔与低压侧组件2的第三风孔23设置在同侧，实现单面出风/进风结构，相比目前电力电子变压器功率模块的双面进风式结构，散热效率高，高压侧不需要进风密封结构，极大的降低成本。
上述的第一散热器孔11、第二散热器孔21、第一风孔、第二风孔51以及第三风孔23可以作为进风口，也可以作为出风口。
优选的，所述绝缘底座5靠近低压侧组件2的一端端面的四周设置密封条，形成高压侧组件1风口密封面。低压侧组件2远离高压侧组件1的一端端面的四周设置密封条，形成低压侧组件2风口密封面。
通过高压侧组件1风口密封面和低压侧组件2风口密封面，保证电力电子变压器功率模块与外部的风道连接时不漏风。
优选的，所述高压侧组件1以及低压侧组件2均包括机壳；且高压侧组件1的机壳以及低压侧组件2的机壳均采用钣金结构，相比现有的高压侧组件1和低压侧组件2均采用绝缘机壳的方案，极大的降低成本。
优选的，所述高压侧组件1包括机壳；高压侧组件1的机壳表面设置把手13，把手13可以在高压侧组件1的机壳的两端表面上均设置，方便高压高压侧组件1的拆装和搬运。
优选的，电力电子变压器功率模块还包括导向销53；高压侧组件1通过导向销53与绝缘底座5可拆卸连接，将高压侧组件1放置到绝缘底座5上面，推到安装位后通过导向销53实现快速定位和安装。
优选的，所述低压侧组件2、变压器3以及电感器4与绝缘底座5螺钉连接，安装和拆卸方便，连接稳定。
优选的，所述绝缘底座5内部开设用于容纳导线的隐藏式线槽52，容纳并保护导线，保证高压侧组件1、低压侧组件2、变压器3以及电感器4之间稳定的电气连接，在高压侧组件1外侧端面拆除电气连接导线后，可以快速的进行高压侧组件1的维护更换。
本发明再一实施例中，提供一种电力电子变压器，包括风管以及若干权利要求3所述的电力电子变压器功率模块；若干电力电子变压器功率模块的高压功率端子12依次串联，低压功率端子22依次并联；风管的外壁上设置若干与若干电力电子变压器功率模块的第二风孔51一一对应连通的第四风孔，以及若干与若干电力电子变压器功率模块的第三风孔23一一对应连通的第五风孔；密封条与风管的外壁压紧，用于密封电力电子变压器功率模块与风管之间的间隙。
本发明电力电子变压器，基于一个风道和上述电力电子变压器功率模块实现，通过一个独立的风道实现若干电力电子变压器功率模块的散热，节省散热装置的安装空间，提升电力电子变压器的功率密度，降低成本。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种电力电子变压器功率模块，其特征在于，包括高压侧组件(1)、低压侧组件(2)、变压器(3)、电感器(4)以及绝缘底座(5)；
高压侧组件(1)、低压侧组件(2)、变压器(3)以及电感器(4)均与绝缘底座(5)连接，且高压侧组件(1)与低压侧组件(2)位于变压器(3)的两端；变压器(3)的一端与电感器(4)均位于低压侧组件(2)下方；低压侧组件(2)通过导线依次电气连接电感器(4)、变压器(3)以及高压侧组件(1)；高压侧组件(1)上设置对外连接的高压功率端子(12)；低压侧组件(2)上设置对外连接的低压功率端子(22)。
2.根据权利要求1所述的电力电子变压器功率模块，其特征在于，所述高压侧组件(1)以及低压侧组件(2)均包括机壳和散热器，散热器位于机壳内部；
所述高压侧组件(1)的机壳上开设第一散热器孔(11)以及第一风孔；绝缘底座(5)靠近低压侧组件(2)的一端端面上开设第二风孔(51)，绝缘底座(5)内部开设连通第一风孔和的第二风孔(51)的风道；低压侧组件(2)远离高压侧组件(1)的一端端面上开设第三风孔(23)；低压侧组件(2)靠近高压侧组件(1)的一端端面上开设第二散热器孔(21)。
3.根据权利要求3所述的电力电子变压器功率模块，其特征在于，所述绝缘底座(5)靠近低压侧组件(2)的一端端面的四周，以及低压侧组件(2)远离高压侧组件(1)的一端端面的四周均设置密封条。
4.根据权利要求1所述的电力电子变压器功率模块，其特征在于，所述高压侧组件(1)以及低压侧组件(2)均包括机壳；且高压侧组件(1)的机壳以及低压侧组件(2)的机壳均采用钣金结构。
5.根据权利要求1所述的电力电子变压器功率模块，其特征在于，所述高压侧组件(1)包括机壳；高压侧组件(1)的机壳表面设置把手(13)。
6.根据权利要求1所述的电力电子变压器功率模块，其特征在于，还包括导向销(53)；高压侧组件(1)通过导向销(53)与绝缘底座(5)可拆卸连接。
7.根据权利要求1所述的电力电子变压器功率模块，其特征在于，所述低压侧组件(2)、变压器(3)以及电感器(4)与绝缘底座(5)螺钉连接。
8.根据权利要求1所述的电力电子变压器功率模块，其特征在于，所述绝缘底座(5)内部开设用于容纳导线的隐藏式线槽(52)。
9.一种电力电子变压器，其特征在于，包括风管以及若干权利要求3所述的电力电子变压器功率模块；
若干电力电子变压器功率模块的高压功率端子(12)依次串联，低压功率端子(22)依次并联；风管的外壁上设置若干与若干电力电子变压器功率模块的第二风孔(51)一一对应连通的第四风孔，以及若干与若干电力电子变压器功率模块的第三风孔(23)一一对应连通的第五风孔；密封条与风管的外壁压紧，用于密封电力电子变压器功率模块与风管之间的间隙。
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