CN216929855U - 一种电力电子变压器固态开关结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电力电子变压器固态开关结构，包括固态开关框架、固态开关框架内部设置有IGBT装配、散热风道、控制板卡安装板、复合母排、直流侧电容器、PMC控制板、自取能电源和轴流风扇；固态开关框架的底面上设置有轴流风扇，固态开关框架的底部设置有控制板卡安装板，控制板卡安装板上设置有自取能电源，控制板卡安装板的上方设置有PMC控制板，控制板卡安装板的侧面设置有复合母排，复合母排上设置有直流侧电容器，直流侧电容器的侧面设置有散热风道；PMC控制板的上方设置有IGBT装配，IGBT装配的顶部设置有固态开关盖板。本实用新型有效利用整机空间，促进产品的小型化和可靠性。
Description
技术领域
本实用新型属于变压器技术领域，具体属于一种电力电子变压器固态开关结构。
背景技术
电力电子变压器(power electronic transformer，PET)也称为固态变压器(solid state transformer，SST)，是一种结合电力电子变换器和高频变压器构成的电能变换设备。其功能一般包括传统交流变压器的电压等级变换和电气隔离功能，附加或扩展的功能一般还包括交流侧无功功率补偿及谐波治理、可再生能源/储能设备直流接入、多个端口间的有功功率协调控制、端口间的故障隔离以及与其他智能设备的通讯功能等。近些年来，随着电力电子技术的快速发展和广泛应用，电力电子变压器在电力行业的应用也越来越广泛。固态开关作为电力电子变压器重要组成部分，需具备体积小、结构简单、散热性能好、可靠性高等优点，但是现有技术中的固态开关需要散热，热量交换需要外配散热风机，使用晶闸管元件导致结构比较笨重，不适用于体积小的应用场合。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种电力电子变压器固态开关结构，用以解决上述问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种电力电子变压器固态开关结构，包括固态开关框架、所述固态开关框架内部设置有IGBT装配、散热风道、控制板卡安装板、复合母排、直流侧电容器、PMC控制板、自取能电源和轴流风扇；
所述固态开关框架的底面上设置有轴流风扇，所述固态开关框架的底部设置有控制板卡安装板，控制板卡安装板上设置有自取能电源，所述控制板卡安装板的上方设置有PMC控制板，控制板卡安装板的侧面设置有复合母排，复合母排上设置有直流侧电容器，直流侧电容器的侧面设置有散热风道；
所述PMC控制板的上方设置有IGBT装配，IGBT装配的顶部设置有固态开关盖板。
优选的，所述固态开关框架采用敷铝锌板。
优选的，所述固态开关框架为铆接组件，固态开关框架上的零部件安装采用压铆结构进行固定，固态开关框架上的部件装配采用拉铆结构进行固定。
优选的，IGBT装配包括散热器、IGBT、IGBT驱动、温度传感器、均压电阻、二极管；
所述IGBT、IGBT驱动、温度传感器、均压电阻和二极管均设置在散热器上进行均温性布置。
优选的，所述控制板卡安装板采用厚度不小于2mm的铝板。
优选的，所述复合母排上设置有负375V母排、正375V阀侧母排、正375V 线路侧母排三个电气端子，负375V母排、正375V阀侧母排、正375V线路侧母排之间采用PET绝缘纸进行电气绝缘。
进一步的，所述正375V线路侧母排上开设有槽口，用于汇集IGBT的电流并均匀的流向二极管和直流侧电容器。
优选的，所述散热风道上设置有预压密封胶条。
优选的，所述直流侧电容器与轴流风扇均采用螺钉进行固定。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型提供一种电力电子变压器固态开关结构，通过固态开关框架的工艺改进，一次回路设计在固态开关右侧，结构上实现固态开关一二次的分离；散热风道在风道部件上预压密封胶条，保证风道的密封性，进风口配置轴流风扇，保证的进风口风速为4m/s，两者形成的散热系统可将功率器件产生的热损耗带走。本装置优化IGBT及二极管布局和散热方式，解决了控制系统的电池干扰，母排电流不均流问题和结构复杂的问题，有效利用整机空间，促进产品的小型化和可靠性。
