[發明專利]風冷變流器功率模塊系統

有效

• 申請號: 201010506572.9
• 申請日: 2010-10-14
• 公開（公告）號: CN102025261A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 朱喆;吳明
• 申請（專利權）人: 國網電力科學研究院
• 主分類號: H02M1/00
• 分類號: H02M1/00;H05K7/20
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明屬于半導體變流技術領域，涉及一種大功率變流器所用的變流器風冷功率模塊系統。

背景技術

目前，大功率的變流器普遍采用以單個變流器橋臂作為一個功率單元模塊的方式，通過模塊外部連接組合而成。同時，單個模塊配置單個風機，這種模式的優點在于：配置靈活，通過組合可以配置為不同功率級別的變流器；模塊式結構，安裝方便，易于實現大批量生產。缺點在于：由于元器件較多，集中布置在功率模塊后難以形成風道，元器件損耗產生的熱量不易散去，同時單體模塊散熱不容易實現擴展，風機故障在變流器運行中影響較大，同時考慮到安全絕緣距離，功率單元模塊體積普遍偏大，不適用于像風電行業這樣受空間限制的行業。

發明內容

針對以上不足，本發明提供一種適用于兆瓦級大功率變流器的風冷功率模塊系統，其特征是：高電壓、大電流、功率大、對外輻射小、安全可靠性高、安裝方便、結構緊湊。

本發明通過如下技術方案來實現：風冷功率模塊系統由多個單橋臂功率單元模塊以及系統交直流母排、整體風道構成（如圖1所示）。具體包括：單橋臂功率單元模塊，模塊前風道，模塊后風道以及由系統正直流母排和系統負直流母排組合而成的低電感層疊母排，其中，系統正直流母排、系統負直流母排層疊布置，中間用高壓絕緣PET紙進行電氣隔離；多個單橋臂功率單元模塊通過系統正直流母排和系統負直流母排組合而成的低電感層疊母排進行電氣連接。

單橋臂功率單元模塊通過前后風道構成水平風道與外部離心風扇構成絕緣柵雙極型晶體管IGBT(Insulated?Gate?Bipolar?Transistor)風冷散熱器散熱風道；該散熱風道通過柜體外離心風機構成獨立于柜體空間、平行于模塊結構的風道；帶風冷散熱器的IGBT模塊放置于單橋臂功率單元模塊底板安裝板上，以左側出線方式引出交流母排，通過外部連接至主回路，而底板安裝板采用滑軌方式進行安裝和固定；底部安裝板上開有電容安裝孔，直流母線薄膜電容與之進行固定連接；模塊正直流母排、模塊負直流母排所組成的層疊母排平行布置，采用后出線方式，它們左側各有4個連接頭，左側的連接頭與模塊正直流母排、模塊負直流母排是一個整體母排；IGBT模塊與模塊正直流母排、模塊負直流母排通過螺栓在左側的連接頭處固定連接，吸收無感電容安裝在所述連接上。模塊正直流母排、模塊負直流母排后側90°直角向內折疊，并與底部安裝板平行，形成安裝直流母線薄膜電容的空間，同時形成直流母線薄膜電容散熱風道；多個直流母線薄膜電容正、負極在模塊正直流母排、模塊負直流母排所開的電容安裝孔上通過螺栓進行電氣連接。?

采用上述方案后，本發明具有如下優點：解決了功率單元模塊內部由于器件多而略顯雜亂的問題；多個模塊在柜內空間形成單獨風道，保證散熱量和盡量小的風壓損耗；自上而下三個模塊一組的風道設計方式，便于實現今后針對功率等級對功率模塊的選擇和離心風機的配置，加強了可擴展性和可靠性；風冷散熱器風道通過柜體上相應位置的開孔以及導條擺放，能夠對風壓/風流量進行靈活控制，以達到不同功率等級模塊的配置要求；沒有采用任何電纜電線連接，增加了可靠性；直流支撐電容采用膜電容，具備功率損耗和自感低，抗浪涌電壓高，紋波電流大，以及使用壽命長等優點；并且直流支撐電容選用膜電容，電壓等級高，無需傳統電解電容并聯所用的均壓電阻，精簡了結構，消除了因均壓電阻問題引起的電容故障問題；吸收無感電容采用全并聯結構，并預留通用接口，提高可靠性，便于擴展；底板和模塊之間采用抽拉式導軌安裝方式，增加了維護和安裝的便利性；此安裝方式也便于集成直流CROWBAR結構。

附圖說明

圖1是本發明的前端示意圖；

?????????圖2是本發明的后端示意圖；

?????????圖3是本發明的外觀示意圖；

?????????圖4是本發明的系統正負直流母排示意圖；

?????????圖5是本發明的單橋臂功率單元模塊俯視圖；

?????????圖6是本發明的單橋臂功率單元模塊正視圖；

???????圖7是本發明的單橋臂功率單元模塊正負直流母排示意圖。

具體實施方式

????本發明采用單橋臂功率模塊并聯結構，附圖1所示為從上至下六個單橋臂功率模塊(1)的并聯。如圖3所示，所有模塊通過系統正直流母排(4)、系統負直流母排(5)并聯實現一體化安裝。每個功率模塊的風道平行放置，前后風道(2)?(3)安裝距離與前后門距離一致，形成獨立于柜內空間的風道，通過柜后離心風機形成從前至后的抽風，帶走變流器運行時模塊的發熱量。