CN210273211U - 一种分相分区设计的apf模块结构 - Google Patents

一种分相分区设计的apf模块结构 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种分相分区设计的APF模块结构，包括可拆卸箱体，其特征在于：所述可拆卸箱体内部设置有上下分层设置、用于形成空间隔离以实现强弱电分离目的APF模块结构，APF模块结构包括用于使用弱电的控制组件以及用于使用高压强电的中间层组件和下层组件，控制组件、中间层组件和下层组件从上至下依次分层设置；所述中间层组件、下层组件与可拆卸箱体的内壁之间形成通风道，可拆卸箱体的前后两侧壁上开设有与通风道相连通的通风孔，通风道内设置有设置于中间层组件下方、用于对装置进行散热的散热机构。本实用新型按分相分区设计，遵循强弱电分离、分层热隔离、重要发热器件靠近通风孔设计思路，有效提高了产品性能，提高了工作效率。

Description

一种分相分区设计的APF模块结构
技术领域
本实用新型涉及电力电子变换器技术领域，特别是一种分相分区设计的 APF模块结构。
背景技术
随着电子技术的不断发展，大量非线性负载的使用增加了电网谐波污染，解决电力电子装置和其他谐波源的谐波污染问题可以通过装设谐波补偿装置来补偿谐波。装设谐波补偿装置的传统方法是采用LC调谐滤波器，但是这种方法结构简单，且存在补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和***发生并联谐振，导致谐波放大、补偿效果不理性等缺点的产生。目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器(Active Power Filter，简称APF)，APF能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，因此，APF受到广泛重视并获得越来越多应用。
APF为集成度较高的电力电子产品，对运行环境要求较高，内部有IGBT 大功率器件需要通风散热设计，如长期运行中积尘较多、温度升高、接线繁杂都会造成设备频繁故障的隐患，这就对散热设计、风道设计、结构规划等有较高要求。
目前，APF模块结构设计多采用模块化设计，大容量APF的主流解决方案是将模块化的APF进行多模块并联，但是APF模块结构未设置强弱电分离结构，容易导致使用弱电工作的组件受损，从而导致装置的使用寿命不长，需要频繁进行维护，大大地增加了维护成本。
实用新型内容
本实用新型需要解决的技术问题是提供了一种分相分区设计的APF模块结构，以解决目前APF结构未设置强弱电分离结构而导致装置的使用寿命不长、需要频繁进行维护、增加维护成本的问题，以使得APF模块结构内部设置为分离结构，以达到增加装置的使用寿命、增强电气安全的目的。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。
一种分相分区设计的APF模块结构，包括可拆卸箱体，其特征在于：所述可拆卸箱体内部设置有上下分层设置、用于形成空间隔离以实现强弱电分离目的APF模块结构，APF模块结构包括用于使用弱电的控制组件以及用于使用高压强电的中间层组件和下层组件，控制组件、中间层组件和下层组件从上至下依次分层设置；所述中间层组件、下层组件与可拆卸箱体的内壁之间形成通风道，可拆卸箱体的前后两侧壁上开设有与通风道相连通的通风孔，通风道内设置有设置于中间层组件下方、用于对装置进行散热的散热机构。
进一步优化技术方案，所述中间层组件包括多块依次并列设置的进线板以及多块依次并列设置并分别与进线板一一对应连接的功率板，多块进线板与多块功率板连接形成一个用于使得控制组件与风道相隔离以保持控制组件洁净的隔离层；所述进线板的后端通过折弯铜排连接有用于接入高压交流电的交流主回路接线端子，相邻的两进线板之间通过“几”字形铜排相连接；所述功率板的底端设置有位于通风道内的IGBT，功率板与相对应的进线板之间以及相邻的两功率板之间分别通过小母排连接。