进一步的，固态开关框架上的零部件安装采用压铆结构进行固定，部件装配采用拉铆结构进行固定。结构牢固可靠，可减少标准件的使用。
进一步的，通过进行均温性布置，布置在IGBT长度方向就会有更多的冷却风流过，散热效果更好，且两只IGBT的温升相同，互不影响，增加了IGBT 的使用寿命。
进一步的，通过在负375V母排、正375V阀侧母排和正375V线路侧母排三个电气端子之间填充绝缘材性能优良的PET绝缘纸，采用高温高压叠层工艺，可减小的复合母排的杂感，并解决电气端子之间的电气绝缘问题。
进一步的，通过在正375V线路侧母排上开一个槽口，来自IGBT的电流会在槽口处汇集，然后均匀的流向二极管和直流侧电容器，避免了母排电流不均流问题。
进一步的，控制板卡安装板采用不小于2mm厚铝板，能有效隔离复合母排及IGBT对控制系统产生的电磁干扰。
附图说明
图1为固态开关结构成示意图；
图2为固态开关底部轴测图；
图3为固态开关框架铆接组件轴测图；
图4为IGBT装配示意图；
图5为散热器仿真热量分布图；
图6为复合母排轴测图；
图7为均流设计方案示意图；
附图中：1为固态开关框架铆接组件；2为IGBT装配；3为散热风道；4 为控制板卡安装板；5为固态开关盖板；6为复合母排；7为直流侧电容器；8 为PMC控制板；9为自取能电源；10为轴流风扇；11为散热器；12为IGBT； 13为IGBT驱动；14为温度传感器；15为均压电阻；16为二极管；17为负375V母排；18为正375V阀侧母排；19为正375V线路侧母排；20为PET 绝缘纸；21为压铆结构；22为拉铆结构。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
如图1和图2所示，本实用新型为一种电力电子变压器固态开关结构，包括固态开关框架铆接组件1、IGBT装配2、散热风道3、控制板卡安装板4和轴流风扇10。IGBT装配2主要为IGBT12、二极管16和均压电阻15提供固定支撑与散热。轴流风扇10吹出冷却风，通过散热风道3将IGBT12、二极管 16和均压电阻15产生的热损耗带走。
其中固态开关控制系统回路设计在固态开关左前侧，IGBT12、二极管16、均压电阻15、负375V母排17、正375V阀侧母排18和正375V线路侧母排 19组成一次回路，PMC控制板8、自取能电源9、IGBT驱动13组成二次回路。一次回路设计在固态开关右侧，结构上实现固态开关一二次的分离；其中散热风道3在风道部件上预压密封胶条，保证风道的密封性，进风口配置交流 220V轴流风扇10，保证的进风口风速为4m/s,两者形成的散热系统可将功率器件产生的热损耗带走。
如图3所示，固态开关框架铆接组件1由固态开关框架、框架安装板、风道封板、安装横梁等零部件铆接组装，结构牢固可靠，可减少标准件的使用；固态开关框架1上的零部件安装采用压铆结构21进行固定，固态开关框架1 上的部件装配采用拉铆结构22进行固定。在零部件的安装孔位置压铆螺母，直流侧电容器7与轴流风扇10等电气件的安装只需用螺钉紧固即可，减少了固态开关装配流程。
如图4所示，IGBT装配2包括散热器11、IGBT12、IGBT驱动13、温度传感器14、均压电阻15、二极管16；IGBT12、IGBT驱动13、温度传感器 14、均压电阻15和二极管16均设置在散热器11上，IGBT12可控制固态开关的通断，IGBT驱动13可提供IGBT开通所需的脉冲与电源，二极管16可在 IGBT关断情况下对电流进行蓄流，均压电阻15可吸收IGBT开通关断过程的杂感，温度传感器14可实时监测出风口基板的温度，对固态开关IGBT进行过温保护。
散热器11的型号为散热器GTKG-01，散热器11的基板和散热片材料为铝1060，采用铲齿工艺加工，散热性能稳定，基板可将IGBT12、二极管16 和均压电阻15产生的热量均匀吸收，热量再从基板扩散到齿片，并由轴流风扇10以吹风形式扩散到固态开关外环境中；由于功率器件IGBT12的热损耗较大，两只IGBT12应均温性布置，具体的，将两只IGBT12宽度方向与进风方向平行布置，两只IGBT12的距离保持在30mm以上。这样布置在IGBT12长度方向就会有更多的冷却风流过，散热效果更好，且两只IGBT12的温升相同，互不影响，这样IGBT12的使用寿命更长，如图5所示，对散热器进行热仿真，仿真结果显示左右两只IGBT12的最高温度相差1.2℃，达到两只IGBT12均温性布置的效果。
