CN208797835U - 功率模块组件和变流器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种功率模块组件和变流器，功率模块组件包括功率模块、电容模块和短接叠层母排；功率模块包括功率模块叠层母排，电容模块包括电容叠层母排；功率模块与电容模块可拆卸连接，且功率模块叠层母排和电容叠层母排通过短接叠层母排电连接。本申请实施例提供的功率模块组件，由于功率模块与电容模块可拆卸连接，在后期维护时，可将功率模块与电容模块分别单独拆卸，只需将损坏件模块拆除即可，节省人力成本与维护时间。

Description

功率模块组件和变流器

技术领域

本申请涉及功率设备技术领域，具体而言，本申请涉及一种功率模块组件和变流器。

背景技术

随着风力发电技术的发展，风力发电设备向兆瓦级以上容量不断发展。直驱风力发电机组中的核心电控设备，全功率变流器容量也随之不断扩大。在全功率变流器中，功率模块承担着将电机侧低频交流电整流成直流，并承担着在电网侧将直流逆变为工频正弦波并网的作用。

在一般的设计中，将功率模块做成一个独立的组件，一方面便于组装生产和维护，另一方面，便于通过功率模块组件的并联实现容量的扩展。

本申请的发明人在对目前功率模块组件的研究中发现，目前的功率模块组件后期维护时需要较大的人力成本与较长的维护时间。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种功率模块组件和变流器，用以在后期维护时，节省人力成本与维护时间。

为了实现上述目的，本申请提供以下技术方案：

第一方面，提供了一种功率模块组件，包括功率模块、电容模块和短接叠层母排；

功率模块包括功率模块叠层母排，电容模块包括电容叠层母排；

功率模块与电容模块可拆卸连接，且功率模块叠层母排和电容叠层母排通过短接叠层母排电连接。

可选地，功率模块组件还包括叠层母排防护，叠层母排防护设置在短接叠层母排朝向功率模块组件外部的一侧。

可选地，功率模块还包括功率模块支持框架、散热器、机侧功率器件、网侧功率器件和制动功率器件；

散热器位于功率模块支持框架内，并固定在功率模块支持框架上；

机侧功率器件、网侧功率器件和制动功率器件设置在散热器和功率模块叠层母排之间，并固定在散热器上；

功率模块叠层母排与机侧功率器件、网侧功率器件和制动功率器件电连接。

可选地，功率模块还包括散热器垫板，散热器与散热器垫板贴合设置，且散热器通过散热器垫板固定在功率模块支持框架上。

可选地，功率模块还包括机侧输入排和网侧输出排；

机侧输入排与机侧功率器件交流端子连接；

网侧输出排分别与网侧功率器件和制动功率器件的交流端子连接。

可选地，功率模块还包括功率模块支撑件，功率模块支撑件位于功率模块支持框架外侧，并固定在功率模块支持框架上。

可选地，电容模块还包括电容模块框架，电容模块框架上设置有限位槽；

功率模块支撑件可拆卸的设置在限位槽内。

可选地，功率模块还包括功率模块防护板；

功率模块防护板位于功率模块支持框架开口侧，且与功率器件叠层母排的位置对应，并固定在功率模块支持框架上。

可选地，功率模块还包括逆变控制板；

逆变控制板位于功率模块支持框架内，并位于机侧输入排和/或网侧输出排的外侧，且与机侧功率器件、网侧功率器件和制动功率器件电连接。

可选地，电容模块还包括直流电容组和电容模块支撑件；

电容模块支撑件固定在电容模块框架上；

直流电容组设置在电容模块框架内，电容叠层母排位于直流电容组的导电端子处，且电容叠层母排与直流电容组的导电端子电连接。

第二方面，提供了一种变流器，包括柜体，以及第一方面提供的功率模块组件；

功率模块组件安装在柜体内，柜体内设置有导轨，导轨设置在柜体的侧壁上，电容模块包括的电容模块支撑件安装在导轨内。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供的功率模块组件包括功率模块、电容模块和短接叠层母排；由于功率模块与电容模块可拆卸连接，且功率模块包括的功率模块叠层母排和电容模块包括的电容叠层母排通过短接叠层母排电连接，因此本申请实施例在电路导通的情况下，可将功率模块与电容模块分别单独拆卸，后期维护时只需将损坏件模块拆除即可，节省人力成本与维护时间。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本申请实施例提供的一种功率模块组件的示意图；

