CN209805685U - 双桥臂功率单元模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双桥臂功率单元模组，所述双桥臂功率单元模组包括：散热水冷板、大功率全控型功率器件、单桥臂交流叠层母线、直流支撑叠层母线、直流支撑电容、监控模组、扰流风机、单元壳体组件；所述双桥臂功率单元模组先进的背靠背三电平交直交变频方式，双桥臂功率单元模组采用三电平主回路拓扑结构，产生5阶输出线电压，电流畸变率低，电磁噪音小，动静态性能优良，且开关频率低，损耗小、效率高，实现真正意义上的主动四象限运行。

Description

双桥臂功率单元模组

技术领域

本实用新型涉及一种变频器，具体涉及一种双桥臂功率单元模组，属于电气控制结构部件技术领域。

背景技术

目前大功率变频器应用技术（CN201420283871.4发明专利）已经比较成熟，大多数都可以实现相应的模块化设计，为了提高功率元器件的散热效率也正在逐步采用日渐完善的水冷散热方式，极大的提升了整机的输出功率，但是当输出功率提升到一定程度后，变频器整体结构体积严重超过现场使用环境需求：现有技术的散热水冷版采用传统的单流道串联结构，散热效率较低、损耗大；传统的变频器单个功率单元模组内部一般采用单桥臂模式，现有技术的三电平上下桥臂是分开安装在一块水冷板的双侧，每项功率单元模组只能实现单一桥臂的变频功能，所以需要2套功率单元模组才能实现一个桥臂的三电平交直交整流、逆变变频器功能，导致现有的变频器结构体积太大；每项功率元器件的控制、触发、信号传输、远程监控、供电等功能都需要单独采用一组光纤和电源线，所以每项功率单元模组对外都需要连接大量的光纤和电源线，导致整体接线混乱；而采用多台变频器并联方式时，由于功率单元模组相互间并联距离相对较远，因为内部元器件参数的分散性，有可能在多台变频器之间形成危害很大的环流，无法有效地抑制母线过压，直接影响系统的安全性；因为缺少有效的监控保护手段，无法实时检测水冷板、功率元器件工作状态，而导致功率管频频损坏。因此急需一种新的设计方案解决这些技术问题。

发明内容

本实用新型正是针对现有技术中存在的技术问题，提供了一种功率单元模组，功率单元模组采用三电平双桥臂结构，整体设计更紧凑；所述双桥臂功率单元模组通过双桥臂功率单元模组内部左右桥臂并联、双桥臂功率单元模组并联等不同方式、数量进行组合，灵活多样化实现变频器多种输出功率的拓展，适应不同输出功率需求的应用场合；在空间占有率、成本对比、性能稳定可靠、输出功率扩容等方面都占据了极大的性能优势，进一步提高了产品输出功率的应用范围。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下，一种双桥臂功率单元模组，所述功率单元模组包含单元壳体组件8以及设置在壳体内部的散热水冷板1、功率器件2、两项单桥臂交流叠层母线3、直流支撑叠层母线4和直流支撑电容5,所述散热水冷板两侧，每侧均布一个桥臂的功率器件2，安装一项单桥臂交流叠层母线，单独设计成一项三电平变频器桥臂；分别实现单桥臂的整流、逆变功能；需要扩展变频器输出功率时，左右侧桥臂可以进行桥臂并联，单独实现整流或者逆变功能，采用单元内桥臂并联方式，有效地抑制母线过压、系统环流，极大的提升了系统的安全性，所述直流支撑叠层母线4安装在两项单桥臂交流叠层母线3上部，连接两项单桥臂交流叠层母线3直流侧，直流支撑电容5安装在直流支撑叠层母线4上，使整个单元具备完整的单桥臂交直交变频功能。所述双桥臂功率单元模组先进的背靠背三电平交直交变频方式，双桥臂功率单元模组采用三电平主回路拓扑结构，产生5阶输出线电压，电流畸变率低，电磁噪音小，动静态性能优良，且开关频率低，损耗小、效率高，实现真正意义上的主动四象限运行。

作为本实用新型的一种改进，所述散热水冷板1内采用新型的三流道并联方式，流道内采用细齿式结构。

作为本实用新型的一种改进，所述功率器件2为大功率全控型功率器件。

作为本实用新型的一种改进，所述单桥臂交流叠层母线3为低电感叠层母线结构。

作为本实用新型的一种改进，所述直流支撑叠层母线4为低电感叠层母线结构。

作为本实用新型的一种改进，所述直流支撑电容5为圆柱形直流薄膜电容。

作为本实用新型的一种改进，所述率单元模组还包括监控模组6，所述监控模组包括光纤分控板、AD采样板，过压、过流检测组件及温控检测组件：所述率单元模组还包括扰流风机7，所述监控模组可以实现桥臂内大功率全控型功率器件控制、触发、信号传输、远程监控等功能，对外只需要一组光纤及电源控制线进行数据传输、控制，减少了功率单元模组大量对外光纤、电源控制接线，使整个单元结构更加美观、简洁。

