專利名稱：風(fēng)冷變流器功率模塊系統(tǒng)的制作方法
風(fēng)冷變流器功率模塊系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體變流技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種大功率變流器所用的變流器風(fēng)冷功 率模塊系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
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(fēng)機(jī)，這種模式的優(yōu)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(jié)構(gòu)，安裝方便， 易于實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。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(fēng) 道，元器件損耗產(chǎn)生的熱量不易散去，同時單體模塊散熱不容易實現(xiàn)擴(kuò)展，風(fēng)機(jī)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(fēng)電行業(yè)這樣受空間限制的行業(yè)。發(fā)明內(nèi)容
針對以上不足，本發(fā)明提供一種適用于兆瓦級大功率變流器的風(fēng)冷功率模塊系 統(tǒng)，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(jié) 構(gòu)緊湊。
本發(fā)明通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)風(fēng)冷功率模塊系統(tǒng)由多個單橋臂功率單元模 塊以及系統(tǒng)交直流母排、整體風(fēng)道構(gòu)成(如圖1所示)。具體包括單橋臂功率單元模 塊，模塊前風(fēng)道，模塊后風(fēng)道以及由系統(tǒng)正直流母排和系統(tǒng)負(fù)直流母排組合而成的低電 感層疊母排，其中，系統(tǒng)正直流母排、系統(tǒng)負(fù)直流母排層疊布置，中間用高壓絕緣PET 紙進(jìn)行電氣隔離；多個單橋臂功率單元模塊通過系統(tǒng)正直流母排和系統(tǒng)負(fù)直流母排組合 而成的低電感層疊母排進(jìn)行電氣連接。
單橋臂功率單元模塊通過前后風(fēng)道構(gòu)成水平風(fēng)道與外部離心風(fēng)扇構(gòu)成絕緣柵雙 極型晶體管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)風(fēng)冷散熱器散熱風(fēng)道；該散熱風(fēng)道通過柜體外離心風(fēng)機(jī)構(gòu)成獨立于柜體空間、平行于模塊結(jié)構(gòu)的風(fēng)道；帶風(fēng)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(cè)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(jìn)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(jìn)行固定連接；模塊正直流母排、模塊負(fù)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(cè)各有4個連接頭，左側(cè)的連接頭與 模塊正直流母排、模塊負(fù)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(fù)直流母排通過螺栓在左側(cè)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(fù)直流母排后側(cè)90°直角向內(nèi)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(fēng)道；多個直流母線薄膜 電容正、負(fù)極在模塊正直流母排、模塊負(fù)直流母排所開的電容安裝孔上通過螺栓進(jìn)行電 氣連接。
