功率组件和级联型变频器的制作方法

1.本实用新型涉及电力电子设备领域，特别涉及一种功率组件和级联型变频器。


背景技术：

2.级联型高压变频器是通过级联功率单元，利用移相整流单元串联多电平输出技术来实现变频的高压变频器，通过每相单元的串联可以大幅降低单元功率器件的耐压要求，并减小输入电流的谐波，很好地解决了高压大功率负载场合的电动机调速问题，并取得了显著的节能效果，因此，在高压领域，级联型变频器占有很大的应用份额。
3.现有级联型高压变频器大多采用独立单元串联，即每个单元都包含一套完整的整流逆变单元，级联级数较多，设备体积大，并且容量越大体积就越大，大体积会给生产、运输、调试、维护等各方面带来不便，与此同时，成本也会有所增加，级联型变频器经过多年的发展，日益完善，但其体积难以进一步缩小。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的是提供一种功率组件和级联型变频器，旨在减小级联型变频器的体积。
5.为实现上述目的，
6.支架；
7.功率板，设置于所述支架上，所述功率板包括第一功率板和第二功率板，所述第一功率板和第二功率板并排设置，所述第一功率板上设置有第一整流逆变单元，所述第二功率板上设置有第二整流逆变单元；
8.控制板，设置于所述支架上，所述控制板与所述第一整流逆变单元和所述第二整流逆变单元电连接。
9.可选地，所述第一整流逆变单元和所述第二整流逆变单元相邻且并排设置。
10.可选地，所述第一整流逆变单元和所述第二整流逆变单元均包括功率模块和电容组，所述第一整流逆变单元的电容组和所述第二整流逆变单元的电容组相对间隔设置，所述第一整流逆变单元的功率模块和所述第二整流逆变单元的功率模块并排设置在两个电容组之间。
11.可选地，所述第一整流逆变单元的功率模块和所述第二整流逆变单元的功率模块沿两电容组的排布方向排布；
12.所述第一整流逆变单元和所述第二整流逆变单元还均包括继电器，所述第一整流逆变单元的继电器和所述第二整流逆变单元的继电器在所述功率板上沿两电容组的排布方向排布，且各自邻近一功率模块设置。
13.可选地，所述功率组件还包括散热器，所述散热器贴设于所述第一整流逆变单元的功率模块和所述第二整流逆变单元的功率模块上。
14.可选地，所述支架具有第一侧板，所述第一侧板具有相对的第一侧和第二侧；
15.所述功率板设于所述支架的第一侧，所述第一侧板对应所述第一整流逆变单元和第二整流逆变单元的位置分别具有穿设孔，所述第一整流逆变单元和第二整流逆变单元分别穿设于对应的穿设孔中；
16.所述散热器于所述第一侧板的第二侧贴设于所述第一整流逆变单元的功率模块和所述第二整流逆变单元的功率模块上。
17.可选地，所述穿设孔包括供所述功率模块穿设的第一子穿孔和供所述电容组穿设的第二子穿孔。
18.本实用新型提出一种级联型变频器，该级联型变频器包括：
19.柜体、如上所述的功率组件、控制柜和变压器；其中，所述柜体具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁，所述柜体具有沿所述第一侧壁至第二侧壁的方向上分布的第一空间和第二空间，所述控制柜、功率组件安装于所述第一空间，所述变压器安装于所述第二空间。
20.可选地，所述柜体还具有相对设置的第三侧壁和第四侧壁，所述第一空间/第二空间具有沿所述第三侧壁至第四侧壁的方向上分布的第三空间和第四空间；其中，
21.所述功率组件设置于所述第三空间，所述第四空间包括控制柜容纳空间和预留空间，所述控制柜设置于所述控制柜容纳空间；或者，
22.所述功率组件设置于所述第四空间，所上述第三空间包括控制柜容纳空间和预留空间，所述控制柜设置于所述控制柜容纳空间。
23.可选地，还包括散热风机，所述散热风机安装于所述柜体表面。
24.本实用新型公开了一种功率组件以及级联型变频器，所述功率组件包括支架、功率板和控制板，功率板和控制板均设置于支架上，功率板包括第一功率板和第二功率板，第一功率板和第二功率板并排设置，第一功率板上设置有第一整流逆变单元，第二功率板上设置有第二整流逆变单元，控制板与第一整流逆变单元和第二整流逆变单元电连接；本实用新型所提出的功率组件将两套整流逆变单元合二为一，两套整流逆变单元共用一块控制板，在满足相同的输出功率需求时，一项功率组件可以实现两项独立功率组件的功能，明显降低了功率组件的体积，与此同时，通过对级联型变频器内部设备摆放进行合理布局，充分利用有限空间，使得变频器整体体积明显减小。
