变频器的电容组件和变频器的制造方法
【专利摘要】一种变频器的电容组件，包括固定安装在电容安装板上的多个电解电容，每两个电解电容通过电容连接铜排串联连接为一个电容组，电容安装板上设有多个电容组，多个电容组问通过叠层设置的电容负极母铜排和电容正极母铜排并联连接；在电容负极母铜排和电容正极母铜排问设有中层绝缘板。本实用新型的电容组件结构紧凑，组装方便，可有效减少电路的杂散电感。而且电容组件采用复合的排列方式，有效缩小电容组件的体积。本实用新型还提供了一种局部合理，散热效果好、成本低的变频器。
【专利说明】变频器的电容组件和变频器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于低压电器领域，涉及一种变频器和变频器的电容组件。
【背景技术】
[0002]变频器的诞生源于交流电机对无级调速的需求，随着晶闸管、静电感应晶体管、耐高压绝缘栅双极型晶闸管等部件的出现，电气技术有了日新月异的变化，变频器调速技术也随之发展，特别脉宽调制变压变频调速技术更是让变频器登上了新的台阶。
[0003]然而随着电力电子技术应用领域的不断延伸，变频器也逐渐的深入到了工业的各个领域，因此市场对变频器的性能要求，功率要求也越来越多，大功率的变频器也随之诞生；大功率变频器对结构的布局要求相对小功率来说比较高，因为器件的容量，数量，散热要求都相对比较高。布局的不合理将导致整个设备散热性差、体积大、成本高。而且现有很多变频器功率器件用的也是尽量用大功率管，这样导致对器件的依耐性过大，增加了设计成本；散热方式也是将器件统一装在一块散热器上面，这样导致单块散热器体积大重量大，而重量大，对装配的要求也高，给生产安装带来了很大的不便，有时需要两个甚至以上的装配人员去安装，同时散热效果也不是很好。
[0004]而且，现有变频器器件较多，组装过程复杂，生产线工位过多，装配效率不高。例如，变频器采用的电解电容耐压等级低，需要多个电容的并联才能匹配上额定容量，所以导致电容数量多，在整机上面单个的安装方式使得整机安装费时，设计需要考虑的装配问题增多，增加了设计和装配成本；而且，现有的变频器电容的正负极连接都是采用铜排的简单搭接，使得电路中的杂散电感过大，需要在电容模块上用很大容量的吸收电容才能保证模块的安全性，这使得电容成本上升，电容模块寿命减短。
[0005]而且，变频器一方面需要体积的最小化，一方面器件又多，又需要保证电气连接间的载流，使得有些器件端子之间的电气间隙在实际应用中存在一定的隐患。例如，以IGBT管的端子例，PN端子距离很近，因铜排载流量的要求，铜排与铜排间的距离太近，存在安全隐患，为了消除这种隐患一般采用尽量使铜排的固定孔偏心，这样就使得铜排的加工变得困难，实际效果也不佳。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种杂散电感小、结构紧凑、组装方便的变频器的电容组件和一种局部合理，散热效果好、成本低的变频器。
[0007]为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案:
[0008]一种变频器的电容组件，包括固定安装在电容安装板804上的多个电解电容803，每两个电解电容803通过电容连接铜排805串联连接为一个电容组，电容安装板804上设有多个电容组，多个电容组间通过叠层设置的电容负极母铜排802和电容正极母铜排801并联连接；在电容负极母铜排802和电容正极母铜排801间设有中层绝缘板807。
[0009]进一步，所述的电容组件8包括18个电解电容803组成的九组电容组，九组电容组的电解电容803组成6乘3的阵列，其中六组电容组并排设置组成6乘2的阵列，另外三组电容的6个电解电容803顺序一字排列组成6乘I的阵列，共同构成6乘3的阵列。
