CN111953181A - 一种推拉式储能型大功率水冷变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种推拉式储能型大功率水冷变换器，该装置包括变换器外壳，所述变换器外壳一侧设置接线端子以及失电保护模块，所述变换器外壳另一侧设置直流母线夹与输出母线夹，所述变换器外壳底部设置能够对机体进行换气的行走机构，所述变换器外壳内部设置电容上支架，所述电容上支架上设置若干储能薄膜电容和水冷散热组件，所述水冷散热组件上设置RCD吸收电路，所述水冷散热组件上安装IGBT功率器件，所述IGBT功率器件的上固定驱动板。本发明解决了目前的变换器随着功率的增大，其体积也增大而且变重，生产周期长，可靠性低，成本高以及维护难度高，且互换性差，使得功率变换器设计难度不断增高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电气与电力电子技术领域，特别涉及一种推拉式储能型大功率水冷变换器。
背景技术
随着科研和医用粒子加速器技术的蓬勃发展，对加速器电源技术的要求也越来越高，电源向储能型、高电压、大电流、高精度、低纹波以及高可靠性方向发展，此类电源通常通过功率变换器串联、并联或串并结合的方式输出所需电流，且电流波形多样化，脉冲大电流输出对电网冲击大，由于电源规格的不同，功率变换器需要量身定做，随着变换器功率的增大，功率变换器体积也增大而且变重，生产周期长，可靠性低，成本高以及维护难度高，且互换性差，使得功率变换器设计难度不断增高。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种推拉式储能型大功率水冷变换器，能够避免目前的变换器随着功率的增大，其体积也增大而且变重，生产周期长，可靠性低，成本高以及维护难度高，且互换性差，使得功率变换器设计难度不断增高的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：
一种推拉式储能型大功率水冷变换器，包括变换器外壳，所述变换器外壳一侧设置接线端子以及失电保护模块，所述变换器外壳另一侧设置直流母线夹与输出母线夹，所述变换器外壳底部设置能够对机体进行换气的行走机构，所述变换器外壳内部设置电容上支架，所述电容上支架上设置若干储能薄膜电容和水冷散热组件，所述水冷散热组件上设置RCD吸收电路，所述水冷散热组件上安装IGBT功率器件，所述IGBT功率器件的上固定驱动板，所述驱动板上集成了有源钳位电路，所述驱动板通过20芯排线与高速光电转换板连接，所述高速光电转换板通过尼龙支柱安装在光电转换板安装支架上，所述光电转换板安装支架固定在所述变换器外壳的一侧，所述电容上支架上设置第一叠层母排与第二叠层母排，所述第一叠层母排与第二叠层母排与外部电源连接，所述第一叠层母排与所述IGBT功率器件的正输入端连接，所述第二叠层母排与所述IGBT功率器件的负输入端连接，所述IGBT功率器件的正、负输入端分别与突波吸收电容的两极连接，所述薄膜电容的两极分别与所述第一叠层母排和所述第二叠层母排连接，所述IGBT功率器件的输出端与输出母排连接，所述输出母排上安装电流传感器。
所述变换器外壳右侧设置上盖板、下盖板，所述变换器外壳顶部设置顶盖。
所述电容上支架的两侧分别固定在所述变换器外壳的侧壁上。
所述水冷散热组件包括水冷散热器，所述水冷散热器上安装三只温度传感器，所述水冷散热器一侧安装了两只水嘴，所述水嘴的另一端用水嘴固定螺母固定在所述变换器外壳上。
所述RCD吸收电路包括快恢复二极管、吸收电阻以及RCD吸收板，所述快恢复二极管上并联吸收电阻，所述吸收电阻通过第一吸收铜箔和第二吸收铜箔与所述RCD吸收板连接。
所述第一叠层母排与第二叠层母排通过第一叠母固定件和第二叠母固定件固定在所述电容上支架上。
所述第二叠层母排通过叠母负铜垫块与所述IGBT功率器件的负输入端连接，所述叠母负铜垫块通过绝缘框固定，所述IGBT功率器件的输出端通过输出母排铜垫块与输出母排连接。