图2是本申请实施例提供的一种功率模块组件的模块电力连接示意图；

图3是本申请实施例提供的一种功率模块组件包括的功率模块示意图；

图4是本申请实施例提供的一种功率模块组件包括的电容模块示意图；

图5是本申请实施例提供的一种功率模块组件包括的功率模块的模块电力连接示意图；

图6是本申请实施例提供的一种变流器的结构示意图；

图7是本申请实施例提供的变流器柜体内设置的导轨布局结构示意图；

图8是本申请实施例提供的变流器柜体内设置的导轨布局结构局部放大示意图。

下面说明本申请实施例各附图标记表示的含义：

1-功率模块；2-电容模块；3-叠层母排防护；4-短接叠层母排；

101-功率模块支持框架；102-功率模块防护板；103-散热器；104-散热器垫板；105-功率模块支撑件；106-逆变控制板；107-功率模块叠层母排；108-机侧输入排；109-网侧输出排；1010-机侧功率器件；1011-网侧功率器件；1012-制动功率器件；

201-电容模块框架；202-电容叠层母排；203-直流电容组；204-电容模块支撑件；2011-限位槽；5-柜体；501-上部导轨；502-下部导轨。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

首先对本申请涉及的几个名词进行介绍和解释。

IGBT：绝缘栅极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor)，一种可控进行快速开关动作的器件。

叠层母排：一种通过将直流母排压合在一起，降低直流环节杂散电感的技术。

直流支撑电容：在电力电子技术中，一般起到支撑直流母线电压，提供交流侧纹波电流，提供IGBT开关暂态能量。

散热器：一种通过热交换，带走IGBT由于高速开关动作而产生热量的器件。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

如图1至图4所示，图1是本申请具体实施例提供的一种功率模块组件的模块示意图，图2是本申请具体实施例提供的一种功率模块组件的模块电力连接示意图，图3是本申请具体实施例提供的一种功率模块组件包括的功率模块示意图，图4是本申请具体实施例提供的一种功率模块组件包括的电容模块示意图；该功率模块组件包括功率模块1、电容模块2和短接叠层母排4；功率模块1包括功率模块叠层母排107，电容模块2包括电容叠层母排202；功率模块1与电容模块2可拆卸连接，且功率模块叠层母排107和电容叠层母排202通过短接叠层母排4电连接。

本申请实施例提供的功率模块组件包括功率模块、电容模块和短接叠层母排；由于功率模块与电容模块可拆卸连接，且功率模块包括的功率模块叠层母排和电容模块包括的电容叠层母排通过短接叠层母排电连接，因此本申请实施例在电路导通的情况下，可将功率模块与电容模块分别单独拆卸，后期维护时只需将损坏件模块拆除即可，节省人力成本与维护时间。

在一种可选的实施方式中，如图1所示，本申请实施例中的功率模块组件还包括叠层母排防护3，叠层母排防护3设置在短接叠层母排4朝向功率模块组件外部的一侧；叠层母排防护3的设置能够避免运行过程中，短接叠层母排4触碰到导电铜排，进而能够避免功率模块组件的短路。具体实施时，叠层母排防护3的外表面设置有六个观察口，便于观察功率模块组件的紧固状态。

在一种可选的实施方式中，如图3和图5所示，本申请实施例中的功率模块1还包括功率模块支持框架101、散热器103、机侧功率器件1010、网侧功率器件1011和制动功率器件1012；散热器103位于功率模块支持框架101内，并固定在功率模块支持框架101上；机侧功率器件1010、网侧功率器件1011和制动功率器件1012设置在散热器103和功率模块叠层母排107之间，并固定在散热器103上；功率模块叠层母排107与机侧功率器件1010、网侧功率器件1011和制动功率器件1012电连接。

