CN201557042U - 相功率模块装置和变流器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种相功率模块装置和变流器，其中，相功率模块装置包括至少一个相功率模块，相功率模块包括电气部分和散热结构，散热结构包括热管散热器，电气部分安装在所述相功率模块内部，散热结构裸露在所述相功率模块外部，使得所述相功率模块装置的散热方式为热管散热器结合走行风冷；所述电气部分包括安装在所述热管散热器的基板平面上的温度继电器和绝缘栅双极型晶体管、安装在所述热管散热器和所述绝缘栅双极型晶体管上的驱动电路板，以及突波吸收电容。变流器包括上述相功率模块装置。本实施例解决了现有技术中采用风机强迫风冷散热等的缺陷，在功率较大的情况下，解决了散热问题，提高了散热能力，增强了变流器的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及电气技术领域，尤其涉及一种相功率模块装置和变流器。
背景技术
随着轨道车辆设计的不断更新，地铁车辆作为一种轨道车辆，其牵引变流器的功率通常较大，一般能达到800kW。因此，在这种情况下，地铁车辆的牵引变流器的散热性能要求较高，在保证良好散热性能的前提下要求其具有良好的电气性能。
在现有技术中，变流器的功率模块通常采用铝型材散热器和水冷散热器来进行散热，铝型材散热器的散热效率较低，其对于800kW的功率等级来说散热能力明显不够，只能通过增大散热器体积并加大通风风量来弥补散热不足的问题，这使得功率模块的体积增大，从而变流器的体积也相应增大，不适合安装在地铁车辆上；而且铝型材散热器采用风机强迫风冷散热，而风机的故障率较高，从而降低了变流器的可靠性，其需要设计良好的密闭风道，一旦风道出现问题便会严重影响变流器的散热效率，同时风机的应用和设计制造使得变流器的成本增加；铝型材散热器的接线采用铜条或电缆，增大了杂散感，使得绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor；以下简称：IGBT)的开通关断的波形质量下降，从而导致变流器输出电能的质量不佳，容易导致IGBT的损坏；铝型材散热器将逆变器的三相做成一个功率模块，使得通用性减小，功率模块的体积重量均增大，使更换等维修操作困难。对于水冷散热器来说，由于其需要加入水管、水泵等循环系统，使得变流器的体积变大，同时也增加了成本，一旦循环系统密封不好则会出现水泄漏，容易引起电气短路、散热失效等故障发生；同时，水冷散热器的接线也采用铜条或电缆，则带来了与铝型材散热器类似的问题。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种相功率模块装置和变流器，用以解决现有技术中采用风机强迫风冷散热等的缺陷，在功率较大的情况下，解决散热问题，提高散热能力，增强变流器的可靠性。
本实用新型实施例提供一种相功率模块装置，包括至少一个相功率模块，所述相功率模块包括电气部分和散热结构，所述散热结构包括热管散热器，所述电气部分安装在所述相功率模块内部，所述散热结构裸露在所述相功率模块外部，使得所述相功率模块装置的散热方式为热管散热器结合走行风冷；
所述电气部分包括安装在所述热管散热器的基板平面上的温度继电器和绝缘栅双极型晶体管、安装在所述热管散热器和所述绝缘栅双极型晶体管上的驱动电路板，以及突波吸收电容。
进一步地，所述散热结构还包括散热器安装板和散热器护架，所述热管散热器的散热基板与所述散热器安装板和所述散热器护架固定把接在一起，所述热管散热器的散热翅的支撑板与所述散热器护架固定把接在一起。
进一步地，所述电气部分还包括复合母排，所述复合母排为所述电气部分中的各器件提供接线连接，所述复合母排垂直于所述热管散热器的散热基板面安装在绝缘栅双极型晶体管上，所述复合母排包括复合母排正极、复合母排负极、复合母排N极、位于所述复合母排负极和所述复合母排N极之间的第一绝缘板，以及位于所述复合母排正极和所述复合母排N极之间的第二绝缘板。
