CN204668952U - 一种低压有源电力滤波装置功率单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低压有源电力滤波装置功率单元，包括用于控制该功率单元运行的主控板，该功率单元还包括主电路单元，该主电路单元包括IGBT模块和储能电容，储能电容与所述IGBT模块连接；该功率单元还包括用于驱动IGBT模块工作的驱动单元、用于吸收IGBT模块关断时产生的浪涌电压的浪涌保护单元、用于给IGBT模块散热的散热单元，驱动单元、储能电容分别与主控板连接。本实用新型的IGBT模块散热快，散热效果好，提高了IGBT模块稳定性，延长了IGBT模块使用寿命。采用平板母线和铜排，相较导线连接减小了配线电感，结构上更加整齐、美观。同时减小了IGBT模块关断时产生的浪涌电压。浪涌电压吸收电路吸收IGBT模块关断时产生的浪涌电压，保护IGBT模块。

Description

一种低压有源电力滤波装置功率单元

技术领域

本实用新型涉及一种电力滤波装置功率单元，具体涉及一种低压有源电力滤波装置功率单元。

背景技术

随着电力电子技术以及现代化工厂迅猛发展，电力电子装置的应用日益广泛，大量电力电子设备带来方便、高效和巨大利益的同时，它的非线性、冲击性和不平衡用电特性，也对公用电网的供电造成严重污染，大量的谐波和无功电流注入公用电网，造成系统效率变低，功率因数明显降低，并对其他设备和装置产生扰动，严重威胁电网的电能质量和电力设备的安全运行。

传统的无源电力滤波器具有结构简单、成本低、技术成熟、运行费用低等优点。同时也存在滤波频带窄，只能消除特定的几次谐波，易受温度漂移、滤波电容老化等问题影响，滤波特性受电网阻抗和频率的影响较大，可能与电网阻抗发生谐振，反而使谐波放大等缺点。

为了克服传统滤波器的种种缺点，近年来各国大力发展有源电力滤波装置，因为有源电力滤波装置的核心都是采用脉冲宽度调制控制IGBT，以将储能元件中的能量转化输出为与电网谐波大小相等方向相反的补偿电流，达到补偿无功功率以及消除电网谐波的目的，所以IGBT的寿命以及可靠性是关乎电力有源滤波装置补偿效果、寿命以及可靠性的关键问题。IGBT的损坏可以分为由于超过额定工作条件导致IGBT在极短时间内损坏，比如过压和过温，以及模块构成材料特性恶化导致的寿命损坏，比如反复多次温度上升下降造成的金属疲劳和结合面的剥离、龟裂，因此IGBT结温的变化与寿命以及可靠性具有紧密的相关性，所以对于有源滤波装置来说IGBT的散热十分重要。

同时，由于IGBT较为脆弱，易受浪涌电压等影响甚至损坏，所以IGBT的保护电路也十分重要。浪涌电压是由配线电感引起的，不可能被吸收的电压，即关断时由di×L/dt产生的关断浪涌电压。而传统的IGBT与电容的连接是使用导线连接，存在配线电感较高，易产生较大浪涌电压造成IGBT损坏的问题。

现有的有源滤波装置中多将驱动电路设置在控制电路板上，再将驱动信号经过导线传递给IGBT，这样IGBT与驱动电路间距较远，导线中的控制信号容易受到外界电磁波的干扰，造成IGBT误动作甚至造成短路等故障导致IGBT损坏，同时导线也会向外辐射电磁波，对其他设备产生干扰。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种保护IGBT模块上IGBT的低压有源电力滤波装置功率单元，以克服现有技术中存在的IGBT散热效果不好、易产生较大浪涌电压造成IGBT损坏的问题。