[0010]进一步，每两个电解电容803通过一个条形的电容连接铜排805串联连接为一个电容组；电容负极母铜排802和电容正极母铜排801挖空电容连接铜排805的位置并保证电气间隙和爬电距离叠置在电解电容803上，电容负极母铜排802将电容组的负极连接，电容正极母铜排801将电容组的正极连接实现电容组的并联连接；在电容负极母铜排802和电容正极母铜排801间设有中层绝缘板807，在电容正极母铜排801上设有上层绝缘板806。
[0011]本实用新型还提供一种变频器，包括所述的变频器的电容组件。
[0012]进一步，所述变频器采用垂直地面挂壁安装的方式，包括底座9，底座9的一端内安装有抽风式的散热风机1，另一端侧壁上设有进风口，散热器靠近散热风机I设置在底座9内；在所述散热器的同一侧面上安装有IGBT模块6和整流模块3，整流模块3设置在散热器上靠近散热风机I的一端，IGBT模块6设置在散热器靠近进风口的一端上；底座9安装有散热风机I的一端上设有进出线端子2，另一端上设有支架904，支架904内安装有电容组件8。
[0013]进一步，电容组件的电容负极母铜排801和电容正极母铜排802 —侧分别设有与IGBT模块6连接的负极连接铜排8021和正极连接铜排8022，负极连接铜排8021和正极连接铜排8022上设有与IGBT模块6的IGBT管的接线端子连接的多个连接孔。
[0014]进一步，所述散热器包括并排设置在底座9内的第一散热器4和第二散热器5，第一散热器4和第二散热器5的长度相同，第一散热器4的宽度小于第二散热器5。
[0015]进一步，所述整流模块3包括三组二极管单相模块，每组二极管单相模块包括多个并联的二极管。
[0016]进一步，所述IGBT模块6包括三组IGBT单相模块，每组IGBT单相模块包括多个并联的IGBT管。
[0017]本实用新型的电容组件结构紧凑，组装方便，可有效减少电路的杂散电感，电容电阻先组装为一个整体再安装到变频器上，组装方便，有效的减短了整机的安装速度。而且电容组件采用复合的排列方式，有效缩小电容组件的体积。本实用新型的变频器布局合理，优化了散热性能。模块采用多个并联的方式降低成本，减少对模块规格的依耐。散热器分为多块，减小了单个散热器体积，减短散热路径，提高了装配效率，降低了人工成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型变频器的风流动方向示意图；
[0019]图2是本实用新型变频器的结构图；
[0020]图3是本实用新型变频器的装配示意图；
[0021]图4是本实用新型电容组件的结构图；
[0022]图5是本实用新型电容组件的分解图；
[0023]图6是本实用新型电容组件底部安装板的示意图；
[0024]图7是本实用新型电容组件顶部的示意图；
[0025]图8是本实用新型电容组件的电解电容的布局和连接电路图；
[0026]图9是本实用新型IGBT管与隔离橡胶垫块的装配结构图；
[0027]图10是本实用新型IGBT管与隔离橡胶垫块的分解图；
[0028]图11是本实用新型IGBT管底部的结构图；
[0029]图12是本实用新型隔离橡胶垫块的结构图。
【具体实施方式】
[0030]以下结合附图1至12给出的实施例，进一步说明本实用新型的变频器的【具体实施方式】。本实用新型的变频器不限于以下实施例的描述。
[0031]如图1-3所示，变频器包括底座9，底座9的一端内安装有抽风式的散热风机1，散热器靠近散热风机I设置在底座9内，所述散热器包括并排设置的第一散热器4和第二散热器5 ;在所述散热器的同一侧面上安装有IGBT模块6和整流模块3，整流模块3设置在散热器上靠近散热风机I的一端，IGBT模块6设置在散热器靠近进风口的一端上，整流模块3比IGBT模块6更靠近散热风机I，散热器上还设有温度继电器7 ;底座9安装有散热风机I的一端上设有进出线端子2，另一端上还设有电容组件8。