更进一步地，本实施例提供的相功率模块装置还包括：安设在所述热管散热器外部的散热罩。
具体地，所述至少一个相功率模块具体被分为一组时，所述相功率模块装置具体为直流制动单元；
所述至少一个相功率模块具体被分为两组时，所述相功率模块装置具体为单相逆变器主电路功率单元或者单相整流器主电路功率单元；
所述至少一个相功率模块具体被分为三组时，所述相功率模块装置具体为三相逆变器主电路功率单元或者三相整流器主电路功率单元；
所述至少一个相功率模块具体被分为四组时，所述相功率模块装置具体为由三相逆变器主电路功率单元和直流制动单元集成的牵引制动单元；
其中，每组相功率模块由一个相功率模块组成，或者由两个或两个以上并联的相功率模块组成。
本实施例还提供了一种变流器，包括上述相功率模块装置。
本实用新型实施例的相功率模块装置和变流器，通过采用热管散热器进行散热，解决了铝型材散热器散热效率不高的缺点，在800kW功率等级时仍然具备较高的散热能力，而无需对散热器体积进行增大，而且当地铁车辆在行走时由于相对运动而产生的风吹过相功率模块中散热结构的散热翅，形成了走行风冷的热管散热器的散热方式，这种散热方式等同于热管散热器外加风机强迫风冷散热，可以得到最佳的散热效果，同时还避免了风机强迫风冷散热带来的问题，而且无需设置密闭风道，提高了变流器的可靠性，提高了散热效率，也节省了由于设置风机和风道所带来的不必要的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型相功率模块装置实施例的一立体图；
图2为本实用新型相功率模块装置实施例的另一立体图；
图3为本实用新型相功率模块装置实施例的正视图；
图4为本实用新型相功率模块装置实施例的俯视图；
图5为本实用新型相功率模块装置实施例的侧视图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1为本实用新型相功率模块装置实施例的一立体图，如图1所示，本实施例提供了一种相功率模块装置，该相功率模块装置可以包括至少一个相功率模块，本实施例中以包括一个相功率模块为例进行说明。其中，相功率模块包括电气部分和对电气部分进行散热的散热结构，散热结构包括热管散热器1，即采用热管散热器进行散热，电气部分包括安装在热管散热器1的基板平面上的温度继电器2和两个IGBT 3、安装在热管散热器1和IGBT 3上的驱动电路板4，以及突波吸收电容5。其中，散热结构还可以包括散热器安装板6和散热器护架7，热管散热器1的散热基板与散热器安装板6和散热器护架7通过四个M10的螺栓在热管散热器1的散热基板基础面处固定把接在一起，热管散热器1的散热翅的支撑板与散热器护架7通过两个M6的螺栓固定把接在一起。其中，散热器安装板6为采用钢板折弯造型后焊接在一起的组件，该组件上焊接有两个环形钢板，该环形钢板用来安装密封胶条13，该密封胶条13设置在两个环形钢板之间，用于实现相功率模块与变流器柜体安装后的密封效果，在实现密封的同时实现了相功率模块电气部分与散热部分的隔离。散热器护架7也是采用钢板折弯造型后焊接在一起的组件，整体呈长方体框架型。本实施例中相功率模块装置的电气部分可以包括两个驱动电路板4，一个驱动电路板4安装在热管散热器1的散热基板和IGBT 3上，另一个驱动电路板4也安装在热管散热器1的散热基板和另一个IGBT 3上，可以实现驱动电路板4对IGBT 3的驱动控制。本实施例通过采用热管散热器进行散热，解决了铝型材散热器散热效率不高的缺点，在800kW功率等级时仍然具备较高的散热能力，而无需对散热器体积进行增大。具体地，本实施例将电气部分安装在相功率模块内部，而散热结构裸露在相功率模块外部，即只将相功率模块装置中的电气部分进行封装，这样实现了电气部分与散热结构的隔离，同时，将散热结构裸露在外部空气中，使得所述相功率模块装置的散热方式为热管散热器结合走行风冷，当地铁车辆在行走时由于相对运动而产生的风吹过相功率模块中散热结构的散热翅，形成了走行风冷的热管散热器的散热方式，这种散热方式等同于热管散热器外加风机强迫风冷散热，可以得到最佳的散热效果，同时还避免了风机强迫风冷散热带来的问题，而且无需设置密闭风道，提高了变流器的可靠性，提高了散热效率，也节省了由于设置风机和风道所带来的不必要的成本。
