CN210608893U - 功率模组、变流器功率模块及风能发电*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种功率模组、变流器功率模块及风能发电***，其中功率模组包括散热器、功率开关模块，散热器和功率开关模块均设置在箱体内，散热器背向设置的两侧均设有功率开关模块。在使用时，一侧功率开关模块起整流作用，把交流电变换为直流电；另一侧功率开关模块起逆变作用，把直流电变换成交流电。在本申请提供的功率模组中，将散热器、功率开关模块集成在箱体中，整体结构紧凑，电能从交流变换成直流，再从直流变换成交流，这中间的路径较短，有效降低了回路中的杂散电感，整体***路径较短，有利于减小回路中的寄生电感，从而减小功率开关模块的尖峰电压，功率模组的可靠性提高。

Description

功率模组、变流器功率模块及风能发电***

技术领域

本实用新型涉及发电***技术领域，特别涉及一种功率模组。本实用新型还涉及一种包括上述功率模组的变流器功率模块。本实用新型又涉及一种包括上述变流器功率模块的风能发电***。

背景技术

随着风力发电技术的不断进步，风力发电机组不断向大型化发展，与之配套的风能变流器的功率等级也随之提升。通常采用的方式是将低功率等级的变流器功率单元通过简单的并联，以满足高功率等级的风力发电机组并网发电需求。

现有的风能变流器功率单元，功率密度不够高，大量采用并联方案，结构松散，导致功率模组的体积庞大，线路路径较长，导致功率开关模块的尖峰电压较大，功率模块的可靠性较低。

因此，如何提高功率模块可靠性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种功率模块，该功率模块可靠性提高。本实用新型的另一目的是提供一种包括功率模块的变流器功率模块。本实用新型的又一目的是提供一种包括上述变流器功率模块的风能发电***。

为实现上述目的，本实用新型提供一种功率模组，包括箱体、散热器、功率开关模块，所述散热器和所述功率开关模块均设置在所述箱体内，所述散热器背向设置的两侧均设有所述功率开关模块。

优选地，还包括设置在所述功率开关模块上的交流引出排，两个所述功率开关模块上的所述交流引出排，一者的引出端位于上方，另一者的引出端位于下方，所述引出端位于所述箱体外侧。

优选地，所述散热器为水冷散热器所述交流引出排的所述引出端为向所述散热器底端和顶端翻边的结构，所述散热器的进水口和出水口位于所述散热器的侧端。

优选地，所述箱体包括安装框架、前盖板、侧盖板、端部绝缘板及后挡板，所述安装框架、所述前盖板、所述端部绝缘板、所述侧盖板及所述后挡板围合形成中空腔体；所述前盖板与所述后挡板正对，前盖板和所述后挡板固定连接在所述安装框架上，所述安装框架的顶端和底端均设有所述交流引出排的所述引出端伸出的缺口；

所述侧盖板为两个，两个所述侧盖板正对，且所述侧盖板相对两侧分别与所述前盖板和所述后挡板固定连接，所述侧盖板为绝缘件，所述盖板与所述功率开关模块正对设置；

所述端部绝缘板为两个，两个所述端部绝缘板分别固定连接在所述安装框架的顶端和底端，且用于封堵所述缺口；

所述散热器和所述功率开关模块均位于所述中空腔体内，所述箱体的顶部和底部均设有与所述中空腔体连通的通风口。

优选地，还包括直流母排，所述直流母排包括正极板、负极板和位于所述正极板和所述负极板之间的绝缘层，所述正极板的引出排端部和所述负极板的引出排端部向远离所述绝缘层方向延伸。

优选地，所述正极板的引出排和所述负极板的引出排上均设置有切口。

优选地，所述功率开关模块为偶数个，所述功率开关模块至少为四个，所有所述功率开关模块对称分布在散热器背向设置的两侧。

优选地，所述功率开关模块为IGBT模块、IGCT模块或二极管。

一种变流器功率模块，包括功率模组及与所述功率模组电连接的电容池，所述功率模组为上述任一项所述的功率模组。

优选地，所述功率模组为三个，三个所述功率模组平行布置在所述电容池上，三个所述功率模组分别为三相交流电中的A相模组、B相模组和C相模组。

优选地，所述电容池固定连接于所述箱体外侧，所述电容池包括安装板、安装在所述安装板上的多个直流支撑电容及安装在所述直流支撑电容上的电容池母排，所述功率开关模块与所述电容池母排电连接。

