CN217607707U - 一种大功率紧凑型逆变功率单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种大功率紧凑型逆变功率单元，包括机壳、电容组件和散热组件，所述机壳包括基体、盖板、前面板、后面板，所述机壳内部设有上下交错的电容组件和散热组件，所述电容组件安装在盖板上，所述散热组件安装在基体上，所述散热组件包括水冷基板和设置在水冷基板上的多个IGBT功率模块，所述多个IGBT功率模块对称布置。该逆变功率单元采用水冷散热结构，各组件采用模块化安装，功率模块对称设置，便于安装维护、结构紧凑、散热性能好，杂散电感低、均流效果好，便于搬运。

Description

一种大功率紧凑型逆变功率单元

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种大功率紧凑型逆变功率单元。

背景技术

飞轮储能装置是利用高速旋转飞轮的动能来存储能量的物理储能装置，通过交流电机来实现动能和电能的相互转换。交流电机的机端是六相交流电，并且其频率是变化的。飞轮储能装置内部配备具有DC/AC双向转换功能的储能变流器，储能变流器的AC侧与交流电机进行连接，储能变流器的DC侧作为飞轮储能装置的对外接口。充电时，交流电机为电动机运行模式，外部输入的直流电经储能变流器转换为交流电，驱动电动机加速旋转，将电能转换为飞轮的动能；放电时，交流电机为发电机运行模式，将飞轮的动能转换为电能，储能变流器将机端的交流电转换为直流电对外输出。储能变流器的核心是逆变功率单元，逆变功率单元的电路拓扑结构如图1所示，它是实现飞轮电机能量转换的关键部件，也是解决储能变流器的特性、体积的重要因素。因此，在逆变功率单元的设计中，不仅要考虑它的布局合理，结构紧凑，还要综合考虑它的散热、运行可靠等诸多因素。

现有的逆变功率单元设计中，多适用于几百千瓦的飞轮电机，而对于兆瓦级飞轮电机，现有的逆变功率单元风冷设计已无法满足大功率储能变流器的散热要求，容易造成功率器件损坏和超温，因此，大功率逆变功率单元器件的散热问题成为亟待解决的问题。另一方面，在追求高功率密度的时代，逆变功率单元的结构布局、体积也成为一个关键因素，目前的同类产品逆变功率单元采用风冷方式，体积较大；部件过多，装配不方便；重量过大，不便于搬运。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本实用新型提供了一种大功率紧凑型逆变功率单元，采用水冷散热结构，各组件采用模块化安装，功率模块对称设置，该逆变功率单元便于安装维护、结构紧凑、散热性能好，杂散电感低、均流效果好，便于搬运。

本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案如下：

一种大功率紧凑型逆变功率单元，包括机壳、电容组件和散热组件，所述机壳包括基体、盖板、前面板、后面板，所述机壳内部设有上下交错的电容组件和散热组件，所述电容组件安装在盖板上，所述散热组件安装在基体上，所述散热组件包括水冷基板和设置在水冷基板上的多个IGBT功率模块，所述多个IGBT功率模块对称布置。

进一步地，所述散热组件靠近前面板，所述电容组件靠近后面板，所述电容组件为U型结构、半包围所述散热器组件，所述前、后面板上设置通风孔。

进一步地，所述水冷基板的进出水口对称安装在前面板上，所述IGBT功率模块关于进出水口之间的中心线对称设置；所述IGBT功率模块上安装有驱动组件，多个所述IGBT模块间通过第一叠层母排连接。

进一步地，所述基体包括底板和相对的两侧板，两侧板上设置支撑件；所述电容组件包括电容支撑板、多个薄膜电容、第二叠层母排，所述薄膜电容设置在所述电容支撑板上，多个所述薄膜电容间通过第二叠层母排连接，所述第二叠层母排安装在基体两侧板支撑件上，所述电容支撑板固定在盖板上。

进一步地，所述散热组件、电容组件采用模块化设计，二者通过第二叠层母排连接；所述第一、第二叠层母排为复合叠层母排，相邻的两层复合叠层母排之间通过绝缘材料互相隔开。

进一步地，所述水冷基板包括水冷板基体、水冷板盖板，所述水冷板基体包括回形水道，所述回形水道按回字形盘绕布置，所述回形水道的相邻流道中冷却液流向相反，所述水冷板基体、水冷板盖板通过扩散焊连接。

