CN203423630U - 一种变流器dc/ac功率模块 - Google Patents
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Abstract
一种变流器DC/AC功率模块，包括壳体（1）、功率单元（2）、驱动单元（3）、检测单元（4）、散热单元（5）、母排（6）、穿墙端子（7）；所述功率单元（2）、驱动单元（3）、检测单元（4）、散热单元（5）、母排（6）设置在所述壳体（1）内；壳体（1）内的元件从上到下分三层，第一层安装滤波电容（19）、母排（6），第二层安装驱动单元（3）、IGBT模块（17）、吸收电容（18）、散热器（23），第三层安装测温板、穿墙端子（7）、风机（22）。该模块具有性能可靠、安装简便、灵活、可拆卸、可维护、对外接口少，外型美观、通用性更强等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子变流器，特别涉及采用IGBT模块整流的单级式、双极式储能变流器的功率模块.
背景技术
大功率变流器分为单级式、双极式，一般采用DC/DC、DC/AC两级变换，每一级的核心为变流器功率单元。随着客户对电力电子产品个性化需求越来越多，产品也呈现多样化、定制化趋势，造成研发、维护成本高，产品一致性、可靠性、维修性差。目前普遍使用的情形是：模块化程度不高，功率系列化困难，为满足不同功率等级的要求，必须对元件进行串、并联使用，往往导致在结构上需作很大程度的改动，导致安装维修不便，许多储能装置由于结构设计没有模块化，有时为了维修一个部件或元件需拆卸很多其它部件来实现，不仅工作量大，而且还给系统的可靠性及整体寿命带来严重的影响。而实现电力电子产品模块化、标准化，可以大大提高产品的研发效率，降低成本，提高产品工艺性，更好更快满足用户差别化需求。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种立式安装，集成了各种单元模块、通用性强、对外接口少的DC/AC功率模块，以满足产品模块化、通用化、集成化等需求，具有可维护性高、功率扩展方便等优点。
为解决上述技术问题，本实用新型提出如下技术方案：
1、一种模块化DC/AC功率模块，包括壳体1、功率单元2、驱动单元3、检测单元4、散热单元5、母排6、穿墙端子7；
所述功率单元2、驱动单元3、检测单元4、散热单元5、母排6设置在所述壳体1内；
所述功率单元2包括IGBT模块17、吸收电容18、滤波电容19；所述驱动单元3输入端通过光纤接收来自外部控制单元的驱动信号，其输出端和IGBT模块17的驱动端相连；所述检测单元4为测温板；所述散热单元5包括风机22、散热器23；所述母排6和IGBT模块17连接，所述穿墙端子7固定在壳体1的前板8外侧下部；其特征在于：
壳体1内的元件从上到下分三层，第一层安装滤波电容19、母排6，第二层安装驱动单元3、IGBT模块17、吸收电容18、散热器23，第三层安装测温板、穿墙端子7、风机22。
2、根据权利要求1所述的模块化DC/AC功率模块，其特征在于：
所述壳体1包括前板8、后板9、侧板10、顶板11，它们围成一个封闭空间，壳体1还包括风机支座12、风道挡板13、安装板14、支撑板15、梁16；其中风机支座12竖直设置在壳体1的底部，风道挡板设置在风机支座12的上方，安装板14竖直设置在壳体内的中部，梁16水平设置在壳体内的上部，支撑板15竖直设置在壳体内的上部；壳体1的顶板11、风机支座12开有散热通风窗，前板8、后板9开有固定孔；
所述风机22固定在风机支座12上，所述散热器23固定在壳体1的前板8和后板9之间；所述IGBT模块17固定在散热器23上，所述吸收电容(18)固定在IGBT模块17上；所述滤波电容19固定在梁16上；
所述驱动单元3固定在安装板14的铆接内螺柱上；
所述检测单元4固定在风道挡板13的铆接内螺柱上。
3、根据权利要求1所述的模块化DC/AC功率模块，其特征在于：
所述母排6包括交流侧母排AC28、直流侧母排DC+24、直流侧母排DC-25、转接排27，在直流侧母排DC+24、直流侧母排DC-25中间放置SMC绝缘板26，压接牢固后，固定在滤波电容19以及环氧绝缘柱(31)上，交流侧母排AC28固定在转接排27上，转接排27固定在IGBT模块17上，直流侧母排DC+24、直流侧母排DC-25通过壳体1上固定的直流绝缘板29伸出到壳体外侧；交流侧母排AC28通过壳体1上固定的交流绝缘板30伸出到壳体外侧；