如图6和图7所示，固态开关对外有负375V母排17、正375V阀侧母排 18和正375V线路侧母排19三个电气端子，不同电气端子之间填充绝缘材性能优良的PET绝缘纸20，采用高温高压叠层工艺，可减小的复合母排5的杂感，并解决电气端子之间的电气绝缘问题。具体的如图6所示，在正375V线路侧母排19上开一个34mm×43mm的槽口，来自IGBT12的电流会在槽口处汇集，然后均匀的流向二极管16和直流侧电容器7。
本实用新型解决了电力电子变压器固态开关外形尺寸大，功率器件IGBT 散热效果差、控制系统易受到一次回路电磁干扰，电流不均流问题。具有结构紧凑、组装简单、散热效果好、可靠性高和外形美观的优点。
Claims (9)
1.一种电力电子变压器固态开关结构，其特征在于，包括固态开关框架(1)、所述固态开关框架(1)内部设置有IGBT装配(2)、散热风道(3)、控制板卡安装板(4)、复合母排(5)、直流侧电容器(7)、PMC控制板(8)、自取能电源(9)和轴流风扇(10)；
所述固态开关框架(1)的底面上设置有轴流风扇(10)，所述固态开关框架(1)的底部设置有控制板卡安装板(4)，控制板卡安装板(4)上设置有自取能电源(9)，所述控制板卡安装板(4)的上方设置有PMC控制板(8)，控制板卡安装板(4)的侧面设置有复合母排(5)，复合母排(5)上设置有直流侧电容器(7)，直流侧电容器(7)的侧面设置有散热风道(3)；
所述PMC控制板(8)的上方设置有IGBT装配(2)，IGBT装配(2)的顶部设置有固态开关盖板(6)。
2.根据权利要求1所述的一种电力电子变压器固态开关结构，其特征在于，所述固态开关框架(1)采用敷铝锌板。
3.根据权利要求1所述的一种电力电子变压器固态开关结构，其特征在于，所述固态开关框架(1)为铆接组件，固态开关框架(1)上的零部件安装采用压铆结构(21)进行固定，固态开关框架(1)上的部件装配采用拉铆结构(22)进行固定。
4.根据权利要求1所述的一种电力电子变压器固态开关结构，其特征在于，IGBT装配(2)包括散热器(11)、IGBT(12)、IGBT驱动(13)、温度传感器(14)、均压电阻(15)、二极管(16)；
所述IGBT(12)、IGBT驱动(13)、温度传感器(14)、均压电阻(15)和二极管(16)均设置在散热器(11)上进行均温性布置。
5.根据权利要求1所述的一种电力电子变压器固态开关结构，其特征在于，所述控制板卡安装板(4)采用厚度不小于2mm的铝板。
6.根据权利要求1所述的一种电力电子变压器固态开关结构，其特征在于，所述复合母排(5)上设置有负375V母排(17)、正375V阀侧母排(18)、正375V线路侧母排(19)三个电气端子，负375V母排(17)、正375V阀侧母排(18)、正375V线路侧母排(19)之间采用PET绝缘纸(20)进行电气绝缘。
7.根据权利要求6所述的一种电力电子变压器固态开关结构，其特征在于，所述正375V线路侧母排(19)上开设有槽口，用于汇集IGBT(12)的电流并均匀的流向二极管(16)和直流侧电容器(7)。
8.根据权利要求1所述的一种电力电子变压器固态开关结构，其特征在于，所述散热风道(3)上设置有预压密封胶条。
9.根据权利要求1所述的一种电力电子变压器固态开关结构，其特征在于，所述直流侧电容器(7)与轴流风扇(10)均采用螺钉进行固定。
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| CN202123100679.6U CN216929855U (zh) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | 一种电力电子变压器固态开关结构 |
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