[0032]所述底座9包括基座901，基座901 —端侧壁开口安装有散热风机I，另一端侧壁上设有多个进风口，基座901内形成易于散热的风道；基座901顶部开口，第一散热器4和第二散热器5并排设置在基座的风道内靠近散热风机I 一端，第一散热器4和第二散热器5之间通过连接片903连接，基座901顶部靠近进风口一端上设有盖板902，盖板902压住散热器的一端，基座901、盖板902和连接片903固定连接将散热器固定在底座9内；在盖板902上装有安装电容组件8的支架904，电容组件8安装在支架904内。
[0033]本实用新型的变频器采用垂直地面挂壁安装的方式，空气流向由下往上(如图1所示)，所述散热风机I安装在底座9的上端，位于散热器的上部，采用抽风的方式，保证空气的流通顺畅，且有效减低散热器风道内的风阻和噪音。所述进出线端子2设置在底座9上端对应散热风机I的位置，进出线方式设计为上进上出方式，方便用户现场的进出线。
[0034]所述整流模块3包括三组二极管单相模块，每组二极管单相模块包括6个并联的二极管。所述整流模块3采用6个二极管的并联方式可有效降低成本，整流模块3安装在散热器上靠近出风口和进出线端子2附近，整流模块3设置在散热器上靠近散热风机I的一端，IGBT模块6设置在散热器靠近进风口的一端上，整流模块3比IGBT模块6更靠近散热风机1，这样可以缩短进线距离，同时二极管的发热量远小于IGBT的发热量，有利于散热器垂直地面安装的热流走向，满足热量从高往低传导的原理，有利于加速散热。
[0035]所述IGBT模块6包括三组IGBT单相模块，每组IGBT单相模块包括三个并联的IGBT管(绝缘栅双极型晶体管)。所述IGBT模块6采用三个IGBT管一并联作为逆变侧的一相输出，可以有效降低器件成本，并且可以由多个小模块的散热来替代一个模块的散热，均匀模块的散热；IGBT模块固定在进风口位置，并靠近逆变侧；变频器的主要核心部件就在于逆变侧，所以尽量保证逆变电路的路径最短可以减少逆变管的输入侧的杂散电感，从而可以降低IGBT在开通和关断的dv/dt，延长IGBT的使用寿命降低设备损耗。
[0036]所述散热器包括并排设置在底座9内的第一散热器4和第二散热器5，第一散热器4和第二散热器5的长度相同，第一散热器4的宽度小于第二散热器5 ;第一散热器4和第二散热器并列设置在底座9的同一个风道里面。第一散热器4的宽度约为第二散热器5的二分之一，一组二极管单相模块和一组IGBT单相模块设置在第一散热器4上，两组二极管单相模块和两组IGBT单相模块设置在第二散热器5上；二极管单相模块和IGBT单相模块均设置在第一散热器4和第二散热器5同一方向的侧面上。当然，散热器也可以为并排设置的三块，或者更多个。第一散热器4和第二散热器5并列在同一个风道里面，用螺丝固定在底座9内，将散热器做成两个或更多个不但可以减小单个散热器的重量和体积，而且还使其加工简单，安装灵活，散热路径减短，既能避免散热器过大过重而导致一个工人安装不方便的问题，还能保证散热器的散热性能更加完美。
[0037]所述的温度继电器7主要用于散热器表面的温度检测，多个温度继电器7以阵列的方式分布设置在散热器上便于检测散热器个点的温度。所述的电容组件8安装在底座9的支架904内，置于逆变侧下端并靠近逆变侧，散热器的上端，使电容和模块基本在同一个水平面上，这种布置可以降低变频器的整体高度，节省散热器的材料成本。
[0038]本实用新型的变频器结构合理，优化了散热性能；整流二极管和IGBT模块采用多个器件并联连接的方式，减少对模块规格的依耐，节约了成本，避免因电流过大而受限于电器元件而造成无货源问题，同时可以避免单个器件的散热问题不佳导致变频器的散热不佳的问题；散热器分为多块，分开散热，减小了单个散热器体积，减短散热路径，提高了装配效率，降低了人工成本，特别是适应于大功率变频器的安装。
