專利名稱：一種用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于高壓變頻器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種功率單元，特別是一種用于高壓 變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元。
背景技術(shù)：
模塊化的功率單元是高壓變頻器的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)高壓變頻調(diào)速的關(guān)鍵器 件，也是決定高壓變頻器特性、體積等諸多因素的主要部件。因此，在功率單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時， 不僅要考慮它的通風(fēng)散熱，還要考慮它的結(jié)構(gòu)緊湊、布置合理、安裝維護(hù)方便等許多因素， 從而使高壓變頻器的性能指標(biāo)最佳、體積最小。按照現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)、制造的功率單元主要由濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償器、整流電路、 逆變電路、緩沖電路等構(gòu)成普遍存在體積大、安裝復(fù)雜等多種缺陷，并對高壓變頻器的生 產(chǎn)、運(yùn)行和維護(hù)都造成一定影響和困難；另外目前高壓變頻器通常采用每相5-8單元的系 統(tǒng)構(gòu)架，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性受到很大影響。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對上述存在的問題，提供一種用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化 功率單元，該模塊化功率單元簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)布局緊湊、體積小巧、安裝維護(hù)方便。本實(shí)用新型通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化 功率單元，其特征在于，其包括扁平的矩形殼體，在殼體內(nèi)設(shè)有高壓變頻調(diào)速電路，在所述 殼體上設(shè)有將殼體吊裝起來的抽拉式吊裝結(jié)構(gòu)。在維修維護(hù)時將功率單元抽拉出來即可， 實(shí)用方便。在上述的用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元中，所述的抽拉式吊裝結(jié) 構(gòu)包括吊板導(dǎo)軌和固定在殼體上的單元吊架，所述的單元吊架鉤掛在吊板導(dǎo)軌上。其鉤掛 的方式與現(xiàn)有抽屜的結(jié)構(gòu)相同，這種抽拉式吊掛結(jié)構(gòu)，使功率單元能夠吊掛起來，在需要維 修或者維護(hù)的時候，可以將殼體拉出來，方便使用。在上述的用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元中，所述的功率單元有若 干個，且通過各自的吊裝結(jié)構(gòu)吊裝在高壓變頻器的柜體內(nèi)，在該柜體內(nèi)設(shè)有環(huán)氧槽鋼架，上 述的吊板導(dǎo)軌固定在環(huán)氧槽鋼架上，且吊板導(dǎo)軌按符合電氣絕緣距離的要求間隔排列。功 率單元吊掛在吊板導(dǎo)軌上，各個功率單元之間為按符合電氣絕緣距離的要求間隔排列，為 外絕緣方式。在上述的用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元中，所述的高壓變頻調(diào)速 電路包括輸入端頭、輸出端頭、整流橋、濾波電容器、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)組成的逆變 橋、母排母線、隔離變壓器、開關(guān)電源、控制電路板和并聯(lián)在逆變橋上的吸收電容，整流橋、 濾波電容器和逆變橋并聯(lián)連接，所述的輸入端頭與整流橋連接，所述的輸出端與逆變橋連 接，控制電路板與逆變橋連接，隔離變壓器和開關(guān)電源串聯(lián)在輸入端頭與控制電路板之間。在上述的用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元中，所述的殼體分為上層和下層，濾波電容器陣列布置在殼體上層，且濾波電容器中的各電容之間通過大面積母排 母線連接，在殼體下層設(shè)有與殼體固定的散熱器，在散熱器上依次固定電阻、整流橋、由絕 緣柵雙極晶體管(IGBT)組成的逆變橋和控制電路板，在控制電路板上設(shè)有信號檢測端和 控制信號輸出端；在逆變橋的上方設(shè)有若干根平行設(shè)置的條形母排母線，輸入端頭和輸出 端頭設(shè)置條形母排母線的一端，與輸入端頭連接的條形母排母線另一端設(shè)置在整流橋上， 與輸出端頭連接的條形母排母線另一端設(shè)置在逆變橋上，吸收電容與母排母線并位于母排 母線下方。在上述的用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元中，所述的散熱器上的電 力電子器件與所述殼體底座上的濾波電容器采用疊層的母排母線連接。并且充分考慮了母 排的疊層，以增加電容，減小電感。采用這種整體母排母線連接的方式，可以使單元內(nèi)部連 接器件大幅度減少，還使單元內(nèi)部走線清晰，達(dá)到使單元簡潔明快的效果。在上述的用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元中，所述的殼體上層具有 面板，上述的隔離變壓器和開關(guān)電源固定在面板上。