所述转接排27，一端连接交流侧母排AC28、另一端连接IGBT模块17。
本实用新型DC/AC功率模块通过采用整体安装式结构集成了各种单元模块。DC/AC功率模块通用性强、对外接口少，外型美观，模块化程度高、可维护性高以及功率扩展方便，通过不同的组合配置方式可以生成多样化的产品，来满足不同用户的需求。
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，下面将对实施例案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实用新型的一些实现例，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是本实用新型DC/AC功率模块一种实施例的轴测图；
图2是本实用新型DC/AC功率模块一种实施例的正视图；
图3是本实用新型DC/AC功率模块一种实施例的后视图；
图4是本实用新型DC/AC功率模块一种实施例的剖视图；
图5是本实用新型DC/AC功率模块一种实施例的左视图；
图6是本实用新型DC/AC功率模块一种实施例的主电路图。
其中：1-壳体，2-功率单元，3-驱动单元，4-检测单元，5-散热单元，6-母排，7-穿墙端子，8-前板，9-后板，10-侧板，11-顶板，12-风机支座，13-风道挡板，14-安装板，15-支撑板，16-梁，17-IGBT模块，18-吸收电容，19-滤波电容，20-IGBT门级适配板，21-IGBT驱动板，22-风机，23-散热器，24-直流侧母排DC+，25-直流母铜排DC-，26-SMC绝缘板，27-转接排，28-交流侧母排AC，29-直流绝缘板，30-交流绝缘板，31-环氧绝缘柱。
具体实施方式
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，所描述的实现例案仅仅是本实用新型的实施例案，而不是对本申请的限制。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，都属于本实用新型所保护的范围。
图1是本实用新型DC/AC功率模块一种实施例的轴测图，由图1可见，DC/AC功率模块包括壳体1、功率单元2、驱动单元3、检测单元4、散热单元5、母排6、穿墙端子7。壳体1用于容纳、安装功率单元2、驱动单元3、检测单元4、散热单元5、母排6、穿墙端子7；壳体1包括前板8、后板9、侧板10、顶板11，它们将壳体1围成一个封闭空间，壳体1包括还风机支座12、风道挡板13、安装板14、支撑板15、梁16。其中风机支座12竖直设置在壳体1的底部，风道挡板设置在风机支座12的上方，安装板14竖直设置在壳体内的中部，梁16水平设置在壳体内的上部，支撑板15垂直设置在壳体内的上部。壳体1的顶板11、风机支座12开有散热通风窗，前板8、后板9开有固定孔。
功率单元2包括IGBT模块17、吸收电容18、滤波电容19；
驱动单元3包括IGBT驱动板21、IGBT门级适配板20，其输入端为通过光纤接收来自外部控制单元的驱动信号，其输出端为IGBT门级适配板，作用是驱动信号在驱动单元3内经过光电转换、隔离放大等处理后驱动IGBT模块17，同时根据检测IGBT模块17的电压、电流值，判定系统的工作状态，模块故障信号的引出，对系统进行闭环反馈控制，实现脉宽调制功能；另外驱动单元3还有为驱动电路提供电源的电路；
检测单元4为测温板，其作用为检测散热器的温度，当温度超过设定的温度动作值时向控制器开入超温报警信号，同时控制器统一管理，安排限负荷、切换或停机；
散热单元5包括风机22、散热器23，其作用为散出IGBT模块17工作时所损耗的热量，通过严格的散热计算和仿真，得到适合的散热面积及风量、风压，来满足DC/AC功率模块的散热需求；
图2是本实用新型DC/AC功率模块一种实施例的正视图，如图2所示，壳体1的前板8上安装穿墙端子7、前板8上还安装有IGBT驱动板外部光纤接口（21）、测温板外部光纤接口（4），安装前板8通过安装螺钉固定在壳体1上；