作为本实用新型的一种改进，所述扰流风机在满足扰流左右的基础上，替换成体积更小的风机，进一步节约成本、提高整机空间使用率。

相对于现有技术，本实用新型的优点如下：

1）散热水冷板内采用新型的三流道并联方式，在保证水冷板散热效率的基础上大幅度减少供水流量、流损；流道内采用细齿式结构，使冷却液形成波浪式流动，进一步加大散热效果，有效减小水循环系统装机容量，节约整机成本。

2）功率单元模组采用新型双桥臂结构，配合内置的直流支撑叠层母线、直流支撑电容，使整个功率单元模组实现完整的背靠背三电平交直交整流、逆变变频功能；在满足现有技术相同的输出功率需求时，一项智能双桥臂功率单元模组可以实现现有技术两项功率单元模组的功能，所以结构占用空间体积只有现有技术的1/2。在空间体积利用上设计更加合理、紧凑，能够明显降低生产成本，实现快速安装维护、模块化管理。

3）双桥臂功率单元模组采用水冷板单侧桥臂布局，大幅减少了桥臂母线回路间距，有效的减少系统环流、抑制母线过压，极大的提升了系统的安全性；同时配合新型直流支撑叠层母线、直流支撑电容结构，一个单元模组实现完整的单桥臂三电平交直交变频功能，进一步降低成本。

4）双桥臂功率单元模组通过双桥臂功率单元模组内部左右桥臂并联、双桥臂功率单元模组并联等不同方式、数量进行组合，灵活多样化实现变频器多种输出功率的拓展，适应不同输出功率需求的应用场合。

5）所述监控模组包括光纤分控板、AD采样板，智能过压、过流、温控检测等组件，通过光纤分控板、AD采样板实现桥臂内大功率全控型功率器件控制、触发、信号传输、远程监控等功能，光纤分控板、AD采样板安装在一个独立金属腔内，增加屏蔽性能，减少电磁干扰；通过光纤分控板、AD采样板，智能双桥臂功率单元模组对外只需要一组光纤及电源控制线进行数据传输、控制，减少了功率单元模组大量对外光纤、电源控制接线，使整个单元结构更加美观、简洁。智能监控组件为大功率全控型功率器件过压、过流、温度监测等智能监控、保护功能，进一步增加系统运行的安全可靠性。

6) 整个结构方案可以更加灵活的适应多种输出功率需求的应用场合，在空间体积利用上设计更加合理、紧凑，输出功率应用范围多元化，能够有效的实现快速安装维护、模块化管理，大幅降低了材料、维护、生产成本。

附图说明

图1为本实用新型的双桥臂功率单元模组柜结构外形示意图。

图2为本实用新型的双桥臂功率单元模组柜结构示意图。

图中：1、散热水冷板，2、大功率全控型功率器件，3、单桥臂交流叠层母线，4、直流支撑叠层母线，5、直流支撑电容，6、监控模组，7、扰流风机，8、单元壳体组件。

具体实施方式

以下结合附图，通过具体实施例对本实用新型技术方案做进一步的说明。

实施例1：参见图2，一种双桥臂功率单元模组，包括散热水冷板1、大功率全控型功率器件2、单桥臂交流叠层母线3、直流支撑叠层母线4、直流支撑电容5、监控模组6、扰流风机7、单元壳体组件8；，散热水冷板1、大功率全控型功率器件2、单桥臂交流叠层母线3、直流支撑叠层母线4、直流支撑电容5、监控模组6、扰流风机7、组装后安装固定在单元壳体组件。

功率单元模组采用先进的背靠背三电平交直交变频方式，5阶输出线电压，电流畸变率低，电磁噪音小，动静态性能优良，且开关频率低，损耗小、效率高，实现真正意义上的主动四象限运行。

实施例2：参见图2，所述散热水冷板1内在现有技术双面安装的基础上，采用新型的三流道并联方式，在保证水冷板散热效率的基础上大幅度减少供水流量、流损；流道内采用细齿式结构，使冷却液形成波浪式流动，进一步加大散热效果，有效减小水循环系统装机容量，节约整机成本。

实施例3：参见图2，所述在散热水冷板1两侧，每侧均布一项完整的三电平拓扑桥臂所需的大功率全控型功率器件2，通过安装一项单桥臂交流叠层母线3，形成一项完整的三电平变频器桥臂回路，左右侧桥臂分别实现完整的三电平整流或逆变功能。需要扩展变频器输出功率时，左右侧桥臂可以进行桥臂并联，单独实现整流或者逆变功能。所述功率单元模组采用水冷板单侧桥臂布局，大幅减少了桥臂母线回路间距，有效的减少系统环流、抑制母线过压，极大的提升了系统的安全性。