在上述的用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元中，所述的逆變橋采用高 電壓等級3300V或者6000V的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，系統(tǒng)采用每相三單元，三相九單元 結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔、可靠性高。適用于電壓等級3kV、6kV，功率等級從220kVA至1750kVA， 包括在內(nèi)1750kVA各種類型高壓變頻器的模塊化功率單元。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元具有以下優(yōu)占.1、主回路結(jié)構(gòu)簡潔明了，6kV系統(tǒng)只有9個單元。2、由于沒有附加的輸入濾波器、輸出濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償器、緩沖電路等附加電 路，采用模塊式驅(qū)動電路，達(dá)到了元器件數(shù)量少，故障點(diǎn)少，可靠性高；體積小，便于安裝的 效果。3、由于采用3300V牽引級，高可靠絕緣柵雙極晶體管(IGBT)功率器件，使得變頻 器所需單元數(shù)量少，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)數(shù)量少，比普通變頻器少40%-50%。在絕 緣柵雙極晶體管(IGBT)導(dǎo)通壓降相同的情況下，功率柜功耗降低40-50%，系統(tǒng)發(fā)熱量小， 環(huán)境適應(yīng)性好。4、本實(shí)用新型抽拉式吊裝結(jié)構(gòu)，互換性好，功率單元采用模塊化結(jié)構(gòu)。同一變頻器 內(nèi)的所有功率單元可以在不進(jìn)行任何改動的情況下互換，且維修非常方便。

圖1為本高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元的抽拉式吊裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元的主電路結(jié)構(gòu)圖。圖中，1、模塊化功率單元；2、環(huán)氧槽鋼架；3、吊板導(dǎo)軌；4、殼體；5、單元吊架； 6、隔離變壓器；7、濾波電容器；8、母排母線；9、電阻；10、整流橋；11、絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) ；12、控制電路板；13、開關(guān)電源；14、散熱器；15、吸收電容；16、輸出端頭；17、輸入 端頭。
具體實(shí)施方式
以下是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步 的描述，但本實(shí)用新型并不限于這些實(shí)施例。如圖1所示，本用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元1包括扁平的矩形 殼體4，在殼體4內(nèi)設(shè)有高壓變頻調(diào)速電路，在殼體4的頂部設(shè)有將殼體4吊裝起來的抽拉 式吊裝結(jié)構(gòu)。抽拉式吊裝結(jié)構(gòu)包括吊板導(dǎo)軌3和固定在殼體4上的單元吊架5，鉤掛在吊板 導(dǎo)軌3上，吊板導(dǎo)軌3有上下兩根，上根吊板導(dǎo)軌3兩側(cè)具有L形折邊，單元吊架5為兩個 對稱設(shè)置的Z形結(jié)構(gòu)，L形這邊能吊掛穿設(shè)在兩個Z形結(jié)構(gòu)之間。下根吊板導(dǎo)軌3呈L形， 限制功率單元1的殼體4左右擺動。功率單元1有九個，且通過各自的抽拉式吊裝結(jié)構(gòu)吊裝在高壓變頻器的柜體內(nèi)， 在柜體內(nèi)設(shè)有四根平行設(shè)置的環(huán)氧槽鋼架2，吊板導(dǎo)軌3固定在環(huán)氧槽鋼架2上，且吊板導(dǎo) 軌3按符合電氣絕緣距離的要求間隔排列。這樣，吊裝在吊板導(dǎo)軌3上的功率單元1也按 符合電氣絕緣距離的要求間隔排列，使功率單元1之間形成外絕緣。如圖3所示，本高壓變頻調(diào)速電路包括輸入端頭17、輸出端頭16、整流橋10、濾波 電容器7、絕緣柵雙極晶體管(IGBT) 11組成的逆變橋、母排母線8、隔離變壓器6、開關(guān)電源 13、控制電路板12和并聯(lián)在逆變橋上的吸收電容15，整流橋10、濾波電容器7和逆變橋并 聯(lián)連接，輸入端頭17與整流橋10連接，所述的輸出端與逆變橋連接，控制電路板12與逆變 橋連接，隔離變壓器6和開關(guān)電源13串聯(lián)在輸入端頭17與控制電路板12之間，在控制電 路板12上設(shè)有信號檢測端和控制信號輸出端。這些元器件的布置如圖2所示，殼體4分為上層和下層，殼體4上層具有面板，隔 離變壓器6和開關(guān)電源13固定在面板上。濾波電容器7陣列布置在殼體4上層，且濾波電 容器7中的各電容之間通過大面積母排母線8串并聯(lián)連接，在殼體4下層設(shè)有與殼體4固 定的散熱器14，在散熱器14上從右到左依次固定電阻9、整流橋10、由絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)ll組成的逆變橋和控制電路板12，在逆變橋的上方設(shè)有五根平行設(shè)置的條形母排 母線8，輸入端頭17和輸出端頭16設(shè)置條形母排母線8的一端，與輸入端頭17連接的條形 母排母線8另一端設(shè)置在整流橋10上，與輸出端頭16連接的條形母排母線8另一端設(shè)置 在逆變橋上，吸收電容15設(shè)置在逆變橋和母排母線8之間。散熱器14上的電力電子器件與殼體4底座上的濾波電容器7采用母排母線8連 接，并且充分考慮了母排的疊層，以增加電容，減小電感。采用這種整體母排母線8連接的 方式，可以使單元內(nèi)部連接器件大幅度減少，還使單元內(nèi)部走線清晰，達(dá)到使單元簡潔明快 的效果。逆變橋采用高電壓等級3300V的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)ll，系統(tǒng)采用每相三 單元，三相九單元結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔、可靠性高。適用于電壓等級3kV、6kV，功率等級從 220kVA至1750kVA，包括在內(nèi)1750kVA各種類型高壓變頻器的模塊化功率單元1。
