CN200956554Y - 功率单元 - Google Patents

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罗若平
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Beijing Hiconics Drive Technology Co.,Ltd.
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Abstract

一种功率单元，包括：箱体、二极管组成的整流桥、电解电容、电阻、绝缘栅双极晶体管IGBT组成的逆变桥和散热器；其特征在于：该装置将电解电容分为两组，每组电解电容被铜排连接成串并联结构部件，再将相对的两组电解电容并联、紧固在一起；包括整流桥、逆变桥的其它电子元器件固装在散热器金属底板上，并与该两组电解电容相对安装，电解电容通过正、负两个直流母排与整流桥和逆变桥控制电路构成电连接；该散热器金属底板的另一侧是散热片。该装置结构紧凑，体积小巧，生产维护方便，电感小，还能进一步提高功率单元的工作可靠性，从而解决了现有产品结构设计的不足：体积大、安装复杂、抗干扰性差、电感大等各种问题。

Description

功率单元
技术领域
本实用新型涉及一种变频器的主要部件，确切地说，涉及一种变频器的功率单元的布局结构设计；属于电力电子设备的结构设计技术领域。
背景技术
变频器是利用半导体功率器件的开通和关断作用将工频电源变换为频率可调的电能变换装置。该装置首先把电源的交流电变换为直流电DC，再把直流电DC变换为频率可变的交流电AC。随着微电子和电力电子技术的飞速发展，作为21世纪电力电子技术发展的产物，变频器在国民经济的许多领域(例如火力发电、石油、化工、矿山、冶金、供水等行业)得到了广泛的应用，并发挥着越来越重要的作用。
参见图1，介绍变频器的核心装置-功率单元的电原理图和主要组成部件：功率单元的电源输入端R、S、T分别连接变压器二次线圈的三相输出电压，然后经三相二极管全波整流为直流环节的大电容充电，这些电容上的直流电压则提供给由四个技术先进且易于控制的绝缘栅双极晶体管IGBT(Insulated GateBipolar Transistor)组成的单项H形桥式逆变电路转换为频率可调的交流电能作为功率单元的输出。由于变频器主要由单个功率单元或串联的多个功率单元组成，即功率单元是变频器的核心部件，因此，功率单元的体积直接影响整个变频器的体积。由于受到组成功率单元的各种现有元器件体积大、容量小的限制，所以功率单元的空间体积通常也都比较大，尤其是大功率(3200KW以上)的功率单元体积就更大。这样，按照现有技术设计、制造的功率单元就存在体积大、安装复杂、抗干扰性差、电感大等多种缺陷，并对变频器的生产、运行和维护都造成一定影响和困难。因此，如何解决功率单元因其体积过大而带来的各种技术问题，就成为变频器业内相关技术人员急需解决的新课题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种结构新颖的功率单元，该装置结构紧凑，体积小巧，生产维护方便，电感小，还能进一步提高功率单元的工作可靠性，从而解决现有产品结构设计的不足：体积大、安装复杂、抗干扰性差、电感大等各种问题。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种功率单元，包括：箱体、二极管组成的整流桥、电解电容、电阻、绝缘栅双极晶体管IGBT组成的逆变桥和散热器；其特征在于：该装置将电解电容分为两组，每组电解电容被铜排连接成串并联结构部件，再将相对的两组电解电容并联、紧固在一起；包括整流桥、逆变桥的其它电子元器件固装在散热器金属板上，并与该两组电解电容相对安装，电解电容通过正、负两个直流母排与整流桥和逆变桥控制电路构成电连接；该散热器金属底板的另一例是散热片。
所述正、负两个直流母排之间设有用绝缘材料制成、防止短路的绝缘板。
所述两组电解电容的并联、紧固是用两个连接铜排和多个连接铜棍螺固实现的，所述正、负两个直流母排的一端分别螺固在两个连接铜排上，另一端连接整流桥和逆变桥控制电路。
所述铜排、连接铜排、直流母排是用镀锡紫铜板冲压成型，所述连接铜棍是两端设有内螺纹孔的镀锡紫铜圆棒。
所述铜排是设有排成三行的多个通孔的矩形平板，其中上下两行通孔用于与各个电解电容的输出端连接，中间通孔用于穿过螺固连接铜棍的螺栓，以将两组电解电容并联、紧固为一体。
所述连接铜排是两侧有折边的“槽钢”形构件，两个折边上分别设有多个用于与每组电解电容输出端连接的通孔，其中位于下侧的一个连接铜排中间通孔的折边直接与一直流母排螺固连接，位于上侧的另一个连接铜排中间设有窄长条状通孔，用于穿过上述直流母排，该连接铜排在窄长条状通孔一侧设有与另一直流母排螺固的通孔。