进一步地，本实施例中的相功率模块装置的电气部分还可以包括复合母排，该复合母排为电气部分中的各器件提供接线连接，可以克服现有技术中采用铜条或电缆接线而导致的种种缺陷，提高了电气性能。其中，复合母排垂直于热管散热器1的散热基板面安装在IGBT 3上，该复合母排可以具体包括复合母排正极81、复合母排负极82、复合母排N极83、位于复合母排负极82和复合母排N极83之间的第一绝缘板84，以及位于复合母排正极81和复合母排N极83之间的第二绝缘板85。上述复合母排正极81、复合母排负极82、复合母排N极83、第一绝缘板84以及第二绝缘板85做成一个整体构成复合母排，这样使得安装拆卸更加方便，上述复合母排的各组件均垂直于热管散热器1的散热基板面进行立式安装，且从左到右的顺序可以依次为复合母排负极82、第一绝缘板84、复合母排N极83、第二绝缘板85、复合母排正极81。其中，复合母排正极81、复合母排负极82和复合母排N极83均采用铜排并根据接线与结构特点剪裁折弯而成，并经过电镀处理。第一绝缘板84和第二绝缘板85则采用环氧树脂板剪裁加工而成，其具有绝缘性。本实施例中相功率模块装置中电气部分可以包括三个突波吸收电容5，将三个突波吸收电容5安设在复合母排正极81和复合母排负极82之间，并在突波吸收电容5的两侧各安装一个支撑绝缘板9来对突波吸收电容5进行固定。本实施例中相功率模块装置中电气部分还可以包括单点支撑架10和双点支撑架11，其中，单点支撑架10固定安装在热管散热器1的散热基板和一个支撑绝缘板9上，将双点支撑架11固定安装在热管散热器1的散热基板和另一个支撑绝缘板9上，其中，单点支撑架10和双点支撑架11对复合母排正极81、复合母排负极82、复合母排N极83、第一绝缘板84以及第二绝缘板85起支撑作用，而且由于支撑绝缘板9为绝缘的，可以确保单点支撑架10和双点支撑架11不连接在电气回路中。其中，单点支撑架10和双点支撑架11均采用钢板裁剪折弯而成。本实施例通过在相功率模块中设置复合母排，解决了现有技术中电气性能不佳的问题，降低了杂散电感，有效抑制了IGBT关断过电压，使得相功率模块装置运行可靠，同时结构布局也相对比较紧凑。
更进一步地，如图2所示为本实用新型相功率模块装置实施例的另一立体图，图3～图5所示分别为本实用新型相功率模块装置实施例的正视图、俯视图和侧视图，同时结合图1，本实施例提供的相功率模块装置还可以包括散热罩12，该散热罩12安设在热管散热器1外部，该散热罩12可以采用钢板打孔、弯折、焊接制造而成，通过该散热罩可以防止较大体积的异物进入热管散热器中，避免热管散热器遭受外界物体等的损伤，保证相功率模块装置的可靠性，同时又不影响相功率模块装置的走行风冷散热。
具体地，本实施例提供的相功率模块装置可以包括至少一个相功率模块，可以根据不同的变流器的需要安装若干个相功率模块。具体可以对至少一个相功率模块进行分组，当至少一个相功率模块具体被分为一组时，相功率模块装置可以具体为直流制动单元。即可以将一个相功率模块装置用作一个1MW的直流制动单元，也可以将多个相功率模块分成一组，每组可以包括两个或两个以上并联的相功率模块，将一组相功率模块用作为一个1MW以上功率的直流制动单元。当至少一个相功率模块具体被分为两组时，相功率模块装置可以具体为单相逆变器主电路功率单元或者单相整流器主电路功率单元。即可以将两个相功率模块组装在一起用作一个500kW的单相逆变器主电路功率单元或者用作一个500kW的单相整流器主电路功率单元；也可以将多个相功率模块分成两组，每组可以包括两个或两个以上并联的相功率模块，将两组相功率模块组装在一起用作一个500kW以上功率的单相逆变器主电路功率单元或者用作一个500kW以上功率的单相整流器主电路功率单元。