进一步地，对称布置的两组IGBT功率模块的AC输出端通过交流输出排并联输出。

进一步地，所述前面板上还设有电流传感器、拉手、穿墙端子、光纤转接头。

进一步地，所述大功率紧凑型逆变功率单元还包括驱动电源，所述基体包括底板和相对的两侧板，所述驱动电源安装在基体两侧板的导轨上。

进一步地，所述散热组件通过螺钉与基体固定；所述电容组件通过螺钉与盖板固定。

本实用新型与现有技术相比的有益效果：

(1)本实用新型大功率紧凑型逆变功率单元，采用水冷散热方式，解决了大功率器件的散热问题，另外还可以利用电容组件、散热组件之间的交错空间，进行风冷散热。

(2)本实用新型逆变功率单元各组件采用模块化设计，装配、维护方便。

(3)本实用新型采用水冷散热结构，可以减小散热结构体积、重量，通过各组件合理布局设计，使得逆变功率单元整体结构紧凑、体积小、功率密度大，易于运输安装。

(4)本实用新型中功率组件采用对称安装，杂散电感低、均流效果好。

附图说明

所包括的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本实用新型的实施例，并与文字描述一起来阐释本实用新型的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为逆变功率电路拓扑结构图；

图2为本实用新型具体实施例提供的大功率紧凑型逆变功率单元外部结构示意图；

图3为本实用新型具体实施例提供的大功率紧凑型逆变功率单元内部结构示意图；

图4为本实用新型具体实施例提供的大功率紧凑型逆变功率单元散热组件结构示意图；

图5为本实用新型具体实施例提供的大功率紧凑型逆变功率单元电容组件结构示意图；

图6为本实用新型具体实施例提供的大功率紧凑型逆变功率单元水冷基板结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1.机壳，2.散热组件，3电容组件，4.交流输出排，11.基体，12.前面板，13.后面板，14.盖板，15.电流传感器，16.驱动电源，17.光纤转接头，18.穿墙端子，19.拉手，21.水冷基板，22.IGBT功率模块，23.第一叠层母排，24.驱动组件，25.电容组件支撑板，31.第二叠层母排，32.薄膜电容，33.电容支撑板，211.水冷板基体，212.水冷板盖板。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本实用新型。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本实用新型。

在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与本实用新型的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

本实用新型提供的一种大功率紧凑型逆变功率单元，如图2、3所示，包括机壳1、散热组件2和电容组件3。机壳1包括基体11、前面板12、后面板13及盖板14，基体11包括一体成型的底板和相对的两侧板，基体11与前面板12、后面板13、盖板14围成一个密闭的机壳1。机壳1内部设有散热组件2和电容组件3。散热组件2和基体11通过螺栓连接，电容组件3通过螺栓与盖板14及电容组件支撑件25连接，电容组件支撑件25通过螺栓固定在基体11的两个侧板上。

如图3所示，散热组件2靠近前面板12安装，电容组件3靠近后面板13安装，电容组件3为U型结构，半包围散热器组件2，电容组件3安装在盖板14上，下部留有通风空间，散热组件2安装在基体11上，上部留有通风空间，散热组件2、电容组件3在高度上交错，散热组件2上部、电容组件3下部的空腔形成风冷流道。前后面板设置通风孔。

如图4所示，散热组件2靠近前面板12设置，散热组件2包括水冷基板21、IGBT功率模块22、第一叠层母排23、驱动组件24，水冷基板21的进出水口对称安装在前面板12上，在水冷基板21的进出水方向的中心两侧依次安装有若干IGBT功率模块22,两侧的IGBT功率模块22并联设计，两侧IGBT功率模块对称布置，电流均衡度较好，IGBT功率模块22通过螺钉固定在水冷基板21上，驱动组件24通过螺钉与IGBT功率模块22固定，多个IGBT功率模块22间通过第一叠层母排23连接。

如图5所示，电容组件3包括电容支撑板33、多个薄膜电容32、第二叠层母排31，薄膜电容32设置在电容支撑板33上，通过薄膜电容32底部的螺栓与电容支撑板33固定，电容间通过第二叠层母排31连接；电容支撑板33与盖板固定连接，第二叠层母排31固定在基体11两侧板的电容组件支撑件25上。