所述能够对机体进行换气的行走机构包括四个脚轮、脚轮支架和脚轮底板，所述脚轮底板一侧竖直设置脚轮支架，所述四个脚轮的其中两只脚轮的一端固定在所述变换器外壳的下端，另一端固定在脚轮底板上，所述四个脚轮的另外两只脚轮的一端固定在所述脚轮底板上，另一端固定在脚轮支架上，所述脚轮底板上设置有通风孔，所述通风孔上设置有散热风机，所述变换器外壳的外侧设置有拉手。
所述第一叠层母排与第二叠层母排之间设置有叠母绝缘纸。
本发明的有益效果是：本发明将储能型大功率变换器模块化、标准化，缩短了非标特种电源功率模块的设计、生产周期，降低了成本，提高了效率和可靠性；通过多模块组合，可实现Buck、H桥、三相逆变桥拓扑结构；通过控制IGBT功率器件的开通次序，可以实现直流、交流输出；功率变换器自带大容量储能电容，可用于储能型脉冲电源，在电源输出电流时，可以缓解电源对电网的冲击；功率变换器自带脚轮，可以通过推动模块，使得安装、调试、和维护更为方便、快捷，解决了大功率变换器因过重而难以安装、移动的难题；可以广泛的应用于粒子加速器特种电源，大功率变频器，冶金电源等行业中。其中，变换器外壳为整个功率变换器的器件安装起支撑作用，高速光电转换板用于接收控制器以光的形式发出的脉冲信号，把接收到的光信号转换成电信号，把电信号传给驱动板控制IGBT功率器件的开通和关断，驱动板上集成了有源钳位电路，用于钳住IGBT的集电极电位过压，进而保护IGBT，叠母绝缘纸夹在第一叠层母排和第二叠层母排的中间，起绝缘作用，所述输出母排与IGBT功率器件的输出端连接，负责变换器功率输出，薄膜电容能够起抑制输入电压波动和储能的作用，RCD吸收电路能够用于抑制IGBT在关断时C、E之间产生的尖峰，散热风机安装在脚轮底板上，使功率变换器内部空气流通，带走器件产生的热量，上盖板、下盖板、及顶盖与变换器外壳相连接构成变换器基本框架结构，提高了机体的强度，为机体内部的元器件提供支撑及安装基础的同时，又能够起到保护元器件的作用，能够对机体进行换气的行走机构可以使本发明易于移动，同时能够为机体内部起到换气作用，而水冷散热组件的使用，能够进一步的将机体内部电器件运行产生的热量带走，有效避免了元器件由于过热而发生损坏，将电容上支架的两侧分别固定在变换器外壳的侧壁上，不仅能够提高电容上支架的安装稳定性，还能够为电容上支架上的元器件提供稳定的支撑力，不会由于机体移动等发生震动时，使得元器件松动脱落。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的内部结构示意图；
图3是本发明内部器件安装示意图；
图4是本发明脚轮底板器件安装示意图；
图5是本发明的电容上支架的结构示意图；
图6是本发明水冷散热器背面器件安装示意图；
图7是本发明运用于Buck电路的拓扑简图；
图8是本发明运用于H桥电路的拓扑简图。
其中，1-变换器外壳，2-上盖板，3-下盖板，4-拉手，5-脚轮，6-高速光电转换板，7-接线端子，8-顶盖，9-驱动板，10-电流传感器，11-输出母排，12-第一叠层母排，13-叠母绝缘纸，14-第二叠层母排，15-脚轮支架，16-突波吸收电容，17-第一叠母固定件，18-IGBT功率器件，19-输出母线夹，20-水嘴固定螺母，21-直流母线夹，22-薄膜电容，23-光电转换板安装支架，24-脚轮底板，25-失电保护模块，26-输出母排铜垫块，27-叠母负铜垫块，28-绝缘框，29-散热风机，30-电容上支架，31-第二叠母固定件，32-水嘴，33-水冷散热器，34-温度传感器，35-RCD吸收电路，36- RCD吸收板，37-快恢复二极管，38-第一吸收铜箔,39-第二吸收铜箔,40-吸收电阻。
具体实施方式
