CN204761305U

CN204761305U - 电力变换装置

Info

Publication number: CN204761305U
Application number: CN201520453371.5U
Authority: CN
Inventors: 新井孝夫; 大坪啓一; 宫内拓; 合田智哉
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2025-06-29

Abstract

本实用新型的目的在于提供一种既能确保其他散热要素的散热又能确保电抗器的散热的电力变换装置。所述电力变换装置的特征在于，具有使前面侧开口的有底状的容器，在该容器的底壁朝向该容器的外侧而分别设置：有助于构成升压电路的电抗器的散热的第1散热部；有助于构成逆变器电路的半导体元件的散热的第2散热部；以及有助于构成获得交流电力时的滤波器的电抗器的散热的第3散热部，在底壁的外侧的大致中央具有遍及上下的风路来构成第2散热部，并且在底壁的外侧的第2散热部的左右的上侧构成第1散热部以及第3散热部。

Description

电力变换装置

技术领域

本实用新型涉及将从太阳能电池输出的直流电力变换为交流电力的电力变换装置。

背景技术

在现有的电力变换装置中，将多个半导体元件(功率模块)连接为单相或多相的桥状来构成逆变器电路，并基于PWM控制而使这些半导体元件周期性地进行接通/断开(ON/OFF)动作来生成交流电力。此时，半导体元件(功率模块)、流动大电流的电抗器(例如，升压电路的直流电抗器、滤波器电路的交流电抗器)会发热，因此对于电力变换装置而言需要散热构造。

作为这样的散热构造而有如下的构造：“可设置在安装用壁面，具备容纳有用于在给定的发电装置与商用电力系统之间进行电力变换的电力变换部的容器，所述容器具有夹着垂直中心线而相互左右隔离开配置的第1散热器和第2散热器，所述第1散热器对应于发热量相对大的第1电气部件，而所述第2散热器对应于发热量相对小的第2电气部件”(专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-243826号公报

实用新型要解决的课题

然而，在如专利文献1所记载的那样利用了左右隔离开的第1散热器以及第2散热器的构造中，按照发热量相对地从大到小的顺序依次进行两个电气部件的配置，在发热量大的电气部件增加的情况下无法充分地应对。此外，为了确保第1散热器和第2散热器的隔离，在其间无法配置发热的电气部件，发热量相对大的电气部件的使用数受到限制。

因此，专利文献1所记载的构造适于输出比较小的电力变换装置、或者不包含多个发热量大的电气部件的电力变换装置，在使用了多个例如具有几KW以上的输出的电力变换装置的升压电路、逆变器电路、应对高频分量的滤波器等发热性的电气部件的情况下，在现有的分离构造下是难以应对的。

实用新型内容

本实用新型是鉴于这种课题而完成的，其目的在于当在单一的容器内容纳多个发热性的电气部件时能够抑制电气部件彼此的热干扰的电力变换装置。

用于解决课题的手段

本实用新型的电力变换装置具有使前面侧开口的有底状的容器，在该容器的底壁朝向该容器的外侧而分别设置：有助于构成升压电路的电抗器的散热的第1散热部；有助于构成逆变器电路的半导体元件的散热的第2散热部；以及有助于构成获得交流电力时的滤波器的电抗器的散热的第3散热部，在底壁的外侧的大致中央具有遍及上下的风路来构成第2散热部，并且在底壁的外侧的第2散热部的左右的上侧构成第1散热部以及第3散热部。

实用新型的效果

本实用新型的电力变换装置能够在利用多个发热部件时抑制热干扰并确保散热性能。

附图说明

图1是表示实施例1的电力变换装置的电路图。

图2是表示实施例1的电力变换装置的主视图。

图3是从表示实施例1的电力变换装置的底壁外侧观察到的立体图。

图4是从表示实施例2的电力变换装置的前面侧观察到的立体图。

具体实施方式

本实施方式通过将构成逆变器电路的半导体元件的散热和电抗器的散热分开，从而电抗器的热变得不易传导至半导体元件，能够确保半导体元件的散热和电抗器的散热。

实施例1

如图1所示，电力变换装置1具备：开闭器3a～3d、升压电路4、逆变器电路5、滤波器6、并网用的继电器7、以及控制电路9。多个太阳能电池(面板或串)2a～2d所输出的直流电力经由开闭器3a～3d而被输入之后，变换为实质上与商用电力的系统8同步的频率的交流电力来输出。该交流电力能够叠加供应给系统8或者直接供应给交流负载(未图示)。

太阳能电池2a～2d所输出的直流电力分别经由开闭器3a～3d以及防止逆流的二极管(未标注符号)之后一并输入给升压电路4。开闭器3a～3d在进行维护等的情况下被进行开放操作而打开接点，切断从太阳能电池2a～2d供应的直流电力。