一种风能发电***，包括变流器功率模块，所述变流器功率模块为上述任一项所述的变流器功率模块。

优选地，相邻两组功率模组之间的电容池母排上设置有过流保护器。

优选地，所述通风装置包括散热风扇、气液换热器、导风腔，气液换热器与导风腔固定连接，所述散热风扇与所述气液换热器固定连接，且所述散热风扇与所述导风腔连通，所述导风腔与所述箱体内部连通，所述散热风扇为吹风机或抽风机。

在上述技术方案中，本实用新型提供的功率模组包括箱体、散热器、功率开关模块，散热器和功率开关模块均设置在箱体内，散热器背向设置的两侧均设有功率开关模块。在使用时，一侧功率开关模块起整流作用，把交流电变换为直流电；另一侧功率开关模块起逆变作用，把直流电变换成交流电。

通过上述描述可知，在本申请提供的功率模组中，将散热器、功率开关模块集成在箱体中，整体结构紧凑，电能从交流变换成直流，再从直流变换成交流，这中间的路径非常短，有效降低了回路中的杂散电感，***路径较短，有利于减小回路中的寄生电感，从而减小功率开关模块的尖峰电压，功率模组的可靠性提高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的变流器功率模块的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的功率模组的分解图；

图3为本实用新型实施例所提供的箱体的结构示意图；

图4为本实用新型实施例所提供的直流母排的结构示意图；

图5为本实用新型实施例所提供的变流器功率模块的局部结构图；

图6为本实用新型实施例所提供的变流器功率模块三维结构图；

图7为本实用新型实施例所提供的变流器功率模块的工作原理图。

其中图1-7中：

1-变流器功率模块；

10-功率模组；

11-箱体、111-安装框架、112-前盖板、113-侧盖板、114-后挡板、115-端部绝缘板、116-通风口；

12-散热器；

13-功率开关模块；

14-驱动板；

15-直流母排、151-正极板、152-负极板、153-绝缘层、154-切口、155-限位口、156-避让口；

16-绝缘子；

17-交流引出排；

20-电容池、201-安装板、202-直流支撑电容、203-电容池母排、2031-正极板引脚、2032-负极板引脚；

2-通风装置、21-散热风扇、22-气液换热器、23、导风腔；

3-过流保护器。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种功率模块，该功率模块可靠性提高。本实用新型的另一核心是提供一种包括功率模块的变流器功率模块。本实用新型的又一核心是提供一种包括上述变流器功率模块的风能发电***。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1至图7。

在一种具体实施方式中，本实用新型具体实施例提供的功率模组包括箱体11、散热器12、功率开关模块13，散热器12和功率开关模块13均设置在箱体11内。具体的，功率开关模块13可以为IGBT模块、IGCT模块或二极管等。

散热器12背向设置的两侧均设有功率开关模块13，即散热器12两侧的功率开关模块13分别作为整流功率开关模块和逆变功率开关模块。具体的，散热器可以为风冷散热器，通过风机将外界低温气体通过进入口进入散热器内部腔体，腔体内热空气通过与出气口连通的排气管道排出。

其中，散热器12背向设置的两侧功率开关模块13个数可以相等，也可以不相等，优选，功率开关模块13为多个，具体的，优选功率关模块13为偶数个，且功率开关模块13至少为四个，且所有功率开关模块13对称分布在散热器12背向设置的两侧，即背向设置功率开关模块13沿散热器12镜像分布。具体的，功率开关模块13可以为六个。