如图1-图6所示，一种推拉式储能型大功率水冷变换器，包括变换器外壳1，变换器外壳1一侧设置接线端子7以及失电保护模块25，变换器外壳1另一侧设置直流母线夹21与输出母线夹19，变换器外壳1底部设置能够对机体进行换气的行走机构，变换器外壳1内部设置电容上支架30，电容上支架30上设置若干储能薄膜电容22和水冷散热组件，水冷散热组件上设置RCD吸收电路35，水冷散热组件上安装IGBT功率器件18，IGBT功率器件18的上固定驱动板9，驱动板9上集成了有源钳位电路，驱动板9通过20芯排线与高速光电转换板6连接，高速光电转换板6通过尼龙支柱安装在光电转换板安装支架23上，光电转换板安装支架23固定在变换器外壳1的一侧，电容上支架30上设置第一叠层母排12与第二叠层母排14，第一叠层母排12与第二叠层母排14与外部电源连接，第一叠层母排12与IGBT功率器件18的正输入端连接，第二叠层母排14与IGBT功率器件18的负输入端连接， IGBT功率器件18的正、负输入端分别与突波吸收电容16的两极连接，薄膜电容22的两极分别与第一叠层母排12和第二叠层母排14连接，IGBT功率器件18的输出端与输出母排11连接，输出母排11上安装电流传感器10，变换器外壳1右侧设置上盖板2、下盖板3，变换器外壳1顶部设置顶盖8，电容上支架30的两侧分别固定在变换器外壳1的侧壁上，水冷散热组件包括水冷散热器33，水冷散热器33上安装三只温度传感器34，水冷散热器33一侧安装了两只水嘴32，水嘴32的另一端用水嘴固定螺母20固定在变换器外壳1上，RCD吸收电路35包括快恢复二极管37、吸收电阻40以及RCD吸收板36，快恢复二极管37上并联吸收电阻40，吸收电阻40通过第一吸收铜箔38和第二吸收铜箔39与RCD吸收板36连接，第一叠层母排12与第二叠层母排14通过第一叠母固定件17和第二叠母固定件31固定在电容上支架30上，第二叠层母排14通过叠母负铜垫块27与IGBT功率器件18的负输入端连接，叠母负铜垫块27通过绝缘框28固定，IGBT功率器件18的输出端通过输出母排铜垫块26与输出母排11连接，能够对机体进行换气的行走机构包括四个脚轮5、脚轮支架15和脚轮底板24，脚轮底板24一侧竖直设置脚轮支架15，四个脚轮5的其中两只脚轮5的一端固定在变换器外壳1的下端，另一端固定在脚轮底板24上，四个脚轮5的另外两只脚轮5的一端固定在脚轮底板24上，另一端固定在脚轮支架15上，脚轮底板24上设置有通风孔，通风孔上设置有散热风机29，变换器外壳1的外侧设置有拉手4，第一叠层母排12与第二叠层母排14之间设置有叠母绝缘纸13。
图7所示为本发明运用于Buck电路的拓扑简图，第一叠层母排12与第二叠层母排14与外部直流电源相连接，负责能量的输入，薄膜电容22的两极分别与第一叠层母排12与第二叠层母排14相连接，起储能和滤波的作用，能量传到IGBT功率器件18后，控制器可以通过高速光电转换板6和驱动板9控制IGBT1、IGBT2与IGBT3开通，从而使能量通过输出母排11输出给外部电感L，接着通过负载Load后经第二叠层母排14流回直流电源；当IGBT1、IGBT2与IGBT3关断时，IGBT2、IGBT4与IGBT6处于封锁状态，负载电流经IGBT2、IGBT4与IGBT6内置的二极管以及电感L续流。变换器功率器件由3只FF1400R17IP4的IGBT并联组成，变换器输出最大电流DC2100A，输出功率2310kW，可以通过控制3只IGBT的开通次序，实现倍频功能，也可以通过变换器串并联使用，输出更大功率。
图8所示为本发明运用于H桥电路的拓扑简图，H桥拓扑由两个功率变换器组成，每个变换器作为H桥电路的一个半桥，两个功率变换器的输入母排即第一叠层母排12与第二叠层母排14分别与外部直流电源的正、负连接，1#功率变换器的输出母排11与2#功率变换器的输出母排11分别通过外部电感与负载连接构成回路，可以通过控制每个功率变换器上、下桥IGBT功率器件18的开通与关断，使H桥工作于单极性模式和双极性模式。