[0039]本实用新型的变频器的装配过程简单方便，由一位装配人员即可完成整个机器的装配；装配时，先将两块散热器4、5从进风口处推进底座内，用螺丝将两块散热器分别锁紧在底座上面；在给整流模块3、IGBT模块6和温度继电器7涂抹完导热硅胶之后用螺丝分别固定在散热器上面，上述三个模块的安装可以不分先后，但安装的方向必须要注意；再将组装好的电容组件8直接装在支架904上。
[0040]如图4-8所示，所述电容组件8包括安装在电容安装板804上的多个电解电容803 ;每两个电解电容803通过电容连接铜排805串联连接为一个电容组，电容安装板804上设有多个电容组，多个电容组间通过叠层设置的电容负极母铜排801和电容正极母铜排802并联连接；在电容负极母铜排801和电容正极母铜排802间设有中层绝缘板807，在电容正极母铜排802上设有上层绝缘板806。所述的电容组件8包括18个电解电容803，18个电解电容803以阵列的方式排布并固定安装在电容安装板804上，18个电解电容803通过9个电容连接铜排805串联成九组电容组；电解电容803组成的阵列的上依次叠置有电容负极母铜排801和电容正极母铜排802 ；电容负极母铜排801和电容正极母铜排802挖空电容连接铜排805的位置并保证电气间隙和爬电距离，电容负极母铜排801将电容组的负极连接，电容正极母铜排802将电容组的正极连接，实现九组电容组的并联连接；在电容负极母铜排801和电容正极母铜排802间设有中层绝缘板807，在电容正极母铜排802上设有上层绝缘板806。电容负极母铜排801和电容正极母铜排802 —侧分别设有负极连接片8011和正极连接片8021，在另一侧分别设有与IGBT模块6连接的负极连接铜排8021和正极连接铜排8022，负极连接铜排8021和正极连接铜排8022上设有与IGBT模块6的IGBT管的接线端子连接的多个连接孔。
[0041]如果将九组电容组按直线一字排列或者竖直排列都会使电容组件8在某个方向上面占用太多的空间，因此本实用新型的电容组件8采用复合的排列方式，保证电容的占用空间最小。九组电容组的电解电容803组成6乘3的阵列，其中六组电容组并排设置组成6乘2的阵列，另外三组电容的6个电解电容803顺序一字排列组成6乘I的阵列，共同构成6乘3的阵列。九组电解电容的阵列和电气连接原理图如图8所示，六组电容组按照正极在上，负极在下的顺序排列，另三组电容组按照正极在左，负极在右一字排列。
[0042]本实用新型电容组件8主要组装流程为:首先将18个电解电容803按照图8所示的阵列安装在电容安装板804上，六组电容组按照正极在上，负极在下的顺序排列，另三组电容组按照正极在左，负极在右一字排列；安装时用螺丝在电容安装板804稍微紧固保证电容不掉，再按照如8所示正负极调整电容的方向，不能锁的太紧，方便后期安装铜排时调节。用电容连接铜排805将电解电容两两一组连接，注意电容正负极方向。依次安装电容负极母铜排801，中层绝缘板807，电容正极母铜排802和上层绝缘板806，用电容锁螺母808将绝缘板和母排固定在电容上，最后紧固电容安装板上电解电容的固定螺栓，完成组件安装。在电容负极母铜排801和电容端子间还可设有下层绝缘板(图中未示出)，保证电容正负极母铜排和电容外壳之间的电气性能安全。
[0043]本实用新型的电容组件将正负极母铜排做成两块叠层母铜排，挖空电容连接排的位置并保证电气间隙和爬电距离，中间用绝缘材料隔开，保证电气性能要求；不仅提高了装配效率，还可以有效的减少电路的杂散电感。如果电解电容阵列上面的正负极铜排假如按照电路简单用类似电容连接铜排805的方式将正负极搭接，则会使得母排的杂散电感Ls非常大，从而增加了 IGBT模块上面的dv/dt，导致模块容易损坏。本实施例电容组件采用两块大的铜排，电容正极母铜排802和电容负极母铜排801采用叠层的方式，中间用绝缘材料隔开，按照图7所示的方式连接电解电容的正负极，采用叠层的正负极母铜排形成的分布电容可抵消铜排间的杂散电感，延长IGBT模块的使用寿命。分布电容的正负极是根据变频器前端整流后的极性决定的，所以在本实施例中是远离电容端子侧为正极，接近端子侧为负极。
