CN215897569U - 一种改造用液冷功率模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种改造用液冷功率模块，其中的水冷板通过侧面螺纹孔和螺钉固定在模块外壳组件上，支撑折边与水冷板下底面接触；水冷板上通过螺钉安装有机侧IGBT组和网侧IGBT组，其中机侧IGBT组包含3个IGBT模块，网侧IGBT组包含2个IGBT模块，机侧IGBT组和网侧IGBT组之间留有1个IGBT模块的间隙；每个IGBT模块上都装有1个适配板，2个驱动板通过螺钉安装在模块外壳组件上，其位置位于适配板的上层，上述结构能实现将网侧功率器件和机侧功率器件安装在同一功率模块中，从而节省变流器空间，提高后续其它类型的技术升级的可行性，同时还具有结构可靠、加工简单、安装简单，易维护，布局合理的特点。

Description

一种改造用液冷功率模块

技术领域

本实用新型属于风能发电领域，涉及一种功率模块的安装方式，特别是涉及一种可以将网侧功率器件和机侧功率器件安装在同一功率模块中，从而节省变流器空间中的改造用液冷功率模块结构。

背景技术

近年来，国内早期使用的变流器早已出质保，运行故障率高，直接影响发电量及其稳定性。基于此，为了使变流器发电量、稳定性和并网条件满足要求，国内出现了很多变流器改造业务，其中功率模块作为变流器的核心部件，对其技术升级改造的频率很高。

如中国专利CN201721893289.X，其公开了一种功率模块及采用该功率模块的变流器、风力发电机组，该一种功率模块包括电机侧功率模块、电网侧功率模块、直流熔断器、电容池，以及分别与所述电机侧功率模块、所述电网侧功率模块电连接的快插组件；所述快插组件通过所述直流熔断器与所述电容池电连接。该功率模块通过在直流侧设置直流熔断器，能够有效地防止因某一电机侧功率模块或电网侧功率模块殉爆失效而影响其他功率模块的正常工作，保证其他器件免受损坏，在实现防殉爆的同时还减少了因殉爆所需的备件和维护成本；可见，现有技术中的早期使用的不同机型变流器(容量较低，基本都在1MW到2MW间)中功率模块数量多为 6个，3个网侧功率模块和3个机侧功率模块，总体来看模块数量多，体积大，模块生产和维护效率低；若改造时仍然采用独立的6个功率模块，除了成本增加外，还会因功率模块空间大而限制后续其它类型的技术升级，比如双馈变流器为满足高低穿要求，通常会增加CrowBar、Chopper等模块，这些模块的增加和都要安装很大的空间。

而为了解决这一难题，研发一种可将网侧功率器件和机侧功率器件安装在同一功率模块中从而节省变流器空间，提高后续其它类型的技术升级可行性的改造用液冷功率模块结构是相当有必要的。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种改造用液冷功率模块结构，其目的在于解决现有的不同机型变流器的模块数量多，体积大，模块生产和维护效率低；若改造时仍然采用独立的多个功率模块，除了成本增加外，还会因功率模块空间大而限制后续其它类型的技术升级的技术问题。

本实用新型采用的技术方案是：一种改造用液冷功率模块，其结构包括模块外壳组件、水冷板、IGBT模块、驱动板、适配板；所述模块外壳组件两侧边各设有3个支撑折边和1个压紧板；

所述水冷板通过侧面螺纹孔和螺钉固定在模块外壳组件上，支撑折边与水冷板下底面接触，压紧板通过螺钉调节上下位置后与水冷板上平面接触；水冷板与模块外壳组件固定后，有支撑折边支撑和压紧板压紧，使得水冷板固定更加可靠；

水冷板上通过螺钉安装有机侧IGBT组和网侧IGBT组，其中机侧IGBT组包含3 个IGBT模块，网侧IGBT组包含2个IGBT模块，机侧IGBT组和网侧IGBT组之间留有1个IGBT模块的间隙；每个IGBT模块上都装有1个适配板，2个驱动板通过螺钉安装在模块外壳组件上，其位置位于适配板的上层；这样的布局合理点在于缩短了驱动板到适配板之间的驱动线缆，更加有利于驱动控制，也方便接线。

