一种三电平风冷功率模块的制作方法

1.本实用新型属于风能发电领域，涉及一种功率模块，特别是涉及一种三电平风冷功率模块。


背景技术：

2.与两电平变流器相比，三电平变流器具有输出容量大、电压高、电流谐波含量小和效率高等优点，使其在风能发电领域得到越来越多的应用。随着市场对三电平风冷变流器功率数的不断增加，三电平风冷模块的体积也在不断增大，但因风机塔筒和塔筒门框尺寸限制，变流器整体尺寸很难改变，尤其是深度方向；传统三电平风冷模块的直线型风道(模块前侧进风，后侧出风)，模块后侧需要增加风机抽风，因变流器深度尺寸受限制，功率模块很难或者无法安装进变流器中；如中国专利 cn201921637226.7，其公开了一种t型三电平变流器的散热结构包括：贴合在t型三电平变流器中散热元件的底部，用于吸收散热元件散发热气流的基板，基板上设置有通风管道，并且，通风管道的横截面垂直于基板的水平面，通风管道内部沿着通风管道的通风方向上设置有多个相互平行且均匀分布的散热翅片，通风管道的管道一端设置有用于将制冷装置散发的制冷气流引入通风管道的进风口；显然，因为 t型三电平变流器中散热元件的热气流都是从通风管道内部的多个散热翅片进行散热的，这样散热元件的热气流就能够集中通过通风管道中的多个散热翅片进行散热，由此就可以显著提高散热结构的散热效率；
3.而为解决这一难题，研发一种能解决因变流器深度尺寸受限制，功率模块很难或者无法安装进变流器的问题的三电平风冷功率模块是相当有必要的。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供三电平风冷功率模块，为具有额定容量的模块化装置，可根据系统总容量，选用多个本实用新型的三电平风冷功率模块，配置母线电容池后组成三电平变流器的重要核心部件。
5.本实用新型的三电平风冷功率模块，采用了l型风道，能够解决因变流器深度尺寸受限制，功率模块很难或者无法安装进变流器的问题；同时本实用新型充分考虑了模块化设计，具有加工简单、安装简单，易维护，布局合理，性能可靠，环境适用性强等优点。
6.本实用新型采用的技术方案是：一种三电平风冷功率模块，包括壳体组件、散热器、igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)模块、模块外管适配板、模块内管适配板、模块驱动板组件、吸收电容、加热电阻、温控开关，内外管连接排组件、直流排组件、交流排；所述壳体组件为内凹结构，所述散热器嵌套设置在所述壳体组件的内凹结构中，所述散热器的基板面上设置有模块外管安装区 (21)和与所述模块外管安装区(21)上下并排设置的模块内管安装区(22)；所述模块外管安装区内均布安装有a个igbt模块，模块内管安装区内均布安装b个igbt模块；其中，a的数量是b的数量的2倍，所述模块外管安装区上的igbt模块和所述模块内管安装区上的igbt模块形成(a b)/3个“t”字
型排布；每个t”字型布局能形成一个单独回路，相比常用的“一”字型排布，损耗更小，性能更稳定；
7.优选地，所述散热器基板面上具有模块外管安装区和与模块外管安装区上下并排设置的模块内管安装区。
8.优选地，所述模块外管安装区上的igbt模块和所述模块内管安装区上的igbt模块通过螺钉与内外管连接排组件连接；模块驱动板组件通过螺钉安装在壳体组件上且在内外管连接排组件的上层，所述模块驱动板组件与模块外管适配板和模块内管适配板集中安装在一起且于两者中间位置；这样的布局合理点在于缩短了模块驱动板组件至模块外管适配板和模块内管适配板驱动线缆，更加有利于驱动控制，也方便接线。
9.优选地，直流排组件通过螺钉固定在壳体组件的上部，直流排组件的连接端与模块外管安装区上的igbt模块的直流端接口通过螺钉相连，且在模块外管安装区上的 igbt模块的直流端接口处安装有吸收电容；用于吸收杂散电感引起的电压尖峰，起到保护igbt模块的作用，使igbt模块的性能更加可靠。
10.优选地，加热电阻通过螺钉安装在散热器下部左右两侧位置，散热器上安装的温控开关可实时读取散热器的基板面上的温度，通过外部控制电路切断或开启电阻，从而保证本实用新型在低温潮湿环境中启机时迅速加热，避免出现凝露，提高模块整体可靠性和环境适用性。
11.优选地，交流排通过螺钉与模块内管安装区安装的igbt模块的交流端相连，交流排通过绝缘柱和螺钉与散热器相连；在变流器运行或运输振动时，在交流排上所产生的冲击载荷可集中在绝缘柱处，可有效避免igbt模块因交流端接口承受冲击载荷而损坏，提高了模块的可靠性。