本实用新型所采用的技术方案如下：一种低压有源电力滤波装置功率单元，包括用于控制该功率单元运行的主控板，该功率单元还包括主电路单元，该主电路单元包括IGBT模块和储能电容，所述储能电容与所述IGBT模块连接；该功率单元还包括用于驱动IGBT模块工作的驱动单元、用于吸收IGBT模块关断时产生的浪涌电压的浪涌保护单元、用于给IGBT模块散热的散热单元，所述驱动单元、储能电容分别与所述主控板连接。

优选的，所述主电路单元还包括平板母线正极、玻纤板、平板母线负极，所述平板母线正极、玻纤板、平板母线负极由上至下依次叠合，该平板母线正极、玻纤板、平板母线负极通过螺丝连接在IGBT模块上，所述平板母线正极和平板母线负极分别通过铜排与所述储能电容连接，所述平板母线正极和平板母线负极分别与IGBT模块连接。

优选的，所述储能电容有六个，每三个储能电容并联成一组，并且将该两组储能电容串联。

优选的，所述散热单元包括散热箱体、散热器和风机，所述散热器固定在散热箱体内部，所述散热箱体与所述IGBT模块接触，所述风机设置于所述散热箱体底部，且所述风机的出风口朝向所述散热器设置。

优选的，所述散热器为翅片散热器，所述翅片散热器的翅片方向为沿着竖直方向排布；所述散热箱体的一侧面上开有通风孔。

优选的，所述IGBT模块有四块，所述驱动单元包括四块IGBT驱动板，该四块IGBT驱动板和IGBT模块分别固定装设于散热箱体上，每个IGBT驱动板对应与一块IGBT模块焊接在一起。

优选的，所述浪涌保护单元包括DRC吸收电路板，该DRC吸收电路板上设置有用于吸收IGBT模块关断时产生的浪涌电压的浪涌电压吸收电路，该DRC吸收电路板与IGBT模块连接。

优选的，所述功率单元还包括检测单元；所述检测单元包括EC电路板和用于检测储能电容电流的霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器与所述EC电路板连接，所述EC电路板上装设有用于检测储能电容电压的霍尔电压传感器，该EC电路板分别与所述主控板和储能电容连接。

优选的，所述检测单元包括还包括温度传感器，该温度传感器设置于IGBT模块旁的散热箱体上，该温度传感器与所述主控板传送信号。

本实用新型与传统有源电力滤波器功率单元相比，本实用新型具有以下优点：其一，本实用新型的IGBT模块散热快，散热效果好，提高了IGBT模块稳定性，延长了IGBT模块使用寿命。其二，本实用新型采用平板母线和铜排，相较导线连接减小了配线电感。同时减小了IGBT模块关断时产生的浪涌电压。在结构上更加整齐、美观。其三，本实用新型的平板母线正极和平板母线负极中间夹有玻纤板，形成一个小电容，也会吸收浪涌电流，平板母线相较导线连接散热面积大，通过大电流时不易发热。其四，本实用新型设有浪涌电压吸收电路，用以吸收IGBT模块关断时产生的浪涌电压，保护IGBT模块。其五，IGBT驱动板与IGBT模块直接连接，导线中的控制信号不容易受到外界电磁波的干扰，也不会向外辐射电磁波，不会对其他设备产生干扰。其六，具有电压、电流检测电路，主控板通过检测信号可以实时监测储能电容的电压电流情况。其七，本使用新型的散热箱体的一侧面设有通风孔，其他方向封闭，散热器的翅片方向也朝向通风孔方向，所以散热效果好。

附图说明

图1为本实用新型的一种低压有源电力滤波装置功率单元的主视结构示意图。

图2为本实用新型的一种低压有源电力滤波装置功率单元的侧视结构示意图。

图3为图2中A-A纵剖结构示意图。

标号说明：1－主电路单元；2－IGBT模块；3－储能电容；4－驱动单元；5－浪涌保护单元；6－散热单元；7－平板母线正极；8－玻纤板；9－平板母线负极；10－铜排；11－散热箱体；12－散热器；13－风机；14－通风孔；15－IGBT驱动板；16－DRC吸收电路板；17－浪涌电压吸收电路；18－检测单元；19－EC电路板；20－霍尔电流传感器；21－霍尔电压传感器；22－温度传感器；23－螺丝；24－铜柱；25－铜柱绝缘套管。