權(quán)利要求一種用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元，其特征在于，其包括扁平的矩形殼體(4)，在殼體(4)內(nèi)設(shè)有高壓變頻調(diào)速電路，在所述殼體(4)上設(shè)有將殼體(4)吊裝起來的抽拉式吊裝結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元，其特征在 于，所述的抽拉式吊裝結(jié)構(gòu)包括吊板導(dǎo)軌(3)和固定在殼體(4)上的單元吊架(5)，所述的 單元吊架(5)鉤掛在吊板導(dǎo)軌(3)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元，其特征在 于，所述的功率單元(1)有若干個，且通過各自的吊裝結(jié)構(gòu)吊裝在高壓變頻器的柜體內(nèi)，在 該柜體內(nèi)設(shè)有環(huán)氧槽鋼架(2)，上述的吊板固定在環(huán)氧槽鋼架(2)上，且吊板按符合電氣絕 緣距離的要求間隔排列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元， 其特征在于，所述的高壓變頻調(diào)速電路包括輸入端頭(17)、輸出端頭(16)、整流橋(10)、濾 波電容器(7)、絕緣柵雙極晶體管(11)組成的逆變橋、母排母線(8)、隔離變壓器(6)、開關(guān) 電源(13)、控制電路板(12)和并聯(lián)在逆變橋上的吸收電容(15)，整流橋(10)、濾波電容器 (7)和逆變橋并聯(lián)連接，所述的輸入端頭(17)與整流橋(10)連接，所述的輸出端與逆變橋 連接，控制電路板(12)與逆變橋連接，隔離變壓器(6)和開關(guān)電源(13)串聯(lián)在輸入端頭 (17)與控制電路板(12)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元，其特征在 于，所述的殼體(4)分為上層和下層，濾波電容器(7)陣列布置在殼體(4)上層，且濾波電 容器(7)中的各電容之間通過大面積母排母線(8)連接，在殼體(4)下層設(shè)有與殼體(4) 固定的散熱器(14)，在散熱器(14)上依次固定電阻(9)、整流橋(10)、由絕緣柵雙極晶體管 (11)組成的逆變橋和控制電路板(12)，在控制電路板(12)上設(shè)有信號檢測端和控制信號 輸出端，逆變橋的上方設(shè)有連接上述元器件的若干根相互平行的條形母排母線(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元，其特征在 于，所述的輸入端頭(17)和輸出端頭(16)設(shè)置條形母排母線(8)的一端，與輸入端頭(17) 連接的條形母排母線(8)另一端設(shè)置在整流橋(10)上，與輸出端頭(16)連接的條形母排 母線(8)另一端設(shè)置在逆變橋上，吸收電容(15)與母排母線(8)并位于母排母線(8)下方。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元，其特征在 于，所述的散熱器(14)上的電力電子器件與所述殼體(4)底座上的濾波電容器(7)采用疊 層的母排母線(8)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元，其特征在 于，所述的殼體(4)上層具有面板，上述的隔離變壓器(6)和開關(guān)電源(13)固定在面板上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元，其特征在 于，所述的逆變橋采用高電壓等級3300V或者6000V的絕緣柵雙極晶體管(11)，系統(tǒng)采用每 相三單元，三相九單元結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元，屬于高壓變頻器技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有的功率單元體積大、安裝復(fù)雜，組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性受到很大影響的問題。本用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元，包括扁平的矩形殼體，在殼體內(nèi)設(shè)有高壓變頻調(diào)速電路，在殼體上設(shè)有將殼體吊裝起來的抽拉式吊裝結(jié)構(gòu)。本用于高壓變頻器的經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)模塊化功率單元，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)布局緊湊、體積小巧、安裝維護(hù)方便。
文檔編號H05K7/20GK201608630SQ20092029494
公開日2010年10月13日 申請日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者劉高峰, 石旭東, 辛同磊, 鄭亞麗 申請人:臥龍電氣集團(tuán)股份有限公司;杭州臥龍電氣研究院有限公司