12.优选地，所述散热器的基板面上且位于所述模块外管安装区的上方设置有直流排组件，所述直流排组件中的正极排、中性层排和负极排相互叠在一起，且两两之间均设有一层绝缘膜；正极排和中性层排上都设置2个压铆螺钉，正极排和中性层排均通过螺母与smc绝缘底板连接；负极排上通过涨铆工艺设置有2个铜套，负极排通过螺钉与smc绝缘底板连接；在变流器运行或运输振动时，正极排、中性层排和负极排上传递的冲击载荷可集中在smc绝缘底板上，可有效避免gbt模块直流端接口因承受冲击载荷而损坏；正极排、中性层排和负极排形成叠层结构，能够减小杂散电感，提高 igbt模块的可靠性。
13.优选地，内外管连接排组件中的上连接排和下连接排相互叠在一起，两者之间设置有一层绝缘膜。
14.优选地，模块驱动板组件中的连接板上通过螺钉安装有驱动板，驱动板和连接板之间设有绝缘膜。
15.使用时，本实用新型安装在配置了母线电容池的变流器中；本实用新型在变流器中运行时，从模块前侧进风口处进风，风经过散热器后从模块底部出风后进入风机，最后排出变流器；模块中形成了l型风道，对应的变流器中抽风离心风机可以安装在模块下侧，不必安装在模块后侧，从而减少了变流器深度方向的尺寸；其中壳体组件上的导风板与进风方向的夹角为35
°
，设置导风板作用是改变风向，使风更容易均匀进入散热器中，达到均匀散热的目的。
16.本实用新型可通过镜像设计壳体组件后可安装形成镜像的三电平功率模块，形成
背靠背形式的模块安装结构；本实用新型的三电平风冷功率模块，为具有额定容量的模块化装置，可根据系统总容量，选用多个本实用新型的三电平风冷功率模块。
17.本实用新型采用冷加工覆铝锌板作为壳体组件的材料，完全摒弃焊接加工方式，本实用新型根据主回路走向和器件装配需求，按功能分为以下几个单元：壳体组件、模块驱动板组件、内外管连接排组件和直流排组件，可以分别装配后再组装，具有安装简单，易维护的优点。
18.采用上述结构后，本实用新型有益效果为：
19.(1)本实用新型采用冷加工覆铝锌板作为壳体组件的材料，完全摒弃焊接加工方式，可加工性高；
20.(2)实用新型根据主回路走向和器件装配需求，按功能分为以下几个单元：壳体组件、模块驱动板组件、内外管连接排组件和直流排组件，可以分别装配后再组装，具有安装简单，易维护的优点。
21.(3)本实用新型采用l型风道，对应的变流器中抽风离心风机可以安装在模块下侧，不必安装在模块后侧，从而减少了变流器深度方向的尺寸，解决了变流器深度方向无法或很难安装的问题。
22.(4)本实用新型风道设置导风板，使风更容易均匀进入散热器中，可以使模块散热更加均匀。
23.(5)本实用新型直流排组件和交流排分别与smc绝缘底板和绝缘柱相连，可有效避免igbt模块承受冲击载荷而损坏，提高了模块的可靠性。
24.(6)本实用新型包含加热电阻和温控开关，保证本实用新型在低温潮湿环境中启机时迅速加热，避免出现凝露，提高模块整体可靠性和环境适用性；
25.(7)本实用新型通用性强，可通过镜像设计壳体组件后可安装形成镜像的三电平功率模块，形成背靠背形式的模块安装结构，本实用新型为具有额定容量的模块化装置，可根据系统总容量，选用多个本实用新型的三电平风冷功率模块。
附图说明
26.图1为本实用新型一种三电平风冷功率模块的正视图；
27.图2为本实用新型一种三电平风冷功率模块的局部分解图；
28.图3为本实用新型所述壳体组件的轴测图；
29.图4为本实用新型所述散热器的轴测图；
30.图5为本实用新型所述直流排组件的轴测图1；
31.图6为本实用新型所述直流排组件的轴测图2；
32.图7为本实用新型所述内外管连接排组件的轴测图；
33.图8为本实用新型所述模块驱动板组件的轴测图；
34.图9为本实用新型一实施例的正视图；
35.图10为本实用新型一种三电平风冷功率模块风道示意图；
36.图11为本实用新型一实施例的安装示意图。
37.附图标记说明：1、壳体组件，2、散热器，3、igbt模块，4、模块外管适配板，5、模块内管适配板，6、模块驱动板组件，7、吸收电容，8、加热电阻，9、温控开关， 10、内外管连接排组
件，11、直流排组件，12、交流排，13导风板，14进风口，15出风口，16母线电容池，21、模块外管安装区，22、模块内管安装区，111、正极排，112 中性层排，113、负极排，114、smc绝缘底板，101、上连接排，102、下连接排，61、驱动板，62、连接板。
具体实施方式
38.下面结合图1-11与具体实施方式对本实用新型做进一步的说明；以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
39.参看图1、图2、图3和图4，本实用新型提供一种三电平风冷功率模块，包括壳体组件1、散热器2、igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)模块 3、模块外管适配板4、模块内管适配板5、模块驱动板组件6、吸收电容7、加热电阻8、温控开关9，内外管连接排组件10、直流排组件11、交流排12；所述散热器2基板面上具有模块外管安装区21和与模块外管安装区21上下并排设置的模块内管安装区22。