图3是本实用新型DC/AC功率模块一种实施例的后视图，如图3所示，可见DC/AC功率模块后板9，后板9上安装有直流绝缘板29、直流绝缘板29上有直流侧母排直流侧母排DC+24和直流侧母排DC-25的开口、交流绝缘板30，交流绝缘板30上有交流侧母排28的开口.安装后板通过安装螺钉32固定在壳体1上；
图4是本实用新型DC/AC功率模块一种实施例的剖视图，如图所示，壳体1内的元件从上到下分三层结构，第一层安装滤波电容19、母排6，第二层安装散热器23、IGBT模块16、IGBT门级适配板20、IGBT驱动板21，第三层安装测温板、穿墙端子7、风机22。
所述功率单元2的IGBT模块17固定在散热器23上，吸收电容18固定在IGBT模块17上；滤波电容19固定在梁16上；
驱动单元3固定在安装板14的铆接内螺柱上；
检测单元4固定在风道挡板13的铆接内螺柱上；
散热单元5包括风机22和散热器23，所述风机22固定在风机支座12上，散热器23固定在壳体1的前板8和后板9之间；
所述母排7包括交流侧母排AC28、和直流侧母排DC+24、直流侧母排DC-25、转接排27，在直流侧母排DC+24、直流侧母排DC-25中间放置SMC绝缘板26，压接牢固后，固定在电容元件19以及环氧绝缘柱31上，交流侧母排AC28固定在转接排27上，转接排27固定在IGBT模块17上，直流侧母排DC+24、直流侧母排DC-25、通过壳体1上固定的绝缘板29伸出到壳体外侧；交流侧母排AC28通过壳体1上固定的绝缘板30伸出到壳体外侧；
所述转接铜排27，一端连接铜排28、另一端连接IGBT模块17；
所述穿墙端子7固定在壳体1的前板8外侧下部，用以转接模块的风机电源信号等。
所述IGBT模块17为2件，IGBT门级适配板20为2件，IGBT门级适配板20焊接在IGBT模块17上，其控制端通过导线41连接到IGBT驱动板21上，再通过光纤传递至外部控制器；
所述的测温板4为1件，通过导线把2个IGBT上的测温电阻值连接至测温板上，再通过光纤传递至外部控制器；
所述风机的L端、N端分别通过2个导线与穿墙端子的端口1、端口2相连；
所述壳体1为覆铝锌板材料；散热器29为插片式铝散热器。
如图5所示，可见DC/AC功率模块左视图，左视图可以看出DC/AC功率模块的安装和配线。
首先，将壳体1的前板8、顶板11、侧板10固定，把直流侧母排DC+24、直流侧母排DC-25、SMC绝缘板26压接牢固后，固定在滤波电容19、环氧绝缘柱31和支撑板15上，一起装入壳体中，通过紧固固定安装到壳体内的安装梁16上；
其次，把IGBT模块17、IGBT驱动板21分别安装到散热器23上，IGBT模块17安装到散热器23上时，涂导热硅脂，导热硅脂要尽量薄、均匀，安装转接铜排27到IGBT模块17上，将此组件通过紧固固定钉安装至壳体上；
然后，把风机22安装在风机支座12上，连同风机把风机支座12通过风机支座固定钉安装在前板8、后板9上，再安装风道挡板13和交流侧铜排AC28；
再次，将固定安装板14通过紧固固定钉37固定到安装吸收电容在IGBT模块上，安装IGBT驱动板21、测温板4、穿墙端子7；
最后，所图所示连接1.0mm2黑色导线和5芯导线；
如图所示6为DC/AC功率模块主电路图。
驱动单元3连接15V直流电源为其供电，IGBT模块的交流输出端向外输出交流电，而其直流输入端和直流输入连接，所述的测温板4为1件，通过连接24V直流电源为其供电，导线把2个IGBT上的测温电阻值连接至测温板上，再通过光纤传递至外部控制器。风机的L端、N端分别通过2个导线与穿墙端子的端口1、端口2相连。
为了能够方便、轻松地安装和拆卸，本实用新型具体实施方式所描述的DC/AC功率模块采用了立式的安装方式，模块的上下有安装孔，安装时将模块推进柜体内横梁上，固定好上下共8个M8螺栓，再连接好后侧铜排及前侧穿墙端子插头和光纤端子插头，即可完成安装。拆卸时则过程相反，先将铜排螺栓放松，穿墙端子插头和光纤端子插头拔出，再将安装螺栓拧松即可将DC/AC功率模块拆下。
为了便于功率扩展，本发明具体实施方式将交直流母排布置在结构的后侧，并且散热器和风机直接装于其模块内，通过模块内的通风，将热量带走；为了调试和维修的方便，前部还有二次线接口，不但可以输入控制量、电源，还可以检测信号，而无需拆卸任何部件。为本实用新型具体实施方式所有的监测信号都会独立的引出，到达外置控制设备，便于工作人员观察故障或状态指示是否正常，而不用拆卸此装置内的任何部件，且前、后强弱电实现分离，互不影响。总体说来，整个模块的布置减少了安装、检测与维修的工作量，并优化了模块的电气性能。