附图说明
25.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示出的结构获得其他的附图。
26.图1为本实用新型中功率组件一实施例的结构示意图；
27.图2为本实用新型中功率组件一实施例的结构示意图；
28.图3为本实用新型中功率组件一实施例的结构示意图；
29.图4为本实用新型中功率组件一实施例的结构示意图；
30.图5为本实用新型中级联型变频器一实施例的结构示意图；
31.图6为本实用新型中级联型变频器一实施例另一角度的结构示意图；
32.图7为本实用新型第一整流逆变单元与第二整流逆变单元的电路图。
33.附图标号说明：
34.标号名称标号名称100支架110第一侧板200安装座300侧盖板400(a)第一整流逆变单元400(b)第二整流逆变单元410电容组420功率模块430继电器500散热器600功率板610第一功率板620第二功率板700控制板1000级联型变频器1100柜体1110第一空间1111第三空间1112第四空间1112(a)控制柜容纳腔1112(b)预留空间1120第二空间1200散热风机1300变压器10整流电路20中间电容环节30逆变电路
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35.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
36.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的一部分实施例，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作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。
37.需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
38.另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
39.本实用新型提出一种功率组件以及应用该功率组件的级联型变频器1000。
40.在一实施例中，结合图1至图4，功率组件包括支架100、功率板600和控制板700；其中，功率板600和控制板700均设置于支架100上，功率板600包括第一功率板610和第二功率板620，第一功率板610和第二功率板620并排设置，第一功率板610上设置有第一整流逆变单元400(a)，第二功率板620上设置有第二整流逆变单元400(b)；控制板700与第一整流逆变单元400(a)和第二整流逆变单元400(b)电连接。
41.现有级联型变频器1000大多采用多个独立功率组件串联，即每个功率组件都包含
一套完整的整流逆变单元，级联级数较多，设备体积大，并且容量越大体积就越大，相应地成本也会有所增加，与此同时，大体积会给生产、运输、调试、维护等各方面带来不便；相较于独立功率组件，本实施例中所提出的功率组件将两套整流逆变单元合二为一，两套整流逆变单元共用一块控制板700，在满足相同的输出功率需求时，一项功率组件可以实现两项独立功率组件的功能，所以结构占用空间体积只有现有技术的一半左右，空间利用率大大提高，明显降低了功率组件的体积，进而减小生产成本，间接地亦能够带来运输、存储等成本减小的有益效果。
42.在本实施例中，每套整流逆变单元各设于一块功率板600上相较于常规的将两套整流逆变单元共同设置于一块功率板600上，其散热效果更佳。
43.在一实施例中，结合图1至图4，为使功率组件体积更小，其内部各元件应当设置得更为紧凑，因此将第一整流逆变单元400(a)和第二整流逆变单元400(b)相邻且并排设置。
44.在本实施例中，如图1、图3所示，可选的，第一整流逆变单元400(a)和第二整流逆变单元400(b)上下并排设置，功率组件整体外观呈瘦高型，也即高度有所增加，宽度有所减小，但整体体积是减小的；目前，常用的变频器中的功率组件一般呈独立功率组件一字排开的形式，此种结构的所有功率组件在宽度方向上所占的空间和变压器1300的宽度相当，考虑到操作的安全性和便利性，一般会再增加变频器的宽度用于放置控制柜；而当将本实施例所提出的功率组件安装于级联型变频器1000中时，能够充分利用变频器的高度空间，同时将变频器宽度方向释放出的空间用于放置控制柜，变频器内部的空间利用率大大提高，产品体积更小。
