风电变流器及其功率模块的制作方法

1.本实用新型涉及电力设备技术领域，更具体地说，涉及一种风电变流器的功率模块，还涉及一种风电变流器。


背景技术：

2.现有风电变流器的功率模块将功率单元和电容单元集成在一起，形成一体式的功率模块，这种功率模块体积大、重量高，不便于运输、安装和后期维护。
3.因此，如何解决现有功率模块体积大、重量高，难于运输、安装和后期维护的问题，是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供一种风电变流器的功率模块，包括相互分体的功率单元和电容池单元，相比于现有技术中一体式的功率模块，各分体的体积小、重量轻，能够以分体形式运输，并在现场分别吊装安装，也能在后期维护时根据需要单独拆装功率单元或单独拆装电容池单元，便于运输、安装和后期维护。本实用新型还提供一种应用上述功率模块的风电变流器，方便运输、安装和后期维护。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种风电变流器的功率模块，包括相互分体的功率单元和电容池单元，所述功率单元的直流侧母排与所述电容池单元的电容池母线电连接。
7.优选的，上述功率模块中，所述电容池单元包括：
8.电容池框架，所述电容池框架与所述电容池母线围成容置空间；
9.直流电容，所述直流电容布置在所述容置空间内；所述直流电容为多只，且各直流电容的电容端子分别连接于所述电容池母线。
10.优选的，上述功率模块中，所述容置空间的两端开口。
11.优选的，上述功率模块中，各所述直流电容的两个电容端子分别沿第一方向布置。
12.优选的，上述功率模块中，所有的所述直流电容沿所述第二方向对称分布；所述第一方向与所述第二方向垂直。
13.优选的，上述功率模块中，所述电容池框架设有把手和起吊孔。
14.优选的，上述功率模块中，所述电容池母线包括依次层叠布置的负极母排、绝缘层和正极母排；所述功率单元的直流侧母排通过铜垫块与所述电容池母线电连接。
15.优选的，上述功率模块中，所述功率单元包括：
16.功率单元框架，所述功率单元框架安装有液冷板和防护面板；所述功率单元框架、所述液冷板和所述防护面板三者围成安装空间；
17.igbt模块组，所述igbt模块组布置在所述安装空间内，包括多个分别贴紧所述液冷板的igbt模块；各所述igbt模块的直流侧分别通过直流侧母排引出所述功率单元框架、交流侧分别通过交流连接铜排引出所述功率单元框架；
18.驱动板，所述驱动板布置在所述安装空间内，并位于所述igbt模块背离所述液冷板的一侧。
19.优选的，上述功率模块中，所述igbt模块组中各igbt模块依次排布，并相互平行；所述igbt模块组中所有igbt模块的直流侧位于同侧、所有igbt模块的交流侧亦位于同侧。
20.优选的，上述功率模块中，所述igbt模块组中各igbt模块沿第一方向依次排布；所述直流侧母排沿第一方向延伸至所述igbt模块组中各所述igbt模块处。
21.优选的，上述功率模块中，所述液冷板布置在所述功率单元框架中部，并将所述功率单元框架和所述防护面板围成的内部空间分隔成两个安装空间；两个所述安装空间内分别布置有igbt模块组、驱动板。
22.优选的，上述功率模块中，所述功率单元为多个，各功率单元沿第二方向依次排列。
23.一种风电变流器，包括功率模块，所述功率模块为上述技术方案中任意一项所述的功率模块。
24.优选的，上述风电变流器中，所述功率模块为两个，两功率模块的电容池单元相互贴近，且两功率模块的电容池母线通过连接铜排和熔断器相互连接。
25.本实用新型提供一种风电变流器的功率模块，包括相互分体的功率单元和电容池单元；功率单元的直流侧母排与电容池单元的电容池母线电连接。
26.本实用新型提供的功率模块包括相互分体的功率单元和电容池单元，相比于现有技术中一体式的功率模块，各分体的体积小、重量轻，能够以分体形式运输，并在现场分别吊装安装，也能在后期维护时根据需要单独拆装功率单元或单独拆装电容池单元，便于运输、安装和后期维护。
27.本实用新型还提供一种应用上述功率模块的风电变流器，方便运输、安装和后期维护。
附图说明
28.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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本实用新型实施例提供的风电变流器的功率模块的立体结构示意图；