该DC/AC功率模块额定输入电压满足100V～750V，额定输出电流400A及以下，频率5KHz及以下，适应环境温度-10℃～+40℃，该DC/AC功率整流模块的外壳防护等级为IP20，安装地点振动频率严酷度等级为10～150Hz，振动加速度不大于5m/s2，DC/AC功率模块整体满足主回路绝缘耐压为2000Vrms/1min，因此DC/AC功率模块通用性更强、对外接口更少，模块化程度高、可维护性高以及功率扩展方便等，通过不同的组合配置方式可以生成多样化的产品，来满足不同项目的需求。
以上所述仅是本实用新型的优选实现方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本原理的前提下，还可以作出若干改进和润色，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种变流器DC/AC功率模块，包括壳体（1）、功率单元（2）、驱动单元（3）、检测单元（4）、散热单元（5）、母排（6）、穿墙端子（7）；
所述功率单元（2）、驱动单元（3）、检测单元（4）、散热单元（5）、母排（6）设置在所述壳体（1）内；
所述功率单元（2）包括IGBT模块（17）、吸收电容（18）、滤波电容（19）；所述驱动单元（3）输入端通过光纤接收来自外部控制单元的驱动信号，其输出端和IGBT模块（17）的驱动端相连；所述检测单元（4）为测温板；所述散热单元（5）包括风机(22)、散热器(23)；所述母排（6）和IGBT模块（17）连接，所述穿墙端子（7）固定在壳体（1）的前板8外侧下部；其特征在于：
壳体（1）内的元件从上到下分三层，第一层安装滤波电容（19）、母排（6），第二层安装驱动单元（3）、IGBT模块（17）、吸收电容（18）、散热器（23），第三层安装测温板、穿墙端子（7）、风机（22）。
2.根据权利要求1所述的变流器DC/AC功率模块，其特征在于：
所述壳体（1）包括前板（8）、后板（9）、侧板（10）、顶板（11），它们围成一个封闭空间，壳体（1）还包括风机支座（12）、风道挡板（13）、安装板（14）、支撑板（15）、梁（16）；其中风机支座（12）竖直设置在壳体（1）的底部，风道挡板设置在风机支座（12）的上方，安装板（14）竖直设置在壳体内的中部，梁（16）水平设置在壳体内的上部，支撑板（15）竖直设置在壳体内的上部；壳体（1）的顶板（11）、风机支座（12）开有散热通风窗，前板（8）、后板（9）开有固定孔；
所述风机(22)固定在风机支座(12)上，所述散热器(23)固定在壳体(1)的前板(8)和后板(9)之间；所述IGBT模块(17)固定在散热器(23)上，所述吸收电容(18)固定在IGBT模块(17)上；所述滤波电容(19)固定在梁(16)上；
所述驱动单元（3）固定在安装板（14）的铆接内螺柱上；
所述检测单元（4）固定在风道挡板（13）的铆接内螺柱上。
3.根据权利要求1所述的变流器DC/AC功率模块，其特征在于：
所述母排（6）包括交流侧母排AC(28)、直流侧母排DC+(24)、直流侧母排DC-(25)、转接排(27)，在直流侧母排DC+(24)、直流侧母排DC-(25)中间放置SMC绝缘板(26)，压接牢固后，固定在滤波电容(19)以及环氧绝缘柱(31)上，交流侧母排AC(28)固定在转接排(27)上，转接排(27)固定在IGBT模块(17)上，直流侧母排DC+(24)、直流侧母排DC-(25)通过壳体1上固定的直流绝缘板(29)伸出到壳体外侧；交流侧母排AC(28)通过壳体（1）上固定的交流绝缘板(30)伸出到壳体外侧；
所述转接排（27），一端连接交流侧母排AC(28)、另一端连接IGBT模块（17）。
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2013
- 2013-08-07 CN CN201320478784.XU patent/CN203423630U/zh not_active Expired - Lifetime
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