实施例4：参见图2，所述直流支撑叠层母线4安装在两项单桥臂交流叠层母线3上部，连接两项单桥臂交流叠层母线3直流侧，直流支撑电容5安装在直流支撑叠层母线4上，接地端安装固定在单元壳体组件8上。在满足现有技术相同的输出功率需求时，一项功率单元模组可以实现现有技术两项功率单元模组的功能，所以结构占用空间体积只有现有技术的1/2。在空间体积利用上设计更加合理、紧凑，能够明显降低生产成本，实现快速安装维护、模块化管理。

实施例5：参见图2，所述单桥臂交流叠层母线3、直流支撑叠层母线4采用低电感叠层母线结构，采用新型多层铜排、绝缘纸复合热压技术硫化成型，体积小，安装维护方便；可以有效降低母排分布电感，提高局部放电、耐压等电气安全性能，极大提升母线使用寿命。

实施例6参见图2，所述监控模组6包括光纤分控板、AD采样板，过压、过流检测组件及温控检测组件，通过光纤分控板、AD采样板实现桥臂内大功率全控型功率器件控制、触发、信号传输、远程监控等功能，光纤分控板、AD采样板安装在一个独立金属腔内，增加屏蔽性能，减少电磁干扰；通过光纤分控板、AD采样板，双桥臂功率单元模组对外只需要一组光纤及电源控制线进行数据传输、控制，减少了功率单元模组大量对外光纤、电源控制接线，使整个单元结构更加美观、简洁。智能监控组件为大功率全控型功率器件过压、过流、温度监测等智能监控、保护功能，进一步增加系统运行的安全可靠性。

实施例7：参见图2，所述扰流风机7在满足扰流左右的基础上，替换成体积更小的片式离心风机，所占空间远远小于现有方案，进一步节约成本，提高整机空间使用率。扰流风机安装在单元壳体组件下部。

实施例8：参见图2，所述双桥臂功率单元模组通过双桥臂功率单元模组内部左右桥臂并联、双桥臂功率单元模组并联等不同方式、数量进行组合，灵活多样化实现变频器多种输出功率的拓展，适应不同输出功率需求的应用场合。

由上所述可见，所述散热水冷板、大功率全控型功率器件、单桥臂交流叠层母线、直流支撑叠层母线、直流支撑电容、组装后安装固定在单元壳体组件内组成一个完整的双桥臂功率单元模组。整体结构方案可以更加灵活的适应多种输出功率需求的应用场合，在空间体积利用上设计更加合理、紧凑，实现快速安装维护、模块化管理，单侧桥臂布局可以有效的减少系统环流，抑制了母线过压等问题。所述智能双桥臂功率单元模组通过双桥臂功率单元模组内部左右桥臂并联、双桥臂功率单元模组并联等不同方式、数量进行组合，灵活多样化实现变频器多种输出功率的拓展，适应不同输出功率需求的应用场合。无论在空间占有率、成本对比、性能稳定可靠、输出功率扩容等方面都占据了极大的性能优势，进一步提高了产品输出功率的应用范围。

本实用新型还可以将实施例2、3、4、5、6、7、8所述技术特征中的至少一个与实施例1组合形成新的实施方式。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本实用新型的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本实用新型权利要求所保护的范围。

Claims (7)

1.一种双桥臂功率单元模组，其特征在于，所述功率单元模组包含单元壳体组件以及设置在壳体内部的散热水冷板、功率器件、两项单桥臂交流叠层母线、直流支撑叠层母线和直流支撑电容,所述散热水冷板两侧，每侧均布一个桥臂的功率器件，所述直流支撑叠层母线安装在两项单桥臂交流叠层母线上部，连接两项单桥臂交流叠层母线直流侧，直流支撑电容安装在直流支撑叠层母线上。

2.根据权利要求1所述的双桥臂功率单元模组，其特征在于：所述散热水冷板内采用新型的三流道并联方式，流道内采用细齿式结构。

3.根据权利要求2所述的双桥臂功率单元模组，其特征在于：所述功率器件为大功率全控型功率器件。

4.根据权利要求3所述的双桥臂功率单元模组，其特征在于：所述单桥臂交流叠层母线为低电感叠层母线结构。

5.根据权利要求4所述的双桥臂功率单元模组，其特征在于：所述直流支撑叠层母线为低电感叠层母线结构。

6.根据权利要求5所述的双桥臂功率单元模组，其特征在于：所述直流支撑电容为圆柱形直流薄膜电容。

7.根据权利要求6所述的双桥臂功率单元模组，其特征在于：所述率单元模组还包括扰流风机。