当至少一个相功率模块具体被分为三组时，相功率模块装置可以具体为三相逆变器主电路功率单元或者三相整流器主电路功率单元。即可以将三个相功率模块组装在一起用作一个800kW的三相逆变器主电路功率单元或者用作一个800kW的三相整流器主电路功率单元；也可以将多个相功率模块分成三组，每组可以包括两个或两个以上并联的相功率模块，将三组相功率模块组装在一起用作一个800kW以上功率的三相逆变器主电路功率单元或者用作一个800kW以上功率的三相整流器主电路功率单元。当至少一个相功率模块体被分为四组时，相功率模块装置可以具体为由三相逆变器主电路功率单元和直流制动单元集成的牵引制动单元。即可以将四个相功率模块组装在一起用作一个由一个800kW的三相逆变器主电路功率单元和一个1MW的直流制动单元集成在一起的牵引制动单元；也可以将多个相功率模块分成四组，每组可以包括两个或两个以上并联的相功率模块，将四组相功率模块组装在一起用作一个由一个800kW以上功率的三相逆变器主电路功率单元和一个1MW以上功率的直流制动单元集成在一起的牵引制动单元。由此可见，本实施解决了现有技术中将逆变器的三相做成一个功率模块整体的技术缺陷，使得安装、拆卸、维护检修等操作方便，多个相功率模块组配灵活，可以根据不同的组合来实现不同的变流器主电路。
本实施例还提供了一种变流器，可以包括上述实施例所述的相功率模块装置，具体结构此处不再赘述，本实施例通过在变流器中设置上述相功率模块装置，整体布局结构紧凑，在同功率情况下减小了主电路功率单元的外形尺寸，从而减小了变流器的外形尺寸，实现了减重的效果。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种相功率模块装置，其特征在于，包括至少一个相功率模块，所述相功率模块包括电气部分和散热结构，所述散热结构包括热管散热器，所述电气部分安装在所述相功率模块内部，所述散热结构裸露在所述相功率模块外部，使得所述相功率模块装置的散热方式为热管散热器结合走行风冷；
所述电气部分包括安装在所述热管散热器的基板平面上的温度继电器和绝缘栅双极型晶体管、安装在所述热管散热器和所述绝缘栅双极型晶体管上的驱动电路板，以及突波吸收电容。
2.根据权利要求1所述的相功率模块装置，其特征在于，所述散热结构还包括散热器安装板和散热器护架，所述热管散热器的散热基板与所述散热器安装板和所述散热器护架固定把接在一起，所述热管散热器的散热翅的支撑板与所述散热器护架固定把接在一起。
3.根据权利要求2所述的相功率模块装置，其特征在于，所述电气部分还包括复合母排，所述复合母排为所述电气部分中的各器件提供接线连接，所述复合母排垂直于所述热管散热器的散热基板面安装在绝缘栅双极型晶体管的上，所述复合母排包括复合母排正极、复合母排负极、复合母排N极、位于所述复合母排负极和所述复合母排N极之间的第一绝缘板，以及位于所述复合母排正极和所述复合母排N极之间的第二绝缘板。
4.根据权利要求1所述的相功率模块装置，其特征在于，还包括：安设在所述热管散热器外部的散热罩。
5.根据权利要求1所述的相功率模块装置，其特征在于，所述至少一个相功率模块具体被分为一组时，所述相功率模块装置具体为直流制动单元；
所述至少一个相功率模块具体被分为两组时，所述相功率模块装置具体为单相逆变器主电路功率单元或者单相整流器主电路功率单元；
所述至少一个相功率模块具体被分为三组时，所述相功率模块装置具体为三相逆变器主电路功率单元或者三相整流器主电路功率单元；
所述至少一个相功率模块具体被分为四组时，所述相功率模块装置具体为由三相逆变器主电路功率单元和直流制动单元集成的牵引制动单元；
其中，每组相功率模块由一个相功率模块组成，或者由两个或两个以上并联的相功率模块组成。
6.一种变流器，其特征在于，包括上述权利要求1-5任一项所述的相功率模块装置。
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