具体实施方式

下面参照附图说明本实用新型的具体实施方式。

参考图1～3，一种低压有源电力滤波装置功率单元，包括用于控制该功率单元运行的主控板(图中未给出)，该功率单元还包括主电路单元1，该主电路单元1包括IGBT模块2和储能电容3，所述储能电容3与所述IGBT模块2连接。该功率单元还包括用于驱动IGBT模块2工作的驱动单元4、用于吸收IGBT模块2关断时产生的浪涌电压的浪涌保护单元5、用于给IGBT模块2散热的散热单元6，所述驱动单元4、储能电容3分别与所述主控板连接。本实用新型的IGBT模块散热快，散热效果好，提高了IGBT模块2稳定性，延长了IGBT模块2使用寿命。

参考图3，所述主电路单元1还包括平板母线正极7、玻纤板8、平板母线负极9。所述平板母线正极7、玻纤板8、平板母线负极9由上至下依次叠合。该平板母线正极7、玻纤板8、平板母线负极9通过螺丝23连接在IGBT模块2上，该螺丝23的外部套有铜柱24。所述铜柱24的外侧套有铜柱绝缘套管25。所述平板母线正极7和平板母线负极9分别通过铜排10与所述储能电容3连接。所述平板母线正极7和平板母线负极9分别与IGBT模块2连接。本实用新型采用平板母线和铜排10，相较导线连接减小了配线电感。同时减小了IGBT模块2关断时产生的浪涌电压。在结构上更加整齐、美观。本实用新型的平板母线正极和平板母线负极中间夹有玻纤板，形成一个小电容，也会吸收浪涌电流，平板母线相较导线连接散热面积大，通过大电流时不易发热。

参考图1，所述储能电容3有六个，每三个储能电容3并联成一组，并且将该两组储能电容3串联。

参考图2，所述散热单元6包括散热箱体11、散热器12和风机13。所述散热器12固定在散热箱体11内部，所述散热箱体11与所述IGBT模块2接触。所述风机13设置于所述散热箱体11底部，且所述风机13的出风口朝向所述散热器12设置。所述散热器12为翅片散热器12，所述翅片散热器12的翅片方向为沿着竖直方向排布。所述散热箱体11的一侧面上开有通风孔14。本使用新型的散热箱体的一侧面设有通风孔14，其他方向封闭，散热器12的翅片方向也朝向通风孔方向，所以散热效果好。

参考图1～2，所述IGBT模块2有四块，所述驱动单元4包括四块IGBT驱动板15。该四块IGBT驱动板15和IGBT模块2分别固定装设于散热箱体11上，每个IGBT驱动板15对应与一块IGBT模块2焊接在一起。IGBT驱动板15与IGBT模块2直接连接，导线中的控制信号不容易受到外界电磁波的干扰，也不会向外辐射电磁波，不会对其他设备产生干扰。

参考图2，所述浪涌保护单元5包括DRC吸收电路板16。该DRC吸收电路板16上设置有用于吸收IGBT模块2关断时产生的浪涌电压的浪涌电压吸收电路17，该DRC吸收电路板16与IGBT模块2连接。本实用新型设有浪涌电压吸收电路17，用以吸收IGBT模块2关断时产生的浪涌电压，保护IGBT模块2。

参考图1～2，所述功率单元还包括检测单元18。所述检测单元18包括EC电路板19和用于检测储能电容3电流的霍尔电流传感器20，所述霍尔电流传感器20与所述EC电路板19连接，所述EC电路板19上装设有用于检测储能电容3电压的霍尔电压传感器21。该EC电路板19分别与所述主控板和储能电容3连接。所述检测单元18包括还包括温度传感器22，该温度传感器22设置于IGBT模块2旁的散热箱体11上，该温度传感器22与所述主控板传送信号。具有电压、电流检测电路，主控板通过检测信号可以实时监测储能电容的电压电流情况。