优选地，还包括霍尔电流传感器、机侧交流排组件、网侧交流排组件、霍尔安装板；2个霍尔电流传感器通过螺钉分别安装在2个霍尔安装板上，2个霍尔安装板通过螺钉与水冷板底面连接，且机侧交流排组件和网侧交流排组件上铜排穿过霍尔电流传感器；霍尔电流传感器可以测量模块上交流端流过的电流，本实用新型将霍尔电流传感器直接安装到模块中，使模块结构更加紧凑、且节省了在功率模块之外增加霍尔电流传感器用的固定结构件的成本。

优选地，还包括SMC固定板，所述SMC固定板通过螺钉固定在模块外壳组件底面上。

优选地，机侧IGBT组上的IGBT模块的交流端通过螺钉安装有机侧交流排组件，且机侧交流排组件通过2个绝缘套和1个绝缘柱分别与水冷板和模块外壳组件连接；网侧IGBT组上的IGBT模块的交流端通过螺钉安装有网侧交流排组件，且网侧交流排组件通过1个绝缘套和1个绝缘柱分别与水冷板和模块外壳组件连接；机侧交流排组件和网侧交流排组件都通过绝缘套和绝缘柱与水冷板和模块外壳组件连接，这样可以保证在模块运行或运输振动时，机侧交流排组件和网侧交流排组件产生的冲击载荷可集中在绝缘套和绝缘柱处，有效避免IGBT模块因交流端接口承受冲击载荷而损坏，提高了模块的可靠性。

优选地，9个电容通过螺钉与模块外壳组件底面连接；直流排组件通过螺钉与电容相连，且直流排组件两侧分别通过绝缘套和螺钉与模块外壳组件相连；直流排组件的连接端通过螺钉与IGBT模块的直流端接口相连，且在IGBT模块的直流端接口处安装有吸收电容；吸收电容用于吸收杂散电感引起的电压尖峰，起到保护IGBT模块的作用，使IGBT模块的性能更加可靠，所述直流排组件通过绝缘套与模块外壳组件相连，这样可以保证在模块运行或运输振动时，直流排组件上受到的冲击载荷可集中在绝缘套处，有效避免IGBT模块因直流端接口承受冲击载荷而损坏，同时也避免电容连接端受冲击而损坏，提高了模块的可靠性。

优选地，直流排组件中的正极排和负极排相互叠在一起，两者之间加有一层绝缘膜，正极排和负极排的长折边上都开有若干矩形释放槽；可有效减少折弯处应力集中，提高直流排组件的可安装性。

优选地，4个直流连接排一端通过螺钉与直流排组件相连，另一端通过螺钉与SMC固定板连接，4个直流连接排等间距排布，且相邻两直流连接排极性不同，相邻电极极性交错；能够减小杂散电感，提供模块的可靠性。

实际使用时，单个本实用新型就包括了1项机侧IGBT组和1项网侧IGBT组，同时使用3个本实用新型就能够达到3项机侧IGBT组和3项网侧IGBT组，就能满足风电变流器需求；相比单独1项IGBT组的功率模块，模块数量可减少一半，从而节省变流器空间，提高后续其它类型的技术升级的可行性。

本实用新型为液冷模块，在实际使用中需要增配模块进出水管，相比单独1项IGBT组的功率模块，本实用新型可以减少一半的连接水管和其配套的水管转接头，降低了改造成本。

本实用新型块外壳组件采用冷加工覆铝锌板作为材料，完全摒弃焊接加工方式，提高了可加工性。

采用上述结构后，本实用新型有益效果为：

(1)本实用新型包括了1项机侧IGBT组和1项网侧IGBT组，同时使用3个本实用新型就能够达到3项机侧IGBT组和3项网侧IGBT组，就能满足风电变流器需求；比单独1 项IGBT组的功率模块，模块数量可减少一半，从而节省变流器空间，提高后续其它类型的技术升级的可行性。

(2)本实用新型为液冷模块，在实际使用中需要增配模块进出水管，相比单独1 项IGBT组的功率模块，本实用新型可以减少一半的连接水管和其配套的水管转接头，降低了改造成本。

(3)本实用新型采用冷加工覆铝锌板作为壳体组件的材料，完全摒弃焊接加工方式，可加工性高。

(4)实用新型结构稳定，能够防振动，避免因冲击载荷引起模块故障，提高了模块的性能稳定性。

(5)实用新型具有结构可靠、加工简单、安装简单，易维护，布局合理的特点。

(6)本实用新型通用性强，模块化程度高。

附图说明

图1为本实用新型一种改造用液冷功率模块的轴测图一；

图2为本实用新型一种改造用液冷功率模块的轴测图二；

图3为本实用新型所述直流排组件的轴测图；

图4为本实用新型所述模块外壳组件的轴测图；

图5为本实用新型一种改造用液冷功率模块的部分零部件装配图。

附图标记说明：1、模块外壳组件，2、水冷板，3、IGBT模块，4、驱动板，5、直流排组件，6、直流连接排，7、电容，8、SMC固定板，9、适配板，10、吸收电容， 11、霍尔电流传感器，12、机侧交流排组件，13网侧交流排组件，14霍尔安装板，101、压紧板，102、支撑折边，51、负极排，52、正极排，53、矩形释放槽。