进一步优化技术方案，所述进线板上设置有用于实现APF模块结构软启动、闭合功能的充电电阻、控制继电器和旁路继电器，进线板上还设置有用于实现 APF模块结构输出电流采样功能的单元网侧输出电流采样电路和保险熔丝。
进一步优化技术方案，所述功率板上设置有用于为完成单元核心功率逆变的直流电容以及桥侧输出电流采样电路。
进一步优化技术方案，所述下层组件包括多块分别对应设置于进线板正下方的电抗板，电抗板与进线板之间通过导电铜柱连接。
进一步优化技术方案，所述电抗板上设置有用于实现LCL滤波功能的滤波电容、滤波电抗和保险熔丝。
进一步优化技术方案，所述控制组件包括通过连接柱设置在进线板正上方的绝缘板、设置于绝缘板上的主控板、设置于绝缘板上用于为散热机构提供电能的直流风机电源、插接于功率板上方的三电平驱动板以及插接于三电平驱动板上方的主驱动板，主控板的后端设置有用于连接弱电电源的主控板接线端子。
进一步优化技术方案，所述三电平驱动板上设置有用于实现IGBT驱动功能的驱动电路和NTC采样电路。
进一步优化技术方案，所述散热机构包括分别位于功率板正下方通过散热风机钣金支架设置在可拆卸箱体的底壁上的散热风机以及通过散热器钣金支架设置在可拆卸箱体的底壁上的IGBT散热器，IGBT紧邻设置在IGBT散热器的正上方，功率板通过散热器钣金支架进行支撑。
进一步优化技术方案，所述可拆卸箱体包括四面壳体底板、可拆卸设置于四面壳体底板前端的前面板以及可拆卸设置于四面壳体底板顶端的顶盖板，前面板的外壁上还设置有便于进行拉动的推拉把手；所述通风孔开设于前面板和四面壳体底板的后侧壁上。
由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得技术进步如下。
本实用新型按分相分区设计，遵循强弱电分离、分层热隔离、重要发热器件靠近通风孔等设计思路，将APF模块结构内部设置为分离结构，达到了增加装置的使用寿命、增强电气安全的目的，具有简洁紧凑、散热性好、防尘性好、易装配、易维修、成本低的优点，有效提高了产品性能，方便了装配、调试、维护，提高了工作效率，节约了成本，有利于批量生产和推广。
本实用新型板件按分相和功能分区设计，交流高压集中在电抗板和进线板、功率板，直流高压集中在功率板，与三电平驱动板、主驱动板和主控板弱电板件在板件上分开设计，结构上分层设计，形成空间隔离，有利于增强电气安全。
本实用新型将控制部分拆分为主控和单元控制两部分，当需要多个模块并联使用时仅需要一个主控板，此种设计成本优势明显。
本实用新型多块进线板与多块功率板连接形成一个隔离层，隔离层用于使得控制组件与风道相隔离，以保持控制组件洁净，对控制组件形成防尘隔层，有利于板件保持洁净，减小模块故障率。
附图说明
图1为本实用新型的外部结构示意图；
图2为本实用新型的整机分解图；
图3为本实用新型APF模块结构的侧视图；
图4为本实用新型APF模块结构的俯视图；
图5为本实用新型APF模块结构的结构示意图；
图6为本实用新型的后视图；
图7为本实用新型顶盖板拆除时的结构示意图。
其中：1、顶盖板；2、前面板；3、四面壳体底板；4、交流主回路接线端子；5、折弯铜排；6、“几”字形铜排；7、小母排；8、电抗板；9、进线板；10、功率板；11、三电平驱动板；12、主驱动板；13、主控板；14、直流风机电源； 15、IGBT；16、IGBT散热器；17、散热器钣金支架；18、散热风机；19、散热风机钣金支架；20、推拉把手；21、主控板接线端子。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。
一种分相分区设计的APF模块结构，结合图1至图7所示，包括可拆卸箱体和APF模块结构。
可拆卸箱体内部设置有APF模块结构，APF模块结构上下分层设置，用于形成空间隔离以实现强弱电分离目的。
APF模块结构包括控制组件、中间层组件和下层组件，控制组件、中间层组件和下层组件从上至下依次分层设置。弱电集中于控制组件，高压强电集中于中间层组件和下层组件。
中间层组件、下层组件与可拆卸箱体的内壁之间形成通风道，可拆卸箱体的前后两侧壁上开设有与通风道相连通的通风孔。通风道内设置有散热机构，散热机构设置于中间层组件下方，用于对装置进行散热。