该功率模组还包括位于箱体11内的驱动板14，其驱动控制电路板，具体的，驱动板14与散热器12连接。功率开关模块13上设置有交流引出排17和直流母排15，具体的，每侧多个功率开关模块13通过直流母排15并联，且交流引出排17也与每侧多个功率开关模块13并联。为了提高导电性，优选，交流引出排17和直流母排15为铜材质结构。

在使用时，一侧功率开关模块13(整流功率开关模块)起整流作用，把交流电变换为直流电；另一侧功率开关模块13(逆变功率开关模块)起逆变作用，把直流电变换成交流电。其中以U相为例，电能从U相交流引出排17进入整流功率开关模块，并经过其整流成直流电，注入电容池20的电容池母排203上，再由直流母排15进入散热器12另一组逆变功率开关模块上，并经过其逆变成交流电，通过A相的交流引出排17输出。

通过上述描述可知，在本申请提供的功率模组中，将散热器12、功率开关模块13集成在箱体11中，逆变功率开关模块和整流功率开关模块共用同一个散热器12，结构紧凑，整个***的路径短，尤其是直流侧路径较短，有利于减小回路中的寄生电感，从而减小功率开关模块13的尖峰电压，提高***的可靠性。同时，由于回路中的总寄生电感的减小，还可以适当精简直流支撑电容202等器件，降低了变流器***成本。

在一种具体实施方式中，该功率模组还包括直流母排15与箱体11固定连接的绝缘子16，直流母排15为多个，多个直流母排15并联设置，绝缘子16固定连接在散热器12，直流母排15设有与绝缘子16卡接的限位口155，直流母排15上还设置有固定孔，通过绝缘子16与箱体11固定在一起，以避免直流母排15和电容池母排203在连接是应力传递到功率开关模块13上。

直流母排15侧端设有用于避让散热器12的安装位置的避让口156，方便驱动板14的拆卸。直流母排15为叠层母排，直流母排15包括正极板151、负极板152和位于正极板151和负极板152之间的绝缘层153。

正极板151的引出排端部和负极板152的引出排端部向远离绝缘层153方向延伸，即如图4所示，直流母排15的正负引出排呈“Y”结构，使得正负极重叠度高，减小直流母排15的寄生电感；正极板151、负极板152的引出排上设置有切口154，降低引出排的刚度，增加其柔韧性，缓解连接应力。绝缘子16材料为SMC等绝缘材料，需保证可靠绝缘。

在功率开关模块13上的交流引出排17，两个功率开关模块13上的交流引出排17，一者的引出端位于上方，另一者的引出端位于下方，引出端位于箱体11外侧。具体的，引出端可以直接向上或向下伸出。

优选的，散热器12为水冷散热器，交流引出排17的引出端为向散热器12底端和顶端翻边的结构，散热器12的进水口和出水口位于散热器12的侧端。如此设置，使得功率模块占用空间率较小，同时便于合理布局各个结构。

在一种具体实施方式中，箱体11包括安装框架111、前盖板112、侧盖板113、端部绝缘板115及后挡板114，安装框架111、前盖板112、端部绝缘板115、侧盖板113及后挡板114围合形成中空腔体，具体的，安装框架111可以为绝缘结构，前盖板112、端部绝缘板115、侧盖板113及后挡板114可以均可拆卸固定连接在安装框架111上。

前盖板112与后挡板114正对，前盖板112和后挡板114固定连接在安装框架111上，安装框架111的顶端和底端均设有交流引出排17的引出端伸出的缺口。

侧盖板113为两个，两个侧盖板113正对，且侧盖板113相对两侧分别与前盖板112和后挡板114固定连接，侧盖板113为绝缘件，具体为非金属绝缘件，盖板与功率开关模块13正对设置。

端部绝缘板115为两个，端部绝缘板115为绝缘结构，两个端部绝缘板115分别固定连接在安装框架111的顶端和底端，且用于封堵缺口，具体的，该缺口设置在安装框架111端部，且侧部开口的U型缺口。