以上仅为本发明的实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种推拉式储能型大功率水冷变换器，其特征在于：包括变换器外壳（1），所述变换器外壳（1）一侧设置接线端子（7）以及失电保护模块（25），所述变换器外壳（1）另一侧设置直流母线夹（21）与输出母线夹（19），所述变换器外壳（1）底部设置能够对机体进行换气的行走机构，所述变换器外壳（1）内部设置电容上支架（30），所述电容上支架（30）上设置若干储能薄膜电容（22）和水冷散热组件，所述水冷散热组件上设置RCD吸收电路（35），所述水冷散热组件上安装IGBT功率器件（18），所述IGBT功率器件（18）的上固定驱动板（9），所述驱动板（9）上集成了有源钳位电路，所述驱动板（9）通过20芯排线与高速光电转换板（6）连接，所述高速光电转换板（6）通过尼龙支柱安装在光电转换板安装支架（23）上，所述光电转换板安装支架（23）固定在所述变换器外壳（1）的一侧，所述电容上支架（30）上设置第一叠层母排（12）与第二叠层母排（14），所述第一叠层母排（12）与第二叠层母排（14）与外部电源连接，所述第一叠层母排（12）与所述IGBT功率器件（18）的正输入端连接，所述第二叠层母排（14）与所述IGBT功率器件（18）的负输入端连接，所述IGBT功率器件（18）的正、负输入端分别与突波吸收电容（16）的两极连接，所述薄膜电容（22）的两极分别与所述第一叠层母排（12）和所述第二叠层母排（14）连接，所述IGBT功率器件（18）的输出端与输出母排（11）连接，所述输出母排（11）上安装电流传感器（10）。
2.根据权利要求1所述的一种推拉式储能型大功率水冷变换器，其特征在于：所述变换器外壳（1）右侧设置上盖板（2）、下盖板（3），所述变换器外壳（1）顶部设置顶盖（8）。
3.根据权利要求1所述的一种推拉式储能型大功率水冷变换器，其特征在于：所述电容上支架（30）的两侧分别固定在所述变换器外壳（1）的侧壁上。
4.根据权利要求1所述的一种推拉式储能型大功率水冷变换器，其特征在于：所述水冷散热组件包括水冷散热器（33），所述水冷散热器（33）上安装三只温度传感器（34），所述水冷散热器（33）一侧安装了两只水嘴（32），所述水嘴（32）的另一端用水嘴固定螺母（20）固定在所述变换器外壳（1）上。
5.根据权利要求1所述的一种推拉式储能型大功率水冷变换器，其特征在于：所述RCD吸收电路（35）包括快恢复二极管（37）、吸收电阻（40）以及RCD吸收板（36），所述快恢复二极管（37）上并联吸收电阻（40），所述吸收电阻（40）通过第一吸收铜箔（38）和第二吸收铜箔（39）与所述RCD吸收板（36）连接。
6.根据权利要求1所述的一种推拉式储能型大功率水冷变换器，其特征在于：所述第一叠层母排（12）与第二叠层母排（14）通过第一叠母固定件（17）和第二叠母固定件（31）固定在所述电容上支架（30）上。
7.根据权利要求1所述的一种推拉式储能型大功率水冷变换器，其特征在于：所述第二叠层母排（14）通过叠母负铜垫块（27）与所述IGBT功率器件(18)的负输入端连接，所述叠母负铜垫块（27）通过绝缘框（28）固定，所述IGBT功率器件（18）的输出端通过输出母排铜垫块（26）与输出母排（11）连接。
8.根据权利要求1所述的一种推拉式储能型大功率水冷变换器，其特征在于：所述能够对机体进行换气的行走机构包括四个脚轮（5）、脚轮支架（15）和脚轮底板（24），所述脚轮底板（24）一侧竖直设置脚轮支架（15），所述四个脚轮（5）的其中两只脚轮（5）的一端固定在所述变换器外壳（1）的下端，另一端固定在脚轮底板（24）上，所述四个脚轮（5）的另外两只脚轮（5）的一端固定在所述脚轮底板（24）上，另一端固定在脚轮支架（15）上，所述脚轮底板（24）上设置有通风孔，所述通风孔上设置有散热风机（29），所述变换器外壳（1）的外侧设置有拉手（4）。
9.根据权利要求1所述的一种推拉式储能型大功率水冷变换器，其特征在于：所述第一叠层母排（12）与第二叠层母排（14）之间设置有叠母绝缘纸（13）。
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