采用上述方案后，本發(fā)明具有如下優(yōu)點解決了功率單元模塊內(nèi)部由于器件多 而略顯雜亂的問題；多個模塊在柜內(nèi)空間形成單獨風(fēng)道，保證散熱量和盡量小的風(fēng)壓損 耗；自上而下三個模塊一組的風(fēng)道設(shè)計方式，便于實現(xiàn)今后針對功率等級對功率模塊的 選擇和離心風(fēng)機(jī)的配置，加強(qiáng)了可擴(kuò)展性和可靠性；風(fēng)冷散熱器風(fēng)道通過柜體上相應(yīng)位 置的開孔以及導(dǎo)條擺放，能夠?qū)︼L(fēng)壓/風(fēng)流量進(jìn)行靈活控制，以達(dá)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(yōu)點；并且直 流支撐電容選用膜電容，電壓等級高，無需傳統(tǒng)電解電容并聯(lián)所用的均壓電阻，精簡了 結(jié)構(gòu)，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(lián)結(jié)構(gòu)，并 預(yù)留通用接口，提高可靠性，便于擴(kuò)展；底板和模塊之間采用抽拉式導(dǎo)軌安裝方式，增 加了維護(hù)和安裝的便利性；此安裝方式也便于集成直流CROWBAR結(jié)構(gòu)。


圖1是本發(fā)明的前端示意圖； 圖2是本發(fā)明的后端示意圖； 圖3是本發(fā)明的外觀示意圖；圖4是本發(fā)明的系統(tǒng)正負(fù)直流母排示意圖； 圖5是本發(fā)明的單橋臂功率單元模塊俯視圖； 圖6是本發(fā)明的單橋臂功率單元模塊正視圖； 圖7是本發(fā)明的單橋臂功率單元模塊正負(fù)直流母排示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明采用單橋臂功率模塊并聯(lián)結(jié)構(gòu)，附圖1所示為從上至下六個單橋臂功 率模塊(1)的并聯(lián)。如圖3所示，所有模塊通過系統(tǒng)正直流母排G)、系統(tǒng)負(fù)直流母排 (5)并聯(lián)實現(xiàn)一體化安裝。每個功率模塊的風(fēng)道平行放置，前后風(fēng)道O) (3)安裝距離 與前后門距離一致，形成獨立于柜內(nèi)空間的風(fēng)道，通過柜后離心風(fēng)機(jī)形成從前至后的抽 風(fēng)，帶走變流器運行時模塊的發(fā)熱量。
每個單橋臂功率模塊包括帶風(fēng)冷散熱器的IGBT模塊(6)，交流母排(7)，吸收 無感電容(8)，模塊正直流母排(9)，模塊負(fù)直流母排(10)，薄膜電容(11)，風(fēng)冷散熱 器風(fēng)道(1 。其中模塊正直流母排(9)和模塊負(fù)直流母排(10)根據(jù)直流母線薄膜電容 (11)的數(shù)量和功率單元模塊直流側(cè)引出銅排尺寸開孔，中間墊高壓絕緣紙后壓裝成層疊 母排，如圖5所示，模塊正直流母排(9)和模塊負(fù)直流母排(10)后方折疊成90°直角， 用于安裝系統(tǒng)正直流母排(4)和系統(tǒng)負(fù)直流母排(5)組合而成的低電感層疊母排。在 單橋臂功率模塊直流層疊母排下方放置直流母線薄膜電容(11)，直流母線薄膜電容(11) 正負(fù)極與模塊正直流母排⑶)、模塊負(fù)直流母排(10)通過螺栓連接；模塊正直流母排(9) 和模塊負(fù)直流母排(10)左側(cè)上下各有4個連接頭，用于和帶風(fēng)冷散熱器的IGBT模塊(6) 通過螺栓有機(jī)連接，在連接處同時并聯(lián)吸收無感電容(8)。
帶風(fēng)冷散熱器的IGBT模塊(6)與功率模塊底部安裝板通過抽拉式導(dǎo)軌進(jìn)行固定 和安裝；交流母排(7)左側(cè)折疊開孔，便于和外部銅排連接；交流母排(7)折疊位置可因外部主回路接線做出調(diào)整。
權(quán)利要求
1.風(fēng)冷變流器功率模塊系統(tǒng)，其特征是風(fēng)冷變流器功率模塊系統(tǒng)為模塊化設(shè)計， 由多個單橋臂功率單元模塊以及系統(tǒng)交直流母排、整體風(fēng)道組成，整個系統(tǒng)包括單橋 臂功率單元模塊(1)，模塊前風(fēng)道(2)，模塊后風(fēng)道(3)以及由系統(tǒng)正直流母排(4)和 系統(tǒng)負(fù)直流母排(5)組合而成的低電感層疊母排，其中，多個單橋臂功率單元模塊(1) 通過系統(tǒng)正直流母排(4)和系統(tǒng)負(fù)直流母排(5)組合而成的低電感層疊母排進(jìn)行電氣 連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)冷變流器功率模塊系統(tǒng)，其特征是系統(tǒng)正直流母排 (4)、系統(tǒng)負(fù)直流母排(5)層疊布置，中間用高壓絕緣PET紙進(jìn)行電氣隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)冷變流器功率模塊系統(tǒng)，其特征是多個單橋臂功率單 元模塊(1)通過模塊前風(fēng)道(2)，模塊后風(fēng)道(3)構(gòu)成獨立于柜體空間的散熱風(fēng)道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1風(fēng)冷變流器功率模塊系統(tǒng)，其特征是，所述的單橋臂功率單元模 