30.图2为本实用新型实施例提供的电容池单元中直流电容与电容池框架的装配图；
31.图3为本实用新型实施例提供的电容池母线的爆炸图；
32.图4为本实用新型实施例提供的功率单元的爆炸图；
33.图5为本实用新型实施例提供的两个功率模块的装配示意图；
34.其中，图1-图5中：
35.电容池单元100；直流电容101；连接件102；把手103；挡风板104；电容池母线110；负极母排111；绝缘层112；正极母排113；铜垫块114；功率单元200；防护面板201、210；直流侧母排202、209；驱动板203、208；igbt模块204、207；功率单元框架205；液冷板206；交流连接铜排211、212；前挡板213；连接铜排310；熔断器320；功率模块m1、m2。
具体实施方式
36.本实用新型实施例公开了一种风电变流器的功率模块，包括相互分体的功率单元和电容池单元，相比于现有技术中一体式的功率模块，各分体的体积小、重量轻，能够以分体形式运输，并在现场分别吊装安装，也能在后期维护时根据需要单独拆装功率单元或单独拆装电容池单元，便于运输、安装和后期维护。本实用新型实施例还公开一种应用上述功率模块的风电变流器，方便运输、安装和后期维护。
37.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
38.请参阅图1-图5，本实用新型实施例提供一种风电变流器的功率模块，包括相互分体的功率单元200和电容池单元100；功率单元200的直流侧母排与电容池单元100的电容池母线110电连接。
39.本实施例提供的功率模块包括相互分体的功率单元200和电容池单元100，相比于现有技术中一体式的功率模块，各分体的体积小、重量轻，能够以分体形式运输，并在生产现场分别吊装安装，也能在后期维护时根据需要单独拆装功率单元200或单独拆装电容池单元100，便于运输、安装和后期维护。
40.上述功率模块中，电容池单元100包括：
41.电容池框架；电容池框架与电容池单元100的电容池母线110围成容置空间；
42.直流电容101，直流电容101布置在容置空间内；直流电容101为多只，且各直流电容101的电容端子分别连接于电容池母线110。
43.具体的，上述功率模块中，所有直流电容101布置在电容池母线110的同侧，功率单元布置在电容池母线110背离直流电容101的一侧。电容池母线110通过直流电容101与电容池框架相连。
44.上述容置空间是两端开口的容置空间，两端开口可分别用作通风入口和通风出口，使整个容置空间成为通风通道，便于通过风冷方式对各直流电容101散热。优选的，容置空间中开口的两端相对；在功率模块处于正常使用状态时，容置空间开口的两端分别为容置空间的上端和下端。
45.电容池框架包括安装板、连接件102和挡风板104；电容池母线110为板状结构，安装板与电容池母线110平行布置；连接件102安装于安装板、挡风板104安装于连接件102；挡风板104为两个，且两个挡风板104分布在安装板两端处；安装板、电容池母线110和两个挡风板104围成上下贯通的容置空间，能用作风道，便于散热。直流电容101固定于安装板。
46.优选的，电容池框架设有把手103和起吊孔。具体的，把手103安装于连接件、起吊孔设置于安装板的上端，便于电容池单元100移动、安装以及拆卸。
47.电容池母线110包括依次层叠布置的负极母排111、绝缘层112和正极母排113。功率单元200的直流侧母排通过铜垫块104与电容池母线110电连接，能保证搭接处过流及搭接处强度。
48.上述电容池单元100中，各直流电容101的两个电容端子分别沿第一方向布置。所有的直流电容101沿第二方向对称分布，第二方向与第一方向垂直。
49.具体的，在电容池单元100处于正常使用状态时，第一方向为竖直方向，第二方向为水平方向且第二方向与电容池母线110的板面平行。在正常使用状态时，“所有的直流电容101沿第二方向对称分布”是指电容池单元100中所有直流电容101分成上下两部分，上部的直流电容101与下部的直流电容101相互对称。
50.本实施例中，与正极母排113电连接的铜垫块114和与负极母排111电连接的铜垫块114沿第一方向(即竖直方向)依次排布。直流电容101的电容端子沿竖直方向布置，并且所有直流电容101沿上下方向对称分布，使电容池母线110中电流路径(即igbt模组204正极与直流电容101正极之间的电流路径、igbt模组204正极与直流电容101负极之间的电流路径)面积更小，重合度更高，杂散电感更低。