40.模块外管安装区21内均布安装了6个igbt模块3，模块内管安装区22内均布安装了3 个igbt模块3，从整体来看，9个igbt形成了3个“t”字型排布，每个t”字型布局能形成一个单独回路，相比常用的“一”字型排布，损耗更小，性能更稳定；
41.本实用新型模块通用性强，通过改变igbt模块3的数量，可提供2种不同功率的选择来适配不同功率的变流器。例如，图9所示，在一些实施例中，模块外管安装区21内均布安装4个igbt模块3，模块内管安装区22内均布安装2个igbt模块3，从整体来看6 个igbt形成了2个“t”字型排布。
42.所述模块外管安装区21上的igbt模块3上安装有模块外管适配板4；所述模块内管安装区22上的igbt模块3上安装有模块内管适配板5；
43.参阅图2，模块外管安装区21和模块内管安装区22安装的igbt模块3通过螺钉与内外管连接排组件10连接；模块驱动板组件6通过螺钉安装在壳体组件1上且在内外管连接排组件10的上层。模块驱动板组件6与模块外管适配板4和模块内管适配板5集中安装在一起且正好处于两者中间位置，这样的布局合理点在于缩短了模块驱动板组件6至模块外管适配板4和模块内管适配板5驱动线缆，更加有利于驱动控制，也方便接线。
44.参阅图1，直流排组件11通过螺钉固定在壳体组件1的上部，其连接端与模块外管安装区21上的igbt模块3的直流端接口通过螺钉相连，且在igbt模块3的直流端接口处安装有吸收电容7，用于吸收杂散电感引起的电压尖峰，起到保护igbt模块3的作用，使 igbt模块3的性能更加可靠。
45.参阅图1，加热电阻8通过螺钉安装在散热器2下部左右两侧位置，散热器2上安装的温控开关9可实时读取散热板2的基板温度，通过外部控制电路切断或开启电阻。从而保证本实用新型在低温潮湿环境中启机时迅速加热，避免出现凝露，提高模块整体可靠性和环境适用性；
46.参阅图1，交流排12通过螺钉与模块内管安装区22安装的igbt模块3的交流端相连，交流排12通过绝缘柱和螺钉与散热器2相连；在变流器运行或运输振动时，在交流排12 上所产生的冲击载荷可集中在绝缘柱处，可有效避免igbt模块3因交流端接口承受冲击载
荷而损坏，提高了模块的可靠性。
47.参看图5和图6，直流排组件11中正极排111、中性层排112和负极排113相互叠在一起，两者之间加有一层绝缘膜；正极排111和中性层排112上都压有2个压铆螺钉，并通过螺母与smc绝缘底板114连接；负极排113上涨铆有2个铜套，通过螺钉与smc绝缘底板114连接；在变流器运行或运输振动时，正极排111、中性层排112和负极排113上传递的冲击载荷可集中在smc绝缘底板114上，可有效避免gbt模块3直流端接口因承受冲击载荷而损坏；正极排111、中性层排112和负极排113形成叠层结构，能够减小杂散电感，提高igbt模块3的可靠性。
48.参见图7，内外管连接排组件10中上连接排101和下连接排102相互叠在一起，两者之间加有一层绝缘膜；
49.参见图8，模块驱动板组件6中连接板62上通过螺钉安装有驱动板61，驱动板61和连接板62之间设有绝缘膜；
50.参见图10和图11，进风口14和出风口15如图中的位置所示，如方向c所示的位置为模块下侧安装离心风机抽风
51.实际使用时，本实用新型安装在配置了母线电容池16的变流器中；本实用新型在变流器中运行时，从模块前侧进风口14处进风，风经过散热器2后从模块底部出风后进入风机，最后排出变流器；模块中形成了l型风道，对应的变流器中抽风离心风机可以安装在模块下侧(如图11所示)，不必安装在模块后侧，从而减少了变流器深度方向(如图中所示的方向d)的尺寸；其中壳体组件1上的导风板13与进风方向的夹角为35
°
，设置导风板13作用是改变风向，使风更容易均匀进入散热器中，达到均匀散热的目的。
52.本实用新型可通过镜像设计壳体组件1后可安装形成镜像的三电平功率模块，形成如图11所示的背靠背形式的模块安装结构；本实用新型的三电平风冷功率模块，为具有额定容量的模块化装置，可根据系统总容量，选用多个本实用新型的三电平风冷功率模块。
53.本实用新型采用冷加工覆铝锌板作为壳体组件1的材料，完全摒弃焊接加工方式，本实用新型根据主回路走向和器件装配需求，按功能分为以下几个单元：壳体组件1、模块驱动板组件6、内外管连接排组件10和直流排组件11，可以分别装配后再组装，具有安装简单，易维护的优点。
54.以上所述，仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。