45.在一实施例中，如图1所示，第一整流逆变单元400(a)和第二整流逆变单元400(b)均包括功率模块420和电容组410，第一整流逆变单元400(a)的电容组410和第二整流逆变单元400(b)的电容组410相对间隔设置，第一整流逆变单元400(a)的功率模块420和第二整流逆变单元400(b)的功率模块420并排设置在两个电容组410之间。
46.在本实施例的一具体实施方案中，如图1、图3所示，第一整流逆变单元400(a)和第二整流逆变单元400(b)的电容组410分别设置于支架100的上下两侧靠近边缘处；功率模块420并排设置在该两个电容组410之间，可以是呈上下排布设置，也可以是呈左右排布设置。
47.可选的，在本实施例的一具体实施方案中，如图1所示，第一整流逆变单元400(a)的功率模块420和第二整流逆变单元400(b)的功率模块420上沿两电容组410的排布方向排布，如图1中一具体实施例所示，电容组410及功率模块420均呈上下排布设置。
48.在本实施例中，第一整流逆变单元400(a)和第二整流逆变单元400(b)还均包括继电器430，第一整流逆变单元400(a)的继电器430和第二整流逆变单元400(b)的继电器430在功率板600上沿两电容组410的排布方向排布，且各自邻近一功率模块420设置，所述两个继电器430并排。
49.本实施例功率组件中各元器件的排布十分紧凑，能够有效减少功率组件整体的体积。
50.需要说明的是，以上所述的“上”、“下”为方向性指示词，仅用于解释特定附图中该特定姿态下各部件之间的相对位置关系，该特定姿态发生改变时，方向性指示也相应地随之改变。
51.在一实施例中，结合图1至图4，如图3所示，功率组件还包括散热器500，散热器500
贴设于第一整流逆变单元400(a)的功率模块420和第二整流逆变单元400(b)的功率模块420上，散热器500与继电器430、电容组410一起暴露在风道中，提高了散热效果，并且，由于第一整流逆变单元400(a)的功率模块420和第二整流逆变单元400(b)的功率模块420相邻并排设置，因此可以共用一个散热器500，减少了元器件的数量，相应地，功率组件的体积有所减小。
52.在一实施例中，结合图1至图4，支架100具有第一侧板110，第一侧板110具有相对的第一侧和第二侧；功率板600设于第一侧，第一整流逆变单元400(a)和第二整流逆变单元400(b)设于第二侧；第一侧板110对应第一整流逆变单元400(a)和第二整流逆变单元400(b)的位置分别具有穿设孔，第一整流逆变单元400(a)和第二整流逆变单元400(b)中的各元器件能够分别穿设其所对应的穿设孔，焊接于功率板600的器件面上；散热器500于第一侧板110的第二侧贴设于第一整流逆变单元400(a)的功率模块420和第二整流逆变单元400(b)的功率模块420上。
53.在本实施例的一具体实施方案中，穿设孔包括供功率模块420穿设的第一子穿孔和供电容组410穿设的第二子穿孔；可选的，第一子穿孔可以仅为一个，供两个功率模块420一齐穿过，第一子穿孔也可以为两个，供两个功率模块420分别穿过；电容组410包含多个电容，同理，第二子穿孔可以为一个，供一组电容组410穿过，第二子穿孔也可以为多个，其个数对应电容组410中电容的个数，供多个电容分别穿过。
54.可以理解的是，子穿孔为多个的时候，第一侧板110对个元器件起到的支撑作用更强，并且，在本实施例中，由于各元器件穿设于侧板，利用了侧板本身的体积空间，因此可以理解的，功率组件整体的体积是有所减小的。
55.在一实施例中，可选地，结合图1至图4，支架100还具有设于第一侧板110的一侧的安装座200，控制板700设于该安装座200，安装座200对控制板700起到支撑作用，控制板700与功率板600间隔设置，且板面相对。
56.在本实施例的一具体实施方案中，安装座200设于第一侧板110的一侧，并与第一侧板110板面垂直，控制板700板面与第一板面平行，相应地与安装座200垂直，控制板700的一侧设置于安装座200上，以安装座200为支撑。
57.在本实施例中，将控制板700与功率板600间隔设置能够较好的散热，且能够降低功率板600上的过高的电压对于控制板700上的影响。
58.在一实施例中，可选地，结合图1至图4，功率组件还包括侧盖板300，侧盖板300沿朝向控制板700的方向盖合于支架100，形成密闭的pcb腔室。