如图3和图5所示，本申请实施例机侧功率器件1010、网侧功率器件1011和制动功率器件1012设置在散热器103和功率模块叠层母排107之间，并固定在散热器103上，这样，本申请实施例实现了将机侧整流回路和网侧逆变回路集成在一块散热器上，极大的提高了功率模块组件的功率密度。

具体实施时，本申请实施例在机侧功率器件1010、网侧功率器件1011和制动功率器件1012与散热器103接触的接触面涂抹导热硅胶，以降低热阻，便于机侧功率器件1010、网侧功率器件1011和制动功率器件1012的散热。

在一种可选的实施方式中，如图3所示，本申请实施例中的功率模块1还包括散热器垫板104，散热器103与散热器垫板104贴合设置，且散热器103通过散热器垫板104固定在功率模块支持框架101上；散热器垫板104起到隔热作用，避免散热器103与功率模块支持框架101导通，影响功率模块的散热效果。

在一种可选的实施方式中，如图3和图5所示，本申请实施例中的功率模块1还包括机侧输入排108和网侧输出排109；机侧输入排108与机侧功率器件1010交流端子连接；网侧输出排109分别与网侧功率器件1011和制动功率器件1012的交流端子连接。具体地，将4根网侧输出排109分别与网侧功率器件1011和制动功率器件1012的交流端子连接，将3根机侧输入排108与机侧功率器件1010交流端子连接。

在一种可选的实施方式中，如图3所示，本申请实施例中的功率模块1还包括功率模块支撑件105，功率模块支撑件105位于功率模块支持框架101外侧，并固定在功率模块支持框架101上。

在一种可选的实施方式中，如图1、图3和图4所示，本申请实施例中的电容模块2还包括电容模块框架201，电容模块框架201上设置有限位槽2011；功率模块支撑件105可拆卸的设置在限位槽2011内。

具体实施时，如图1至图4所示，本申请实施例中的限位槽2011为U型槽，将功率模块1的功率模块支撑件105通过电容模块框架201上设置的U型限位槽2011滑入进行安装，功率模块支撑件105滑到U型限位槽2011后，将短接叠层母排4分别与功率模块1包括的功率模块叠层母排107和电容模块2包括的电容叠层母排202连接固定，进行电流导通，连接固定后将叠层母排防护3安装在短接叠层母排4外部，避免运行过程中，短接叠层母排4触碰到导电铜排。

在一种可选的实施方式中，如图3和图5所示，本申请实施例中的功率模块1还包括功率模块防护板102；功率模块防护板102位于功率模块支持框架101开口侧，且与功率器件叠层母排107的位置对应，并固定在功率模块支持框架101上；功率模块防护板102对功率器件叠层母排107、机侧功率器件1010、网侧功率器件1011和制动功率器件1012进行防护，防止灰尘、沙土进入功率模块1内部导致电路爬电间隙不够，影响功率模块1内部的器件运行，甚至导致IGBT短路爆炸。

在一种可选的实施方式中，如图3和图5所示，本申请实施例中的功率模块1还包括逆变控制板106；逆变控制板106位于功率模块支持框架101内，并位于机侧输入排108和/或网侧输出排109的外侧，且与机侧功率器件1010、网侧功率器件1011和制动功率器件1012电连接。逆变控制板106分别控制机侧功率器件1010、网侧功率器件1011和制动功率器件1012的开关吸合状态。

具体地，如图3至图5所示，本申请实施例将2件功率模块支撑件105与功率模块支持框架101固定在一起，功率模块支撑件105不仅起到支撑作用，又起到与电容模块2连接时的导通定向作用；然后将散热器103、散热器垫板104贴紧，并与模块支持框架101固定在一起，散热器垫板104起到隔热作用，避免散热器103与功率模块支持框架101导通，影响功率模块的散热效果。

如图3至图5所示，本申请实施例将机侧功率器件1010、网侧功率器件1011和制动功率器件1012与散热器103贴紧固定，同时在贴紧固定时接触面涂抹导热硅胶，以降低热阻，便于机侧功率器件1010、网侧功率器件1011和制动功率器件1012的散热；功率模块叠层母排107分别与机侧功率器件1010的正直流端子(DC+)、负直流端子(DC-)、N相端子，网侧功率器件1011的正直流端子(DC+)、负直流端子(DC-)、N相端子和制动功率器件1012的正直流端子(DC+)、负直流端子(DC-)连接，形成一个三电平含制动的导通电路。