塊(1)包括帶風(fēng)冷散熱器的IGBT模塊(6)，交流母排(7)，吸收無感電容(8)，模 塊正直流母排(9)，模塊負(fù)直流母排(10)，直流母線薄膜電容(11)，風(fēng)冷散熱器風(fēng)道 (12)，其中，多個直流母線薄膜電容(11)通過在模塊正直流母排(9)、模塊負(fù)直流母排 (10)上所開的電容安裝孔與模塊正直流母排(9)、模塊負(fù)直流母排(10)進(jìn)行電氣連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)冷變流器功率模塊系統(tǒng)，其特征是所述直流母線薄膜 電容(11)通過在模塊底部安裝板上所開電容安裝孔與模塊底板進(jìn)行固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)冷變流器功率模塊系統(tǒng)，其特征是所述模塊正直流母 排(9)、模塊負(fù)直流母排(10)所組成的層疊母排與底部安裝板平行布置，形成直流母線 薄膜電容(11)散熱風(fēng)道。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)冷變流器功率模塊系統(tǒng)，其特征是所述風(fēng)冷散熱器風(fēng) 道(12)通過柜體外離心風(fēng)機(jī)構(gòu)成獨立于柜體空間、平行于模塊結(jié)構(gòu)的風(fēng)道。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)冷變流器功率模塊系統(tǒng)，其特征是所述風(fēng)冷散熱器風(fēng) 道(12)通過柜體上相應(yīng)位置的開孔以及導(dǎo)條擺放，能夠?qū)M(jìn)風(fēng)口的風(fēng)壓/風(fēng)流量進(jìn)行靈 活控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)冷變流器功率模塊系統(tǒng)，其特征是所述帶風(fēng)冷散熱 器的IGBT模塊(6)在底板上安裝，底板采用滑軌方式進(jìn)行安裝和固定，同時與模塊正 直流母排(9)、模塊負(fù)直流母排(10)所組成的層疊母排平行布置，模塊正直流母排(9)、模塊負(fù)直流母排(10)左側(cè)各有4個連接頭與帶風(fēng)冷散熱器的IGBT模塊(6) 連接，模塊正直流母排(9)、模塊負(fù)直流母排(10)與連接頭是一個整體母排。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)冷變流器功率模塊系統(tǒng)，，其特征是所述吸收無感電 容(8)通過帶風(fēng)冷散熱器的IGBT模塊(6)與模塊正直流母排(9)、模塊負(fù)直流母排(10) 所組成的層疊母排固定的螺栓進(jìn)行連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)冷變流器功率模塊系統(tǒng)，，其特征是所述吸收無感電 容(8)采用全并聯(lián)結(jié)構(gòu)，并預(yù)留通用接口，提高可靠性，便于擴(kuò)展。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)冷變流器功率模塊系統(tǒng)，其特征是所述模塊正直流母 排(9)、模塊負(fù)直流母排(10)為后出線方式，交流母排(7)為左側(cè)出線方式。
全文摘要
風(fēng)冷變流器功率模塊系統(tǒng)，包括風(fēng)冷變流器功率模塊系統(tǒng)為模塊化設(shè)計，由多個單橋臂功率單元模塊以及系統(tǒng)交直流母排、整體風(fēng)道組成，整個系統(tǒng)包括單橋臂功率單元模塊(1)，模塊前風(fēng)道(2)，模塊后風(fēng)道(3)以及由系統(tǒng)正直流母排(4)和系統(tǒng)負(fù)直流母排(5)組合而成的低電感層疊母排，其中，多個單橋臂功率單元模塊(1)通過系統(tǒng)正直流母排(4)和系統(tǒng)負(fù)直流母排(5)組合而成的低電感層疊母排進(jìn)行電氣連接。本發(fā)明解決了功率單元模塊內(nèi)部由于器件多而略顯雜亂的問題；多個模塊在柜內(nèi)空間形成單獨風(fēng)道，保證散熱量和盡量小的風(fēng)壓損耗。
文檔編號H05K7/20GK102025261SQ20101050657
公開日2011年4月20日 申請日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者吳明, 朱喆 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院