中间层组件包括进线板9以及功率板10，进线板9依次并列设置有多块，功率板10依次并列设置有多块，并分别与进线板9一一对应连接。
多块进线板9与多块功率板10连接形成一个隔离层，隔离层用于使得控制组件与风道相隔离，以保持控制组件洁净，对控制组件形成防尘隔层，有利于板件保持洁净，减小模块故障率。
进线板9的后端通过折弯铜排5连接有交流主回路接线端子4，交流主回路接线端子4用于接入高压交流电。相邻的两进线板9之间N线通过“几”字形铜排6相连接。
进线板9上设置有用于实现APF模块结构软启动、闭合功能的充电电阻、控制继电器和旁路继电器，进线板9上还设置有用于实现APF模块结构输出电流采样功能的单元网侧输出电流采样电路和保险熔丝。
功率板10的底端焊接设置有位于通风道内的IGBT15，功率板10与相对应的进线板9之间以及相邻的两功率板10之间分别通过同种规格的小母排7连接，装配方便。
功率板10上设置有用于为完成单元核心功率逆变的直流电容以及桥侧输出电流采样电路。
下层组件包括电抗板8，电抗板8设置有多块，分别对应设置于进线板9正下方，电抗板8与进线板9之间通过导电铜柱连接，导电铜柱既具有导电功能，又具有支撑功能，简化模块结构设计。
除此以外，主回路载流介质使用PCB板的铜箔，节省了铜排设计及布局，简化了装配工序。
通风道内按风向依次为散热风机18、IGBT散热器16和电抗板8，将主要发热部件布置在同一层。
电抗板8上设置有用于实现LCL滤波功能的滤波电容、滤波电抗和保险熔丝。
控制组件包括绝缘板、主控板13、直流风机电源14、三电平驱动板11以及主驱动板12。
绝缘板通过连接柱设置在进线板9正上方。
主控板13设置于绝缘板上，主控板13的后端设置有用于连接弱电电源的主控板接线端子21。主控板13主要进行核心算法计算、模拟量采样、保护逻辑控制，对模块进行输出控制等。
本实用新型将控制部分拆分为主控和单元控制两部分，当需要多个模块并联使用时仅需要一个主控板，此种设计成本优势明显。
直流风机电源14设置于绝缘板上，用于为散热机构提供电能。
三电平驱动板11插接于功率板10上方，三电平驱动板11上设置有驱动电路和NTC采样电路，驱动电路和NTC采样电路用于实现IGBT驱动功能。
主驱动板12插接于三电平驱动板11上方，主要实现模块的驱动分配控制、保护、和主控通信等功能。
散热机构包括分别位于功率板10正下方的散热风机18以及IGBT散热器 16。散热风机18通过散热风机钣金支架19设置在可拆卸箱体的底壁上。IGBT 散热器16通过散热器钣金支架17设置在可拆卸箱体的底壁上。IGBT15紧邻设置在IGBT散热器16的正上方，将重要的发热件IGBT散热器16放置在靠近通风孔的进风口端，提高了散热效率，充分利用了空间。IGBT15靠螺丝固定在IGBT 散热器16上，功率板10对应IGBT15固定螺丝处开孔，方便IGBT固定。功率板10通过散热器钣金支架17进行支撑。
可拆卸箱体包括四面壳体底板3、前面板2以及顶盖板1。四面壳体底板3 的内壁上设计压铆螺钉和固定螺丝的开孔，用于固定电抗板8、散热器钣金支架 17和散热风机钣金支架19等内部结构件。四面壳体底板两侧面装钣金小件固定进线板9、主控板13固定板。主控板接线端子21和交流主回路接线端子4伸出四面壳体底板3。
前面板2可拆卸设置于四面壳体底板3前端，前面板2的外壁上还设置有便于进行拉动的推拉把手20，推拉把手20共设置有两个。顶盖板1可拆卸设置于四面壳体底板3顶端，具体地，顶盖板1和前面板2通过咬边用螺丝固定在四面壳体底板3上。通风孔开设于前面板2和四面壳体底板3的后侧壁上。
本实用新型功率模块印制板件按功能分区设计独立的功能板件：主驱动板 12、三电平驱动板11、功率板10、进线板9和电抗板8。电抗板8、进线板9、功率板10和三电平驱动板11为分相分区设计的印制板件。其中，电抗板8、进线板9、功率板10分别按相设计成三块相同板件，三电平驱动板11按相设计三路相同电路。