散热器12和功率开关模块13均位于中空腔体内，箱体11的顶部和底部均设有与中空腔体连通的通风口116，使得箱体11内部形成一个空气通道。

组装时，缺口用来穿过交流引出排17的引出端，再通过左右侧两侧的侧盖板113封闭起来，端部通过端部绝缘板115封堵，左右侧盖板113和端部绝缘板115的绝缘结构，一方面解决空间小导致的绝缘问题，另一方面，避免形成闭合磁路，防止交流引出排17穿过安装框架111时产生涡流发热。

本申请提供的一种变流器功率模块，包括功率模组10及与功率模组10电连接的电容池20，功率模组10为上述任一种功率模组10，由于功率模组10为上述任一种功率模组10，上文叙述了功率模具的具有结构，本申请包括上述功率模组10，同样具有上述效果。

在一种具体实施方式中，电容池20固定连接于箱体11外侧，电容池20包括安装板201、安装在安装板201上的多个直流支撑电容202及安装在直流支撑电容202上的电容池母排203，电容池母排203上设置有正极板引脚2031和负极板引脚2032。功率开关模块13与电容池母排203电连接。具体的，安装板201与箱体11固定连接。

根据现场的运行经验，功率开关模块13、驱动板14等器件的故障率比较高，而直流支撑电容202的故障率极低，故将直流侧支撑电容从传统的功率模组10中剥离出来，单独组成电容池20部件，极大地减轻了功率模组10的尺寸和重量，便于维护安装。

具体的，功率模组10为三个，三个功率模组10平行布置在电容池20上，三个功率模组10分别为三相交流电中的A相模组、B相模组和C相模组。功率模组10和电容池20连接在一起。具体的，三个功率模组10沿垂直于水平方向横向依次排布。

本申请提供的一种风能发电***，包括变流器功率模块1，变流器功率模块1为上述任一种变流器功率模块1。图中标示的U、V相是可以对调的，即电能流动方向是可逆的，可根据实际结构需要选择。

优选的，相邻两组变流器功率模块1之间的电容池母排203上设置有过流保护器3。具体的，两组变流器功率模块1的电容池母排203的正极板引脚2031和负极板引脚2032之间分别设置有熔丝或断路器等类似过流保护功能的保护器件3，可以有效保护因一组变流器功率模块1失效而波及其他变流器功率模块1，防止故障扩大。

在一种具体实施方式中，该风能发电***还包括通风装置2，通风装置2包括散热风扇21、气液换热器22、导风腔23，气液换热器22与导风腔23固定连接，散热风扇21与气液换热器22固定，且散热风扇21与导风腔23连通，导风腔23与箱体11内部连通，散热风扇21为吹风机或抽风机。

工作时，气液换热器22内的冷介质与机箱内的热空气进行热交换散热。散热风扇21通过风扇支架与气液换热器22固定在一起。通风装置2向变流器功率模块1中吹风，或从变流器功率模块1中抽风，从而降低变流器功率模块1内部的环境温度，避免其内部器件过热。

其中，每个功率模组集成多个功率开关模块13，且多个变流器功率模块1可以集成在仪器，形成高功率密度结构。利用这种变流器功率模块1，可以在一定的功率范围内建立一种具有模块式结构的、易于并联扩展的低成本通用装置，便于广泛推广使用。

为获得更大功率等级的变流器装置，将两个变流器功率模块1并列插装在机柜中，实现快速扩容，并在每一个变流器功率模块1的下方设置通风装置2。变流器功率模块1易于扩展，可构成一个用于不同功率范围的变流器装置。组合可能性并非穷举，变流器功率单元的数量取决于待建立的变流器装置的功率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种功率模组，其特征在于，包括箱体（11）、散热器（12）、功率开关模块（13），所述散热器（12）和所述功率开关模块（13）均设置在所述箱体（11）内，所述散热器（12）背向设置的两侧均设有所述功率开关模块（13）。

2.根据权利要求1所述的功率模组，其特征在于，还包括设置在所述功率开关模块（13）上的交流引出排（17），两个所述功率开关模块（13）上的所述交流引出排（17），一者的引出端位于上方，另一者的引出端位于下方，所述引出端位于所述箱体（11）外侧。