具体实施方式

下面结合图1-图5与具体实施方式对本实用新型做进一步的说明；以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

参看图1-图5，本实用新型提供一种改造用液冷功率模块，包括模块外壳组件1、水冷板2、IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)模块3、驱动板4、直流排组件5、直流连接排6、电容7、SMC固定板8、适配板9、吸收电容10、霍尔电流传感器11、机侧交流排组件12、网侧交流排组件13、霍尔安装板14；所述模块外壳组件1两侧边各设有3个支撑折边102和1个压紧板101；所述SMC固定板8 通过螺钉固定在模块外壳组件1底面上；所述水冷板2的两侧面开有螺纹孔，水冷板2 通过侧面螺纹孔和螺钉固定在模块外壳组件1上，支撑折边102与水冷板2下底面接触，压紧板101通过螺钉调节上下位置后正好与水冷板2上平面接触，水冷板2与模块外壳组件1固定后，有支撑折边102支撑和压紧板101压紧，使得水冷板2固定更加可靠。

参看图5，2个霍尔安装板14通过螺钉与水冷板2底面连接。

参看图1和图2，水冷板2上通过螺钉安装有机侧IGBT组和网侧IGBT组，其中机侧IGBT组包含3个IGBT模块3，网侧IGBT组包含2个IGBT模块3，机侧IGBT组和网侧IGBT 组之间留有1个IGBT模块3的间隙；每个IGBT模块3上都装有1个适配板9，2个驱动板4 通过螺钉安装在模块外壳组件1上，其位置正好位于适配板9的上层，这样的布局合理点在于缩短了驱动板4到适配板9之间的驱动线缆，更加有利于驱动控制，也方便接线。

机侧IGBT组上IGBT模块3的交流端通过螺钉安装有机侧交流排组件12，且机侧交流排组件12通过2个绝缘套和1个绝缘柱分别与水冷板2和模块外壳组件1连接；网侧 IGBT组上IGBT模块3的交流端通过螺钉安装有网侧交流排组件13，且网侧交流排组件 13通过1个绝缘套和1个绝缘柱分别与水冷板2和模块外壳组件1连接；机侧交流排组件 12和网侧交流排组件13都通过绝缘套和绝缘柱与水冷板2和模块外壳组件1连接，这样可以保证在模块运行或运输振动时，机侧交流排组件12和网侧交流排组件13产生的冲击载荷可集中在绝缘套和绝缘柱处，有效避免IGBT模块3因交流端接口承受冲击载荷而损坏，提高了模块的可靠性。

参看图1，2个霍尔电流传感器11通过螺钉分别安装在2个霍尔安装板14上，且机侧交流排组件12和网侧交流排组件13上铜排正好穿过霍尔电流传感器11；霍尔电流传感器可以测量模块上交流端流过的电流，本实用新型将霍尔电流传感器14直接安装到模块中，使模块结构更加紧凑、且节省了在功率模块之外增加霍尔电流传感器14用的固定结构件的成本。

参阅图1和图2，9个电容7通过螺钉与模块外壳组件1底面连接；直流排组件5通过螺钉与电容7相连，且直流排组件5两侧分别通过绝缘套和螺钉与模块外壳组件1相连；直流排组件5的连接端通过螺钉与IGBT模块3的直流端接口相连，且在IGBT模块3的直流端接口处安装有吸收电容10，吸收电容10用于吸收杂散电感引起的电压尖峰，起到保护IGBT模块3的作用，使IGBT模块3的性能更加可靠。所述直流排组件5通过绝缘套与模块外壳组件1相连，这样可以保证在模块运行或运输振动时，直流排组件5上受到的冲击载荷可集中在绝缘套处，有效避免IGBT模块3因直流端接口承受冲击载荷而损坏，同时也避免电容7连接端受冲击而损坏，提高了模块的可靠性。