本发明实施例提供的功率模块组件不仅可用于三电平功率模块，对于两电平功率模块也适用，不仅可用于三相功率模块，对于单相功率模块同样适用。

在一种可选的实施方式中，如图4所示，本申请实施例中的电容模块2还包括直流电容组203和电容模块支撑件204；电容模块支撑件204固定在电容模块框架201上；直流电容组203设置在电容模块框架201内，电容叠层母排202位于直流电容组203的导电端子处，且电容叠层母排202与直流电容组203的导电端子电连接；电容模块支撑件204起到支撑整个功率模块组件重量的作用；电容叠层母排202的设置能够将直流电容组203背靠背放置，能够提高电容模块的功率密度。

具体地，如图4所示，将电容模块框架201与电容模块支撑件204固定在一起，将直流电容组203安装在电容模块框架201内，暂时不紧固，将电容叠层母排202固定在直流电容组203的导电端子处，先将电容叠层母排202与直流电容组203进行固定，固定完毕后，再将直流电容组203与电容模块框架201依次由中央向周边进行固定，避免出现应力集中，导致直流电容组203受力，影响电容模块的使用寿命及性能。

基于同一申请构思，本申请具体实施例还提供了一种变流器，如图6所示，该变流器包括柜体5，以及上述本申请实施例提供的功率模块组件；功率模块组件安装在柜体5内，柜体5内设置有导轨，导轨设置在柜体5的侧壁上，电容模块2包括的电容模块支撑件204(如图4所示)安装在导轨内，电容模块支撑件204能起到安装在柜体5内与导轨配合的作用。

具体实施时，如图7和图8所示，本申请实施例中的柜体5内设置有上部导轨501和下部导轨502，上部导轨501和下部导轨502均设置在柜体5的侧壁上，电容模块2包括的一部分电容模块支撑件204安装在上部导轨501内，电容模块2包括的另一部分电容模块支撑件204安装在下部导轨502内，电容模块支撑件204能起到安装在柜体5内与上部导轨501和下部导轨502配合的作用。

本申请实施例电容模块支撑件204通过柜体5内设置的导轨进行安装固定，后期维护过程中，只需将短接叠层母排4拆掉后，通过功率模块支撑件105与电容模块2包括的U型槽，可以将功率模块1或电容模块2随意拆卸，降低维护成本与维护时间，同时拆卸时可以一人操作，增加了空间利用率。

综上所述，本申请实施例提供的功率模块组件具有如下有益效果：

第一、本申请实施例提供的功率模块组件包括功率模块、电容模块和短接叠层母排；由于功率模块与电容模块可拆卸连接，且功率模块包括的功率模块叠层母排和电容模块包括的电容叠层母排通过短接叠层母排电连接，因此本申请实施例在电路导通的情况下，可将功率模块与电容模块分别单独拆卸，后期维护时只需将损坏件模块拆除即可，节省人力成本与维护时间。

第二、本申请实施例中的功率模块组件包括的机侧功率器件、网侧功率器件和制动功率器件设置在散热器和功率模块叠层母排之间，并固定在散热器上，这样，本申请实施例实现了将机侧整流回路和网侧逆变回路集成在一块散热器上，极大的提高了功率模块组件的功率密度。

第三、本申请实施例中的功率模块组件包括的叠层母排防护的设置能够避免运行过程中，短接叠层母排触碰到导电铜排，进而能够避免功率模块组件的短路。

第四、本申请实施例中的功率模块包括的散热器垫板能够起到隔热作用，避免散热器与功率模块支持框架导通，影响功率模块的散热效果。

第五、本申请实施例中的功率模块包括的功率模块防护板对功率器件叠层母排、机侧功率器件、网侧功率器件和制动功率器件进行防护，防止灰尘、沙土进入功率模块内部导致电路爬电间隙不够，影响功率模块内部的器件运行，甚至导致IGBT短路爆炸。