升压电路4至少由直流电抗器DCL、开关元件(MOSFET、IGBT这样的半导体元件)4a、二极管(半导体元件)4b、电容器4c而构成了非绝缘型的斩波器电路。升压电路4对开关元件4a以给定的频率来控制接通占空比而将输入的直流电力的电压升压为所期望的电压，并输出给逆变器电路5。该接通占空比被控制为：使太阳能电池2a～2d所输出的直流电力为最大或进行控制至最大的MPPT(MaximumPowerPointTracking，最大功率点跟踪)动作。

逆变器电路5由将多个开关元件(MOSFET、IGBT这样的半导体元件)5a～5d连接为单相的桥状的电路构成，针对这些开关元件5a～5d，通过利用了实质上与系统8同步的调制波和给定的频率的载波的PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)控制，使接通占空比变动的同时使其周期性地进行接通/断开动作，由此将直流电力变换为与调制波相同的频率的交流电力。变换后的交流电力供给至连接逆变器电路5与系统8之间的输出线L。另外，逆变器电路5的构成并不限于单相的桥状的连接，也可以利用中性点箝位方式等，或者也可以设为多相的桥电路。

滤波器6由位于输出线L的交流电抗器ACL以及电容器6a来构成L型的滤波器，从逆变器电路5的输出中使高频分量衰减。高频分量被衰减或实质上被去除后的交流电力经由并网用的继电器7而叠加输出给系统8或者输出给交流负载(未图示)。

控制电路9由微型计算机等构成，进行升压电路4、逆变器电路5的开关元件的接通/断开动作的控制。

在电抗器DCL中根据开关元件4a的接通/断开而流动电流，并根据其电流量而构成电抗器DCL的线圈(铜线)以及芯(电气铁板、电磁钢板等)将发热。例如，在从太阳能电池2a～2d供应的直流电力为5.5Kw程度的情况下，进行散热对策，利用了将发热温度抑制为约110度程度的散热部。在电抗器ACL中，来自逆变器电路5的输出连续地流动，同样会发热，同样利用了将发热温度抑制为约110度程度的散热部。来自这些电抗器DCL、电抗器ACL的发热根据电力变换装置的变换容量(输入容量、输出容量)而发生变化，一般而言若容量增加则发热量增加，因此散热对策与发热量相匹配地单独进行设计。此外，如果不实施特殊的构件、构造，则这些电抗器DCL、电抗器ACL的耐热温度通常为约150度程度。

逆变器电路5由开关元件(MOSFET、IGBT这样的半导体元件)5a～5d构成，这些开关元件以PWM控制来进行接通/断开控制，但在接通时会流动电流而发热。另外，开关元件5a～5d与再生电流控制用的二极管一起被IPM(IntelligentPowerModule，智能功率模块)化，从而以单一的封装产品来构成，因此逆变器电路5实质上表示智能模块IPM。当再生控制用的二极管也流动再生电流时，同样会发热，开关元件5a～5d的温度实质上表示逆变器电路5的温度或者智能模块IPM的温度。

因此，从保护半导体的观点出发而构成了散热部，使得开关元件5a～5d(智能模块IPM)的温度不超过约100度。在至少将开关元件5a～5d、电抗器DCL、电抗器ACL容纳在单一的容器内时，热会从电抗器DCL、电抗器ACL的散热部向逆变器电路5的散热部传递，有可能导致逆变器电路5的温度超过设定温度，因此设定为将电抗器DCL、电抗器ACL的散热部的温度抑制为约110度程度，以使高温的热不会传递至智能模块IPM。

图2是容器(框体)10的主视图(从前面侧的开口观察到的图)，图3(a)是从底壁外侧(向房屋等或者基座等进行安装的一侧)观察容器10的立体图。图3(b)是将壳体40(后述)从容器10分离时从该底壁外侧观察到的立体图。

包含逆变器电路5的多个开关元件5a～5d等在内的智能模块IPM被直接安装于在底壁15的外侧所构成的第2散热部，除此之外的电子部件被分开装配于多个基板16来容纳于容器10。此外，直流电抗器DCL、交流电抗器ACL被配置于向容器10的外侧突出的壳体(相当于散热部)40a、40b(详细内容将在后面叙述)。

容器10具有大致长方体形状，通过金属板的拉制加工来形成上壁11、下壁12、左壁13、右壁14、底壁15，以上壁11朝上的方式安装于房屋的壁面、基座。在容器10的上壁11、下壁12、左壁13、右壁14所构成的正面侧(前面侧)的端部，按压安装有橡胶制的衬垫19的正面盖的该衬垫19来闭合，从而确保了容器10和正面盖之间的密闭性。此外，在上壁11、下壁12、左壁13、右壁14的外周，安装有具有能够通气的狭缝状的多个孔的防护装置G。另外，图3为了易于理解而示出除去防护装置G后的图。