所述两组电解电容放置在箱体下方，相对安装有整流桥和逆变桥控制电路的散热器则位于箱体上部。
本实用新型是一种结构创新的功率单元，其技术特点是采用先小后大、先易后难的设计原则：将整个功率单元装置先分为箱体和散热器两大组件，分别组装后，再合成为一体，这样就把总体结构分解成若干部件分别安装，以实现先小后大、先易后难的设计、组装思路。其中箱体组件主要是相对、并联安装的两组电解电容(参见图3)，它是先将每组电容固装在底版上，接着用铜排螺固各个电容的输出端，形成串并联结构(参见图2)，再采用连接铜排、连接铜棍和拉杆将两组电容并联、螺固为一体(参见图3)，然后将两组电容整体装入箱体下侧(参见图4)。这种安装方式在保证绝缘距离的前提下，能够减少电感、缩小体积，安装非常方便。主要由IGBT逆变桥、整流桥、电阻等电子器件和散热器组成的散热器组件(参见图5)先独立安装后，再通过正、负两个直流母排将上述两个组件合为一体(参见图6)，从而达到功率单元的整体结构紧凑、体积缩小、生产安装和维护方便、电感小、工作可靠、抗干扰能力强的目的。
附图说明
图1是功率单元的电原理图。
图2是本实用新型功率单元中的一组(即单边)电容组合结构示意图。
图3(A)、(B)分别是本实用新型功率单元中的两组电容相对并联组合前、后的结构示意图。
图4(A)、(B)分别是图3本实用新型功率单元中的两组电容相对并排组合后的C-C侧剖视图和俯视图。
图5是本实用新型功率单元的箱体组件图
图6(A)、(B)、(C)分别是本实用新型功率单元的散热器组件的C-C侧剖视主视图、俯视图和立体图。
图7(A)、(B)、(C)分别是本实用新型功率单元的立体图、剖视图和局部放大图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合各个附图和实施例对本实用新型的结构和安装方式作进一步的详细描述。
本实用新型是一种功率单元，该装置特点是：它的电解电容分为两组，每组电解电容被铜排连接成串并联构件，再将相对的两组电解电容并联、紧固在一起；包括整流桥、逆变桥和电阻的控制电路其它元器件固装在散热器金属板上，并与该两组电解电容相对安装，电解电容通过正、负两个直流母排与整流桥和逆变桥控制电路构成电连接；该散热器金属底板的另一侧是散热片。
参见图2，本实用新型实施例的每组电解电容是由采用传统方式固装在电容安装底板1上的多个电解电容2(图示实施例为每排5个、共三排15个)和位于电解电容2前端的铜排3组成。其中铜排3上设有排成三行的多个通孔，上下两行各5个通孔用于与五个电解电容2的输出端连接成串并联构件，中间4个通孔用于穿过螺固连接铜棍5的螺栓(参见图3(A)和图4(A))，以将两组电解电容并联、紧固为一体。这种安装结构简单、拆装方便。
参见图3和图4，介绍实施例两组电解电容相对并联、紧固连接的结构，它们是通过上下两个连接铜排4、多个连接铜棍5和拉杆6进行螺固而将其组合成为一个整体。其中连接铜排4是两侧有折边的“槽钢”形构件，两个折边上分别设有5个通孔，用于与每组5个电解电容输出端连接。位于下侧的一个连接铜排4中间通孔的折边直接与一直流母排7螺固连接，位于上侧的另一个连接铜排4中间设有用于穿过直流母排7的窄长条状通孔(该通孔周边应设置防止短路的绝缘层)，并在窄长条状通孔一侧设有与另一直流母排9螺固的通孔(图中未示)。并在从中间引出的正、负两个直流母排7、9之间设置绝缘板8，以便将正负两个直流母排7、9隔开，防止短路。这样做的好处是结构紧凑、体积小、安装方便、电感小、抗干扰能力强，还能保证绝缘距离。两个直流母排7、9的另一端则与整流桥和逆变桥控制电路构成电连接(参见图6)。另外，使用金属拉杆6将两组电容的安装底板1螺固连成一体。其中铜排3、连接铜排4、直流母排7、9和该功率单元的三相R、S、T输入铜排16、17、18与输出铜排14、15都是用导电性能优良的镀锡紫铜板冲压成型，连接铜棍5是两端设有内螺纹孔的镀锡紫铜圆棒。
参见图5，本实用新型实施例中的两组电解电容整体安装在箱体下侧，其上方用于放置散热器部件。可以看到：该安装结构非常紧凑，这种分体安装方式方便于安排和组织生产。
参见图6和图7，介绍散热器组件的结构组成及其与箱体组件两部分对接结构：先将组成逆变桥的IGBT器件10、整流二极管12和电阻13等控制电路其它元器件固装在散热器11的金属板上，该散热器金属板的另一侧是散热片。再将正、负两个直流母排7、9的一端与整流桥和逆变桥控制电路构成电连接，两个直流母排7、9的另一端则分别螺固在上下两个连接铜排4上。也就是固装在散热器金属板上的、由整流桥、逆变桥和电阻等元器件组成的控制电路与两组电解电容2相对安装固定。这样该正、负两个直流母排7、9就能够将电解电容2上存储的直流电压提供给IGBT组成的单项H形桥式逆变电路进行转换为频率可调的交流电(8是防止两者短路的绝缘板)，并通过功率单元的输出铜排14、15向外供电。
本实用新型已经试制出实施例样机，并进行了运行试验，试验结果是成功的，实现了发明目的。