3.根据权利要求2所述的功率模组，其特征在于，所述散热器（12）为水冷散热器，所述交流引出排（17）的所述引出端为向所述散热器（12）底端和顶端翻边的结构，所述散热器（12）的进水口和出水口位于所述散热器（12）的侧端。

4.根据权利要求2所述的功率模组，其特征在于，所述箱体（11）包括安装框架（111）、前盖板（112）、侧盖板（113）、端部绝缘板（115）及后挡板（114），所述安装框架（111）、所述前盖板（112）、所述端部绝缘板（115）、所述侧盖板（113）及所述后挡板（114）围合形成中空腔体；所述前盖板（112）与所述后挡板（114）正对，前盖板（112）和所述后挡板（114）固定连接在所述安装框架（111）上，所述安装框架（111）的顶端和底端均设有所述交流引出排（17）的所述引出端伸出的缺口；

所述侧盖板（113）为两个，两个所述侧盖板（113）正对，且所述侧盖板（113）相对两侧分别与所述前盖板（112）和所述后挡板（114）固定连接，所述侧盖板（113）为绝缘件，所述盖板与所述功率开关模块（13）正对设置；

所述端部绝缘板（115）为两个，两个所述端部绝缘板（115）分别固定连接在所述安装框架（111）的顶端和底端，且用于封堵所述缺口；

所述散热器（12）和所述功率开关模块（13）均位于所述中空腔体内，所述箱体（11）的顶部和底部均设有与所述中空腔体连通的通风口（116）。

5.根据权利要求2所述的功率模组，其特征在于，还包括与所述功率开关模块（13）电连接的直流母排（15），所述直流母排（15）包括正极板（151）、负极板（152）和位于所述正极板（151）和所述负极板（152）之间的绝缘层（153），所述正极板（151）的引出排端部和所述负极板（152）的引出排端部向远离所述绝缘层（153）方向延伸。

6.根据权利要求5所述的功率模组，其特征在于，所述正极板（151）的引出排和所述负极板（152）的引出排上均设置有切口（154）。

7.根据权利要求1所述的功率模组，其特征在于，所述功率开关模块（13）为偶数个，所述功率开关模块（13）至少为四个，所有所述功率开关模块（13）对称分布在散热器（12）背向设置的两侧。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的功率模组，其特征在于，所述功率开关模块（13）为IGBT模块、IGCT模块或二极管。

9.一种变流器功率模块，包括功率模组（10）及与所述功率模组（10）电连接的电容池（20），其特征在于，所述功率模组（10）为权利要求1-8中任一项所述的功率模组（10）。

10.根据权利要求9所述的变流器功率模块，其特征在于，所述功率模组（10）为三个，三个所述功率模组（10）平行布置在所述电容池（20）上，三个所述功率模组（10）分别为三相交流电中的A相模组、B相模组和C相模组。

11.根据权利要求10所述的变流器功率模块，其特征在于，所述电容池（20）固定连接于所述箱体（11）外侧，所述电容池（20）包括安装板（201）、安装在所述安装板（201）上的多个直流支撑电容（202）及安装在所述直流支撑电容（202）上的电容池母排（203），所述功率开关模块（13）与所述电容池母排（203）电连接。

12.一种风能发电***，包括变流器功率模块（1），其特征在于，所述变流器功率模块（1）为权利要求9-11中任一项所述的变流器功率模块（1）。

13.根据权利要求12所述的风能发电***，其特征在于，相邻两组变流器功率模块（1）之间的电容池母排（203）上设置有过流保护器（3）。

14.根据权利要求12所述的风能发电***，其特征在于，还包括通风装置（2），所述通风装置（2）包括散热风扇（21）、气液换热器（22）、导风腔（23），所述气液换热器（22）与所述导风腔（23）固定连接，所述散热风扇（21）与所述气液换热器（22）固定连接，且所述散热风扇（21）与所述导风腔（23）连通，所述导风腔（23）与所述箱体（11）内部连通，所述散热风扇（21）为吹风机或抽风机。

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