51.如图2所示，电容池模块100包含38只(不限于38只，具体可根据电压尖峰值选用合适数量的直流电容101)直流电容101，直流电容101由上到下排成6排，且上部的3排直流电容101与下部的3排直流电容101相互对称。38只直流电容101
52.进一步的，上述实施例中，电容池单元100的直流电容101沿第一方向对称分布，即在正常使用状态时，直流电容101左右对称分布，如图2所示。相应的，电容池母线110呈上下对称、左右对称布置，如图3所示，杂散电感更低。
53.上述功率模块中，功率单元200包括：
54.功率单元框架205，功率单元框架205安装有液冷板206和防护面板；功率单元框架205、液冷板206和防护面板三者围成安装空间；
55.igbt模块组，igbt模块组布置在安装空间内，包括多个分别贴紧液冷板的igbt模块；各igbt模块的直流侧分别通过直流侧母排引出功率单元框架205、交流侧分别通过交流连接铜排引出功率单元框架205；
56.驱动板，驱动板布置在安装空间内，并位于igbt模块背离液冷板的一侧。防护面板起防护作用，防止因意外导致igbt模块损坏时对周围器件产生影响。
57.上述功率模块中，igbt模块贴紧液冷板206，利用在液冷板206中流动的冷却剂(如水等)将igbt模块组中各igbt模块工作时产生的热量带走，使igbt模块处于适宜工作的温度。
58.优选的，上述igbt模块组中各igbt模块依次排布，并相互平行；igbt模块组中所有igbt模块的直流侧位于同侧、所有igbt模块的交流侧亦位于同侧，以便igbt模块组中所有igbt模块的直流侧通过同一个直流侧母排引出、交流侧通过同一个交流连接铜排引出，并减小直流侧母排、交流连接铜排的尺寸。igbt模块组中所有igbt模块的直流侧靠近电容池母线110。
59.本实施例中，igbt模块组中各igbt模块并联布置，使igbt模块直流侧正负极靠近电容池单元100，可以减小直流侧母排的尺寸，降低成本，并使整个功率模块结构更加紧凑，减小体积。
60.优选的，上述igbt模块组中各igbt模块沿第一方向依次排布；直流侧母排沿第一方向延伸至igbt模块组中各igbt模块处，利于缩短igbt模块与直流电容101之间的电流路径。
61.上述功率单元200中，液冷板206布置在功率单元框架205中部，并将功率单元框架205和防护面板围成的内部空间分隔成两个安装空间；两个安装空间内分别布置有igbt模
块组和驱动板。液冷板206设置为双面液冷板，用于对两个安装空间内igbt模块组进行散热，提高液冷板206的利用率，并充分利用功率单元框架205的内部空间。
62.本实施例中功率单元200采用双面液冷设计，能集成更多igbt模块，单位体积内功率密度更大。
63.如图4所示，功率单元框架205呈环状结构，两端开口，且两端开口处分别通过固定件安装有防护面板201、210；液冷板206固定在功率单元框架205中部，并且功率单元框架205的两端开口分布在液冷板206两侧；功率单元框架205、液冷板206和防护面板201围成的安装空间内设有第一igbt模块组、驱动板203，第一igbt模块组中igbt模块204的直流侧正负极通过直流侧母排202引出、交流侧通过交流连接铜排211引出；功率单元框架205、液冷板206和防护面板210围成的安装空间内设有第二igbt模块组、驱动板208，第二igbt模块组中igbt模块207的直流侧正负极通过直流侧母排209引出、交流侧通过交流连接铜排212引出。
64.功率单元框架205可设置为一体式结构，但为了便于装配液冷板206，功率单元框架205设置为包括“u”型主体和安装于“u”型主体的开口处的前挡板213。前挡板213上设有便于液冷板206的连接管引出的缺口。
65.优选的，上述功率模块中，电容池单元100为1个，功率单元200为多个，各功率单元200沿第二方向依次排列。多个功率单元200和一个电容池单元100通过电容池母线110相互连接，使回路的寄生电感更低。
66.本实用新型实施例还提供一种风电变流器，包括功率模块，功率模块为上述实施例提供的功率模块。
67.具体的，上述风电变流器中，功率模块为两个，包括功率模块m1和功率模块m2；两功率模块的电容池单元100相互贴近，且两个功率模块的电容池母线110通过连接铜排310和熔断器320相互连接，如图5所示。