参阅图2和图3，直流排组件5中正极排52和负极排51相互叠在一起，两者之间加有一层绝缘膜，正极排52和负极排51的长折边上都开有若干矩形释放槽53，可有效减少折弯处应力集中，提高直流排组件5的可安装性；4个直流连接排6一端通过螺钉与直流排组件5相连，另一端通过螺钉与SMC固定板8连接，4个直流连接排6等间距排布，且相邻两直流连接排6极性不同，相邻电极极性交错，能够减小杂散电感，提供模块的可靠性。

实际使用时，单个本实用新型就包括了1项机侧IGBT组和1项网侧IGBT组，同时使用3个本实用新型就能够达到3项机侧IGBT组和3项网侧IGBT组，就能满足风电变流器需求；相比单独1项IGBT组的功率模块，模块数量可减少一半，从而节省变流器空间，提高后续其它类型的技术升级的可行性。

本实用新型为液冷模块，在实际使用中需要增配模块进出水管，相比单独1项IGBT组的功率模块，本实用新型可以减少一半的连接水管和其配套的水管转接头，降低了改造成本。

本实用新型块外壳组件1采用冷加工覆铝锌板作为材料，完全摒弃焊接加工方式，提高了可加工性。

以上所述，仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种改造用液冷功率模块，其特征在于，其结构包括模块外壳组件(1)、水冷板(2)、IGBT模块(3)、驱动板(4)、适配板(9)；所述模块外壳组件(1)两侧边各设有3个支撑折边(102)和1个压紧板(101)；

所述水冷板(2)通过侧面螺纹孔和螺钉固定在模块外壳组件(1)上，支撑折边(102)与水冷板(2)下底面接触，压紧板(101)通过螺钉调节上下位置后与水冷板(2)上平面接触；

水冷板(2)上通过螺钉安装有机侧IGBT组和网侧IGBT组，其中机侧IGBT组包含3个IGBT模块(3)，网侧IGBT组包含2个IGBT模块(3)，机侧IGBT组和网侧IGBT组之间留有1个IGBT模块(3)的间隙；每个IGBT模块(3)上都装有1个适配板(9)，2个驱动板(4)通过螺钉安装在模块外壳组件(1)上，其位置位于适配板(9)的上层。

2.如权利要求1所述的改造用液冷功率模块，其特征在于，还包括霍尔电流传感器(11)、机侧交流排组件(12)、网侧交流排组件(13)、霍尔安装板(14)；2个霍尔电流传感器(11)通过螺钉分别安装在2个霍尔安装板(14)上，2个霍尔安装板(14)通过螺钉与水冷板(2)底面连接，且机侧交流排组件(12)和网侧交流排组件(13)上铜排穿过霍尔电流传感器(11)。

3.如权利要求2所述的一种改造用液冷功率模块，其特征在于，还包括SMC固定板(8)，所述SMC固定板(8)通过螺钉固定在模块外壳组件(1)底面上。

4.如权利要求2或3中所述的一种改造用液冷功率模块，其特征在于，机侧IGBT组上的IGBT模块(3)的交流端通过螺钉安装有机侧交流排组件(12)，且机侧交流排组件(12)通过2个绝缘套和1个绝缘柱分别与水冷板(2)和模块外壳组件(1)连接；网侧IGBT组上的IGBT模块(3)的交流端通过螺钉安装有网侧交流排组件(13)，且网侧交流排组件(13)通过1个绝缘套和1个绝缘柱分别与水冷板(2)和模块外壳组件(1)连接。

5.如权利要求4中所述的一种改造用液冷功率模块，其特征在于，9个电容(7)通过螺钉与模块外壳组件(1)底面连接；直流排组件(5)通过螺钉与电容(7)相连，且直流排组件(5)两侧分别通过绝缘套和螺钉与模块外壳组件(1)相连；直流排组件(5)的连接端通过螺钉与IGBT模块(3)的直流端接口相连，且在IGBT模块(3)的直流端接口处安装有吸收电容(10)。

6.如权利要求5中所述的一种改造用液冷功率模块，其特征在于，直流排组件(5)中的正极排(52)和负极排(51)相互叠在一起，两者之间加有一层绝缘膜，正极排(52)和负极排(51)的长折边上都开有若干矩形释放槽(53)。

7.如权利要求6中所述的一种改造用液冷功率模块，其特征在于，4个直流连接排(6)一端通过螺钉与直流排组件(5)相连，另一端通过螺钉与SMC固定板(8)连接，4个直流连接排(6)等间距排布，且相邻两直流连接排(6)极性不同，相邻电极极性交错。

Images