本实用新型的具体工作过程如下：首先IGBT驱动板15根据PWM信号驱动IGBT模块2动作，储能电容3中的能量通过铜排10分别传递给平板母线正极7和平板母线负极9。其次，通过IGBT模块2的快速通断产生与电网谐波大小相等方向相反的补偿电流。当IGBT模块2上的IGBT关闭或断电时，DRC吸收电路板16吸收浪涌电压，保护IGBT模块2。IGBT模块2散发的热量通过底部金属部分传递给散热器12，散热器12在风机13的作用下快速散热。同时通过EC电路板19上的霍尔电压传感器21实时测量电容的电压，通过霍尔电流传感器20实时检测电容的电流，通过温度传感器22实时检测IGBT模块2上IGBT的温度。再通过导线将上述检测的信号传递主控板，主控板控制功率单元的运行。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种低压有源电力滤波装置功率单元，包括用于控制该功率单元运行的主控板，其特征在于：该功率单元还包括主电路单元，该主电路单元包括IGBT模块和储能电容，所述储能电容与所述IGBT模块连接；该功率单元还包括用于驱动IGBT模块工作的驱动单元、用于吸收IGBT模块关断时产生的浪涌电压的浪涌保护单元、用于给IGBT模块散热的散热单元，所述驱动单元、储能电容分别与所述主控板连接。

2.根据权利要求1所述的一种低压有源电力滤波装置功率单元，其特征在于：所述主电路单元还包括平板母线正极、玻纤板、平板母线负极，所述平板母线正极、玻纤板、平板母线负极由上至下依次叠合，该平板母线正极、玻纤板、平板母线负极通过螺丝连接在IGBT模块上，所述平板母线正极和平板母线负极分别通过铜排与所述储能电容连接，所述平板母线正极和平板母线负极分别与IGBT模块连接。

3.根据权利要求2所述的一种低压有源电力滤波装置功率单元，其特征在于：所述储能电容有六个，每三个储能电容并联成一组，并且将该两组储能电容串联。

4.根据权利要求1所述的一种低压有源电力滤波装置功率单元，其特征在于：所述散热单元包括散热箱体、散热器和风机，所述散热器固定在散热箱体内部，所述散热箱体与所述IGBT模块接触，所述风机设置于所述散热箱体底部，且所述风机的出风口朝向所述散热器设置。

5.根据权利要求4所述的一种低压有源电力滤波装置功率单元，其特征在于：所述散热器为翅片散热器，所述翅片散热器的翅片方向为沿着竖直方向排布；所述散热箱体的一侧面上开有通风孔。

6.根据权利要求4所述的一种低压有源电力滤波装置功率单元，其特征在于：所述IGBT模块有四块，所述驱动单元包括四块IGBT驱动板，该四块IGBT驱动板和IGBT模块分别固定装设于散热箱体上，每个IGBT驱动板对应与一块IGBT模块焊接在一起。

7.根据权利要求1所述的一种低压有源电力滤波装置功率单元，其特征在于：所述浪涌保护单元包括DRC吸收电路板，该DRC吸收电路板上设置有用于吸收IGBT模块关断时产生的浪涌电压的浪涌电压吸收电路，该DRC吸收电路板与IGBT模块连接。

8.根据权利要求4所述的一种低压有源电力滤波装置功率单元，其特征在 于：所述功率单元还包括检测单元；所述检测单元包括EC电路板和用于检测储能电容电流的霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器与所述EC电路板连接，所述EC电路板上装设有用于检测储能电容电压的霍尔电压传感器，该EC电路板分别与所述主控板和储能电容连接。

9.根据权利要求8所述的一种低压有源电力滤波装置功率单元，其特征在于：所述检测单元还包括温度传感器，该温度传感器设置于IGBT模块旁的散热箱体上，该温度传感器与所述主控板传送信号。