59.可选的，支架100和侧盖板300由两个塑胶开模件组成，二者共同封闭pcb腔室，阻挡灰尘进入。无论对功率组件本身还是级联型变频器1000整机，塑胶壳体都有助于减小安规距离，使得空间利用率更高，使得产品的体积更小。
60.此外，为对本实用新型所提出的功率组件进行更清楚的描述，在此，进一步地对其内部电路进行说明：如图7所示，第一整流逆变单元可包括整流电路10、中间电容环节20以及逆变电路30，其中，整流电路10的三相输入端r、s、t可经过例如保险丝等流保护器件，接入三相交流电并将其整流为直流电后，经中间母线电容环节输出至后端逆变电路30，逆变电路30可在控制板的控制下，将入的直流电逆变为具有相应幅值和相位的交流电后输出。第二整流逆变单元作原理和电路结构可参照第一整流逆变单元，在此不再赘述，第二整流
逆变单元和第一整流逆变单元二者可串联设置，即第一整流逆变单元的正极输出端可为功率板的正极输出端，第一整流逆变单元的负极输出端与第二整流逆变单元的正极输出端连接，第二整流逆变单元的负极输出端可为功率板的负极输出端。当然，本领域技术人员还在不付出创造性劳动的前提下，采用并联或者串、并联结合的设置方式来设置第一整流逆变单元和第二整流逆变单元并达到与本技术相同的技术效果，在此同样不做赘述。
61.本实用新型还公开了一种级联型变频器1000，包括上述的任一实施例中的功率组件。
62.在一实施例中，结合图5、图6，本实用新型所公开的级联型变频器1000还包括柜体1100、控制柜和变压器1300；其中，柜体1100具有相对设置的第一侧壁和第二侧壁(图未示出)，柜体1100具有沿第一侧壁至第二侧壁的方向上分布的第一空间1110和第二空间1120，控制柜、功率组件安装于第一空间1110，变压器1300安装于第二空间1120。
63.以附图5、附图6为例，仅针对该附图5及附图6中的特定姿态，可将第一空间1110和第二空间1120视为前后空间，第一空间1110和第二空间1120是相对而言的，第一空间1110与第二空间1120的前后位置可置换。
64.在一实施例中，结合图5、图6，柜体1100还具有相对设置的第三侧壁和第四侧壁，第一空间1110具有沿该第三侧壁至该第四侧壁的方向上分布的第三空间1111和第四空间1112，功率组件设置于第三空间1111，控制柜设置于第四空间1112，由于本实用新型所公开的功率组件将两组整流逆变单元合二为一，呈上下布置结构，充分利用了变频器的高度空间，将变频器宽度方向释放出的空间用于放置控制柜，因此不需要额外增加变频器的宽度用以放置控制柜，并且第四空间1112在容纳控制柜后还会在高度方向上空出一处空间，在此将第四空间1112中容纳控制柜的空间称为控制柜容纳空间1112(a)，将所空出的该处空间称为预留空间1112(b)，实际中，可按需在该预留空间1112(b)内添设器件，扩展了变频器的应用范围，应用性提高。需要说明的是，此处所述的高度与宽度是针对附图中特定姿态而言的，宽度指第三侧壁至第四侧壁的长度。
65.针对附图5中的该特定姿态，可将第三空间1111和第四空间1112视为左右空间，第三空间1111和第四空间1112是相对而言的，第三空间1111与第四空间1112的左右位置可置换，也即功率组件和控制柜的摆放位置是可以互换的，功率组件可以摆放于左侧也可以摆放于右侧，功率组件摆放于左侧时控制柜摆放于右侧，功率组件摆放于右侧时控制柜摆放于左侧；同理，控制柜容纳空间1112(a)和预留空间1112(b)的位置也是可以置换的。
66.在一实施例中，结合图5、图6，所述级联型变频器1000还包括散热风机1200，散热风机1200安装于所述柜体1100表面。
67.可选的，如图5、图6所示，散热风机1200安装于柜体1100顶部。
68.综上，本实用新型所提出的功率组件将两套整流逆变单元合二为一，并且两套整流逆变单元共用一块控制板700及一个散热器500，并通过对功率组件内的各元器件进行合理布局，减小了功率组件整体的体积；与此同时，通过对级联型变频器1000内部设备摆放进行合理布局，充分利用了三个空间方向上(即上下、左右、前后)的尺寸空间，使得变频器整体体积明显减小，进而带来用料减少，成本降低等有益效果，间接地亦能够使生产、运输、存储等成本减少。
69.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，
凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。