Claims (8)

1、一种功率单元，包括：箱体、二极管组成的整流桥、电解电容、电阻、绝缘栅双极晶体管IGBT组成的逆变桥和散热器；其特征在于：该装置将电解电容分为两组，每组电解电容被铜排连接成串并联结构部件，再将相对的两组电解电容并联、紧固在一起；包括整流桥、逆变桥的其它电子元器件固装在散热器金属板上，并与该两组电解电容相对安装，电解电容通过正、负两个直流母排与整流桥和逆变桥控制电路构成电连接；该散热器金属底板的另一侧是散热片。
2、根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于：所述正、负两个直流母排之间设有用绝缘材料制成、防止短路的绝缘板。
3、根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于：所述两组电解电容的并联、紧固是用两个连接铜排和多个连接铜棍螺固实现的，所述正、负两个直流母排的一端分别螺固在两个连接铜排上，另一端连接整流桥和逆变桥控制电路。
4、根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于：所述铜排是用镀锡紫铜板冲压成型。
5、根据权利要求3所述的功率单元，其特征在于：所述连接铜排和直流母排是用镀锡紫铜板冲压成型，所述连接铜棍是两端设有内螺纹孔的镀锡紫铜圆棒。
6、根据权利要求4所述的功率单元，其特征在于：所述铜排是设有排成三行的多个通孔的矩形平板，其中上下两行通孔用于与各个电解电容的输出端连接，中间通孔用于穿过螺固连接铜棍的螺栓，以将两组电解电容并联、紧固为一体。
7、根据权利要求5所述的功率单元，其特征在于：所述连接铜排是两侧有折边的“槽钢”形构件，两个折边上分别设有多个用于与每组电解电容输出端连接的通孔，其中位于下侧的一个连接铜排中间通孔的折边直接与一直流母排螺固连接，位于上侧的另一个连接铜排中间设有窄长条状通孔，用于穿过上述直流母排，该连接铜排在窄长条状通孔一侧设有与另一直流母排螺固的通孔。
8、根据权利要求1所述的功率单元，其特征在于：所述两组电解电容放置在箱体下方，相对安装有整流桥和逆变桥控制电路的散热器则位于箱体上部。
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