第六、本申请实施例中的电容模块包括的电容模块支撑件不仅能起到支撑整个功率模块组件重量的作用，还能起到安装到变流器包括的柜体内时，与导轨配合的作用。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种功率模块组件，其特征在于，包括功率模块(1)、电容模块(2)和短接叠层母排(4)；

所述功率模块(1)包括功率模块叠层母排(107)，所述电容模块(2)包括电容叠层母排(202)；

所述功率模块(1)与所述电容模块(2)可拆卸连接，且所述功率模块叠层母排(107)和所述电容叠层母排(202)通过所述短接叠层母排(4)电连接。

2.根据权利要求1所述的功率模块组件，其特征在于，还包括叠层母排防护(3)，所述叠层母排防护(3)设置在所述短接叠层母排(4)朝向所述功率模块组件外部的一侧。

3.根据权利要求2所述的功率模块组件，其特征在于，所述功率模块(1)还包括功率模块支持框架(101)、散热器(103)、机侧功率器件(1010)、网侧功率器件(1011)和制动功率器件(1012)；

所述散热器(103)位于所述功率模块支持框架(101)内，并固定在所述功率模块支持框架(101)上；

所述机侧功率器件(1010)、所述网侧功率器件(1011)和所述制动功率器件(1012)设置在所述散热器(103)和所述功率模块叠层母排(107)之间，并固定在所述散热器(103)上；

所述功率模块叠层母排(107)与所述机侧功率器件(1010)、所述网侧功率器件(1011)和所述制动功率器件(1012)电连接。

4.根据权利要求3所述的功率模块组件，其特征在于，所述功率模块(1)还包括散热器垫板(104)，所述散热器(103)与所述散热器垫板(104)贴合设置，且所述散热器(103)通过所述散热器垫板(104)固定在所述功率模块支持框架(101)上。

5.根据权利要求4所述的功率模块组件，其特征在于，所述功率模块(1)还包括机侧输入排(108)和网侧输出排(109)；

所述机侧输入排(108)与所述机侧功率器件(1010)交流端子连接；

所述网侧输出排(109)分别与所述网侧功率器件(1011)和所述制动功率器件(1012)的交流端子连接。

6.根据权利要求5所述的功率模块组件，其特征在于，所述功率模块(1)还包括功率模块支撑件(105)，所述功率模块支撑件(105)位于所述功率模块支持框架(101)外侧，并固定在所述功率模块支持框架(101)上。

7.根据权利要求6所述的功率模块组件，其特征在于，所述电容模块(2)还包括电容模块框架(201)，所述电容模块框架(201)上设置有限位槽(2011)；

所述功率模块支撑件(105)可拆卸的设置在所述限位槽(2011)内。

8.根据权利要求6所述的功率模块组件，其特征在于，所述功率模块(1)还包括功率模块防护板(102)；

所述功率模块防护板(102)位于所述功率模块支持框架(101)开口侧，且与所述功率模块叠层母排(107)的位置对应，并固定在所述功率模块支持框架(101)上。

9.根据权利要求6所述的功率模块组件，其特征在于，所述功率模块(1)还包括逆变控制板(106)；

所述逆变控制板(106)位于所述功率模块支持框架(101)内，并位于所述机侧输入排(108)和/或所述网侧输出排(109)的外侧，且与所述机侧功率器件(1010)、所述网侧功率器件(1011)和所述制动功率器件(1012)电连接。

10.根据权利要求7所述的功率模块组件，其特征在于，所述电容模块(2)还包括直流电容组(203)和电容模块支撑件(204)；

所述电容模块支撑件(204)固定在所述电容模块框架(201)上；

所述直流电容组(203)设置在所述电容模块框架(201)内，所述电容叠层母排(202)位于所述直流电容组(203)的导电端子处，且所述电容叠层母排(202)与所述直流电容组(203)的导电端子电连接。

11.一种变流器，其特征在于，包括柜体(5)，以及如权利要求1-10任一项所述的功率模块组件；

所述功率模块组件安装在所述柜体(5)内，所述柜体(5)内设置有导轨，所述导轨设置在所述柜体(5)的侧壁上，所述电容模块(2)包括的电容模块支撑件(204)安装在所述导轨内。