在容器10的内侧的底壁15的中央，经由该底壁15的孔而将智能模块IPM(由于被基板16隐藏，因此在图2中用虚线来表示)安装于第2散热部，该第2散热部具有散热用的多个散热片F1，有助于智能模块IPM(半导体元件等的散热部件)的散热(冷却)。该散热片F1(相当于第2散热部)以上壁11为上而在底壁15的外侧的大致中心上下地构成了多个风路，空气在该风路从下向上地流动，来进行智能模块IPM的散热(冷却)。这些风路内的左右两端的风路有助于以下说明的对于来自壳体40a、40b的散热(辐射热)的绝热效果和智能模块IPM的散热的双方。

在底壁15的外侧夹着散热片F1(相当于第2散热部)而在左右的上侧设置两个贯通底壁15的孔17a(未图示)、17b。设置壳体40a(第1散热部)以覆盖左壁13侧的孔17a(未图示)，设置壳体40b(第3散热部)以覆盖右壁14侧的孔17b。在壳体40a容纳有构成升压电路4的直流用的电抗器DCL，在壳体40b容纳有构成滤波器6的交流用的电抗器ACL。通过将壳体40a、40b构成在底壁15的上侧，从而抑制了来自壳体40a、40b的散热传递至散热片F1(第2散热部)的热量。

在容器10的底壁15左壁13侧的电抗器DCL的下侧配置有开闭器3a～3d，在底壁15右壁14侧的电抗器ACL的下侧配置有交流电力输出用的端子21。

接下来，叙述交流用的电抗器ACL的具体配置。另外，直流电抗器DCL与交流电抗器ACL同样地配置，因此省略说明。

交流电抗器ACL通过螺纹固定等而安装在壳体40b中。壳体40b呈具有开口的大致长方体状的形状，从该开口H收容交流电抗器ACL，向壳体40b对交流电抗器ACL进行了螺纹固定之后，在壳体40b内填充热导电性良好的树脂。此外，也可以在壳体40b的外侧设置多个散热片F2，电抗器所发出的热经由树脂、壳体40b及其散热片F2而被散热。

在该壳体40b与容器10之间配置了板状的安装构件30。安装构件30覆盖壳体40b的开口，并且与壳体40b一起通过螺纹固定的方式安装于容器10。在壳体40b和安装构件30之间夹入了厚度为1mm程度的热传导性低且具有绝热性的硅橡胶等的橡胶制的第1衬垫33。

在安装构件30设置有用于使交流电抗器ACL的布线(输出线L)穿过的圆形的孔32，孔32的周围形成有从壳体40b向容器10侧突出约5mm左右的凸部36(隔离物)。此外，在凸部36的内侧缘部形成有比凸部36高的肋37。

在将安装构件30配置于容器10时，肋37向孔17b嵌入来完成安装构件30的定位。此外，在该凸部36和容器10之间夹入配置有厚度为1mm程度的热传导性低的硅橡胶等的橡胶制的第2衬垫34。另外，凸部36(隔离物)既可以设置在容器10侧，也可以由其他构件来设置。

如此，在本实施方式中，由于凸部36以及第2衬垫34而在容器10和安装构件30(壳体40b)之间形成约5mm～6mm程度的间隙S(空气的绝热层)(参照图3)，因此在容器10和壳体40b之间可获得空气所带来的绝热效果。因此，交流电抗器ACL的热变得不易传导至其他散热要素(例如，构成逆变器电路的开关元件等)，能够确保其他散热要素的散热。此外，交流电抗器ACL的散热可由壳体40b的散热片F2来确保。

由于在壳体40b和容器10之间配置了安装构件30，在壳体40b和安装构件30之间、以及安装构件30和容器之间分别配置了第1衬垫33以及第2衬垫34，因此能够将壳体40b和容器之间密闭而提高防水性。

此外，在本实施方式中，由于在壳体40b安装有交流电抗器ACL，因此交流电抗器ACL的热因间隙S的绝热效果而变得不易传导至容器10，安装有智能模块IPM的容器10的部分变得不易受到交流电抗器ACL的发热的影响，能够确保智能模块IPM的散热。

因此，即便构成为抑制壳体40b的散热(冷却)能力而使电抗器的温度接近于耐热的150度(构成为减少电抗器ACL用的散热量)，也能抑制电抗器ACL的发热经由容器10的底壁15而直接传导至散热片F1(智能模块IPM)的情形，确保了散热片F1对于智能模块IPM的散热量，抑制了智能模块IPM因电抗器的散热所致的温度上升。