可选地，散热组件2和电容组件3采用模块化设计，二者之间通过第二叠层母排31连接。

可选地，水冷基板21包括水冷板基体211、水冷板盖板212，二者通过扩散焊热熔在一起，水冷板基体211上包括回形水道，回形水道按回字形盘绕布置，回形水道的相邻流道中冷却液流向相反，水冷基板21对IGBT功率模块22进行冷却，能够保证IGBT功率模块22的均温性。水冷板基体、水冷板盖板通过扩散焊连接，保证连接位置均匀、无漏点。

可选地，电流传感器15、拉手19、穿墙端子18及光纤转接头17通过螺钉安装在前面板12上；电流传感器15用于监测两组IGBT功率模块输出电流，设置在前面板12内侧；穿墙端子18、光纤转接头17用于与外部连接，便于替换、维修；拉手19设置在前面板12外部，便于携带、运输。

可选地，驱动电源16安装在基体11的两侧板导轨上，驱动电源16用于给驱动组件24供电。

可选地，两侧IGBT功率模块的AC电流输出端通过交流输出排4并联输出，交流输出排4安装在前面板12上。

可选地，叠层母排为复合叠层母排，相邻的两层复合叠层母排之间通过绝缘材料互相隔开。

如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本实用新型的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

本实用新型未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种大功率紧凑型逆变功率单元，其特征在于，包括机壳、电容组件和散热组件，所述机壳包括基体、盖板、前面板、后面板，所述机壳内部设有上下交错的电容组件和散热组件，所述电容组件安装在盖板上，所述散热组件安装在基体上，所述散热组件包括水冷基板和设置在水冷基板上的多个IGBT功率模块，所述多个IGBT功率模块对称布置。

2.根据权利要求1所述的大功率紧凑型逆变功率单元，其特征在于，所述散热组件靠近前面板，所述电容组件靠近后面板，所述电容组件为U型结构、半包围所述散热组件，所述前、后面板上设置通风孔。

3.根据权利要求1所述的大功率紧凑型逆变功率单元，其特征在于，所述水冷基板的进出水口对称安装在前面板上，所述IGBT功率模块关于进出水口之间的中心线对称设置；所述IGBT功率模块上安装有驱动组件，多个所述IGBT模块间通过第一叠层母排连接。

4.根据权利要求1、2或3所述的大功率紧凑型逆变功率单元，其特征在于，所述基体包括底板和相对的两侧板，两侧板上设置支撑件；所述电容组件包括电容支撑板、多个薄膜电容、第二叠层母排，所述薄膜电容设置在所述电容支撑板上，多个所述薄膜电容间通过第二叠层母排连接，所述第二叠层母排安装在基体两侧板支撑件上，所述电容支撑板固定在盖板上。

5.根据权利要求4所述的大功率紧凑型逆变功率单元，其特征在于，所述散热组件、电容组件采用模块化设计，二者通过第二叠层母排连接；所述第二叠层母排为复合叠层母排，相邻的两层复合叠层母排之间通过绝缘材料互相隔开。

6.根据权利要求1所述的大功率紧凑型逆变功率单元，其特征在于，所述水冷基板包括水冷板基体、水冷板盖板，所述水冷板基体包括回形水道，所述回形水道按回字形盘绕布置，所述回形水道的相邻流道中冷却液流向相反，所述水冷板基体、水冷板盖板通过扩散焊连接。

7.根据权利要求1所述的大功率紧凑型逆变功率单元，其特征在于，对称布置的两组IGBT功率模块的AC输出端通过交流输出排并联输出。

8.根据权利要求1所述的大功率紧凑型逆变功率单元，其特征在于，所述前面板上还设有电流传感器、拉手、穿墙端子、光纤转接头。

9.根据权利要求1所述的大功率紧凑型逆变功率单元，其特征在于，所述大功率紧凑型逆变功率单元还包括驱动电源，所述基体包括底板和相对的两侧板，所述驱动电源安装在基体两侧板的导轨上。

10.根据权利要求1所述的大功率紧凑型逆变功率单元，其特征在于，所述散热组件通过螺钉与基体固定；所述电容组件通过螺钉与盖板固定。

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