本实用新型交流高压集中在电抗板8、进线板9和功率板10，直流高压集中在功率板10，高压与三电平驱动板11、主驱动板12和主控板13弱电板件在板件上分开设计，结构上分层设计，形成了空间隔离状态。
本实用新型将控制部分拆分为主控和单元控制两部分，当需要多个模块并联使用时仅需要一个主控板，此种设计成本优势明显。

Claims (10)

1.一种分相分区设计的APF模块结构，包括可拆卸箱体，其特征在于：所述可拆卸箱体内部设置有上下分层设置、用于形成空间隔离以实现强弱电分离目的APF模块结构，APF模块结构包括用于使用弱电的控制组件以及用于使用高压强电的中间层组件和下层组件，控制组件、中间层组件和下层组件从上至下依次分层设置；所述中间层组件、下层组件与可拆卸箱体的内壁之间形成通风道，可拆卸箱体的前后两侧壁上开设有与通风道相连通的通风孔，通风道内设置有设置于中间层组件下方、用于对装置进行散热的散热机构。
2.根据权利要求1所述的一种分相分区设计的APF模块结构，其特征在于：所述中间层组件包括多块依次并列设置的进线板(9)以及多块依次并列设置并分别与进线板(9)一一对应连接的功率板(10)，多块进线板(9)与多块功率板(10)连接形成一个用于使得控制组件与风道相隔离以保持控制组件洁净的隔离层；所述进线板(9)的后端通过折弯铜排(5)连接有用于接入高压交流电的交流主回路接线端子(4)，相邻的两进线板(9)之间通过“几”字形铜排(6)相连接；所述功率板(10)的底端设置有位于通风道内的IGBT(15)，功率板(10)与相对应的进线板(9)之间以及相邻的两功率板(10)之间分别通过小母排(7)连接。
3.根据权利要求2所述的一种分相分区设计的APF模块结构，其特征在于：所述进线板(9)上设置有用于实现APF模块结构软启动、闭合功能的充电电阻、控制继电器和旁路继电器，进线板(9)上还设置有用于实现APF模块结构输出电流采样功能的单元网侧输出电流采样电路和保险熔丝。
4.根据权利要求2所述的一种分相分区设计的APF模块结构，其特征在于：所述功率板(10)上设置有用于为完成单元核心功率逆变的直流电容以及桥侧输出电流采样电路。
5.根据权利要求2所述的一种分相分区设计的APF模块结构，其特征在于：所述下层组件包括多块分别对应设置于进线板(9)正下方的电抗板(8)，电抗板(8)与进线板(9)之间通过导电铜柱连接。
6.根据权利要求5所述的一种分相分区设计的APF模块结构，其特征在于：所述电抗板(8)上设置有用于实现LCL滤波功能的滤波电容、滤波电抗和保险熔丝。
7.根据权利要求2所述的一种分相分区设计的APF模块结构，其特征在于：所述控制组件包括通过连接柱设置在进线板(9)正上方的绝缘板、设置于绝缘板上的主控板(13)、设置于绝缘板上用于为散热机构提供电能的直流风机电源(14)、插接于功率板(10)上方的三电平驱动板(11)以及插接于三电平驱动板(11)上方的主驱动板(12)，主控板(13)的后端设置有用于连接弱电电源的主控板接线端子(21)。
8.根据权利要求7所述的一种分相分区设计的APF模块结构，其特征在于：所述三电平驱动板(11)上设置有用于实现IGBT驱动功能的驱动电路和NTC采样电路。
9.根据权利要求2所述的一种分相分区设计的APF模块结构，其特征在于：所述散热机构包括分别位于功率板(10)正下方通过散热风机钣金支架(19)设置在可拆卸箱体的底壁上的散热风机(18)以及通过散热器钣金支架(17)设置在可拆卸箱体的底壁上的IGBT散热器(16)，IGBT(15)紧邻设置在IGBT散热器(16)的正上方，功率板(10)通过散热器钣金支架(17)进行支撑。
10.根据权利要求1所述的一种分相分区设计的APF模块结构，其特征在于：所述可拆卸箱体包括四面壳体底板(3)、可拆卸设置于四面壳体底板(3)前端的前面板(2)以及可拆卸设置于四面壳体底板(3)顶端的顶盖板(1)，前面板(2)的外壁上还设置有便于进行拉动的推拉把手(20)；所述通风孔开设于前面板(2)和四面壳体底板(3)的后侧壁上。
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