即，抑制了电抗器和智能模块IPM(半导体元件等)的散热温度所致的热干扰，从而各自的温度设定的自由度提高，能够成为在受限的空间内以智能模块IPM的冷却为主体的构成。

此外，在本实施方式中，虽然设置于壳体40b的凸部36与容器10相接，但该接触面积小，实质上不存在交流电抗器ACL的热传递至容器10的影响。另外，也可以设置绝热性的衬垫。

此外，在本实施方式中，虽然在壳体40b和容器10相对置的空间内设置空气的绝热层来进行了绝热，但既可以在该空气的绝热层配置绝热构件，也可以将安装构件30设为具有绝热性的构件。

实施例2

在实施例1中，虽然将壳体40a以及壳体40b隔着安装构件30和第1衬垫33、第2衬垫34而安装到了底壁15的外侧，但如图4所示，也可以使用安装于底壁15的内侧(容器10的内侧)这样的壳体50。在说明中为了简单而对直流电抗器DCL侧的壳体进行了说明，但交流电抗器ACL侧的壳体也能够采用相同的构成。

壳体50在开口形成有凸缘51，在壳体50的外侧不同于实施例1的壳体40a、40b而未形成散热片F2。壳体50由金属性的构件构成，在壳体内螺纹固定配置有直流电抗器DCL，在壳体50内填充有热导电性良好的树脂。由此，电抗器DCL的热经由树脂而传导至壳体50，由壳体50来散热。即，壳体50虽然不具有散热片F2，但与壳体40a以及壳体40b同样地作为散热件来发挥功能。

壳体50按照将厚度为1mm程度的热传导性低且具有绝热性的硅橡胶等的橡胶制的衬垫53夹入凸缘51与底壁15的内侧的方式而被安装。在壳体50的凸缘51以及第3衬垫形成有使螺钉穿过的孔，壳体50在该螺纹孔中穿过螺钉而被螺纹孔固定于底壁15。此外，壳体50的开口侧安装有盖52。

即便如此构成，由于壳体50和容器10之间的绝热效果，电抗器的热也变得不易传导至容器10，安装有智能模块IPM的容器10的部分变得不易受到交流电抗器ACL的发热的影响，能够确保智能模块IPM的散热。

以上，对本实用新型的一实施方式进行了说明，但以上的说明只是用于使本实用新型的理解变得容易，并非限定本实用新型。本实用新型只要不脱离其主旨便可进行变更、改良，并且在本实用新型中包含其等效物也是不言而喻的。

产业上的可利用性

本实施方式的电力变换装置1也能够作为包含太阳能电池2a～2d等直流电源的电力变换系统等来利用。

符号说明

1电力变换装置

2a～2d太阳能电池

3a～3d开闭器

4升压电路

5逆变器电路

6滤波器

7继电器

8系统

9控制电路

10容器

11上壁

12下壁

13左壁

14右壁

15底壁

16基板

17a孔

17b孔

19衬垫

21端子

30安装构件

32孔

33第1衬垫

34第2衬垫

36凸部

37肋

40a壳体

40b壳体

50壳体

51凸缘

52盖

53衬垫

IPM智能模块

F1、F2散热片

L输出线

G防护装置

H开口

S间隙

Claims

1.一种电力变换装置，将从太阳能电池输出的直流电力由升压电路升压后由逆变器电路变换为具有与系统同等的频率的交流电力来输出，其特征在于，

所述电力变换装置具有使前面侧开口的有底状的容器，

在该容器的底壁，朝向该容器的外侧而分别设置：有助于构成所述升压电路的电抗器的散热的第1散热部；有助于构成所述逆变器电路的半导体元件的散热的第2散热部；以及有助于构成获得所述交流电力时的滤波器的电抗器的散热的第3散热部，

在所述底壁的外侧的大致中央具有遍及上下的风路来构成第2散热部，并且在所述底壁的外侧的第2散热部的左右的上侧构成第1散热部以及第3散热部。

2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，

至少第1散热部或者第3散热部当中的任一者与所述容器分体地构成，并经由构成于所述容器的孔来容纳各自的电抗器。

3.根据权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，

至少第1散热部或者第3散热部当中的任一者在与所述容器之间隔着有助于绝热的构件而安装于所述容器。

4.根据权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，

至少第1散热部或者第3散热部当中的任一者与所述底壁隔着安装构件而安装于所述底壁的外侧，在所述安装构件与所述底壁之间设有空气层。

5.根据权利要求3所述的电力变换装置，其特征在于，

至少第1散热部或者第3散热部当中的任一者在壳体的开口设有凸缘，并且在所述凸缘与所述底壁之间隔着所述有助于绝热的构件地被安装。