68.本实施例中，功率模块m1和功率模块m2通过连接铜排310和熔断器320相互连接，防止因一侧功率模块失效导致另一侧功率模块受损。同时，两功率模块的电容池单元100相互贴近，使两功率模块的直流侧换流路径更短，均流性更好。
69.本实施例提供的风电变流器应用上述实施例提供的功率模块，方便运输、安装和后期维护。当然，本实施例提供的风电变流器还具有上述实施例提供的有关功率模块的其他效果，在此不再赘述。
70.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。
71.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。

技术特征：
1.一种风电变流器的功率模块，其特征在于，包括相互分体的功率单元和电容池单元，所述功率单元的直流侧母排与所述电容池单元的电容池母线电连接；所述电容池母线包括依次层叠布置的负极母排、绝缘层和正极母排；所述功率单元的直流侧母排通过铜垫块与所述电容池母线电连接。2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述电容池单元包括：电容池框架，所述电容池框架与所述电容池母线围成容置空间；直流电容，所述直流电容布置在所述容置空间内；所述直流电容为多只，且各直流电容的电容端子分别连接于所述电容池母线。3.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述容置空间的两端开口。4.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，各所述直流电容的两个电容端子分别沿第一方向布置。5.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所有的所述直流电容沿第二方向对称分布；所述第一方向与所述第二方向垂直。6.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于；所述电容池框架设有把手和起吊孔。7.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述功率单元包括：功率单元框架，所述功率单元框架安装有液冷板和防护面板；所述功率单元框架、所述液冷板和所述防护面板三者围成安装空间；igbt模块组，所述igbt模块组布置在所述安装空间内，包括多个分别贴紧所述液冷板的igbt模块；各所述igbt模块的直流侧分别通过直流侧母排引出所述功率单元框架、交流侧分别通过交流连接铜排引出所述功率单元框架；驱动板，所述驱动板布置在所述安装空间内，并位于所述igbt模块背离所述液冷板的一侧。8.根据权利要求7所述的功率模块，其特征在于，所述igbt模块组中各igbt模块依次排布，并相互平行；所述igbt模块组中所有igbt模块的直流侧位于同侧、所有igbt模块的交流侧亦位于同侧。9.根据权利要求8所述的功率模块，其特征在于，所述igbt模块组中各igbt模块沿第一方向依次排布；所述直流侧母排沿第一方向延伸至所述igbt模块组中各所述igbt模块处。10.根据权利要求7所述的功率模块，其特征在于，所述液冷板布置在所述功率单元框架中部，并将所述功率单元框架和所述防护面板围成的内部空间分隔成两个安装空间；两个所述安装空间内分别布置有igbt模块组、驱动板。11.根据权利要求1、7-10任意一项所述的功率模块，其特征在于，所述功率单元为多个，各功率单元沿第二方向依次排列。12.一种风电变流器，包括功率模块，其特征在于，所述功率模块为权利要求1-11任意一项所述的功率模块。13.根据权利要求12所述的风电变流器，其特征在于，所述功率模块为两个，两功率模块的电容池单元相互贴近，且两功率模块的电容池母线通过连接铜排和熔断器相互连接。

技术总结
本实用新型公开了一种风电变流器的功率模块，包括相互分体的功率单元和电容池单元；功率单元的直流侧母排与电容池单元的电容池母线电连接。上述功率模块包括相互分体的功率单元和电容池单元，相比于现有技术中一体式的功率模块，各分体的体积小、重量轻，能够以分体形式运输，并在现场分别吊装安装，也能在后期维护时根据需要单独拆装功率单元或单独拆装电容池单元，便于运输、安装和后期维护。本实用新型还提供一种应用上述功率模块的风电变流器，方便运输、安装和后期维护。安装和后期维护。安装和后期维护。


技术研发人员：陈章良 黄彭发 汪晓刚
受保护的技术使用者：阳光电源股份有限公司
技术研发日：2021.06.08
技术公布日：2022/5/25