[0044]本实用新型的电容组件结构紧凑，组装方便，可有效减少电路的杂散电感，电容电阻先组装为一个整体再安装到变频器上，安装的整个过程都可以在一个固定的安装台上面进行安装，方便装配人员安装固定，有效的减短了整机的安装速度。
[0045]所述IGBT模块6包括三组IGBT单相模块，每组IGBT单相模块采用三个IGBT管(绝缘栅双极型晶体管)并联作为逆变侧的一相输出，IGBT管设置在散热器上。IGBT管601的两端设有接线用的接线端子603，IGBT模块的接线端子603可与电容组件的铜排通过螺丝固定连接，在IGBT管601 —端的两个接线端子603间设有保证电气间隙的隔离橡胶垫块602，隔离橡胶垫块602还可隔离IGBT管的接线端子和散热器的固定面。如图11所示，IGBT管的接线端子底部为塑胶包裹，假如安装铜排的螺丝过长则会将底部损坏，导致螺丝和IGBT管的固定面距离太近产生放电现象；另外，为保证系统的载流量和铜排的正常加工不受影响，铜排又需要做的相对较宽，这样就使得IGBT管的P极接线端子和N极接线端子之间的距离过短小于8_，假如有任何导电的异物附在两级铜排上，将直接使两级导通短路；所以，为防止生产员工因误拿螺丝而损坏模块，并防止P极接线端子和N极接线端子之间的电气间隙过短和异物，在IGBT管的P极接线端子和N极接线端子间设有隔离橡胶垫块602。
[0046]如图9-12所示，在IGBT管601 —端的P极接线端子和N极接线端子间设有隔离橡胶垫块602，所述隔离橡胶垫块602顶部和侧壁开口形成与IGBT管601 —端的两个接线端子对应设置的两个端子槽6021，两个端子槽6021之间的间隔6023与两个接线端子之间的间隙6033对应，在两个端子槽6021间的间隔6023上设有凸起的间隔梁6022。
[0047]如图11所示，所述接线端子603的底部和侧面开口形成防护槽6034，防护槽6034内设有防护垫6031，接线端子603顶部两侧设有台阶面6035 ;如图12所示，所述隔离橡胶垫块602的端子槽6021内还设有与防护槽6034对应设置的第一凸台6024，第一凸台6024内设有与防护垫6031对应的内凹槽6025，第一凸台6024与端子槽6021侧壁间形成固定接线端子603侧壁的侧壁凹槽6026，端子槽6021顶部两侧向端子槽6021内延伸形成与接线端子603顶部两侧的台阶面6035配合固定的压板面6027。
[0048]安装时，IGBT管用螺丝固定在散热器上，锁紧；之后直接将隔离橡胶垫块602从侧面套入接线端子间即可。IGBT的P极接线端子和N极接线端子包裹在端子槽6021内，防护垫6031包裹在内凹槽6025内，完全隔绝IGBT接线端子与散热器的固定表面，间隔梁6022隔离在两个接线端子之间；隔离橡胶垫块602的侧壁凹槽6026和压板面6027与接线端子603的侧壁和台阶面6035配合固定；可以有效保证电气间隙、杜绝异物误导通，提高变频器的可靠性，而且结构简单，安装方面，美观实用。
[0049]以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种变频器的电容组件，包括固定安装在电容安装板(804)上的多个电解电容(803)，其特征在于:每两个电解电容(803)通过电容连接铜排(805)串联连接为一个电容组，电容安装板(804)上设有多个电容组，多个电容组间通过叠层设置的电容负极母铜排(802)和电容正极母铜排(801)并联连接；在电容负极母铜排(802)和电容正极母铜排(801)间设有中层绝缘板(807)。
2.根据权利要求1所述的变频器的电容组件，其特征在于:所述的电容组件(8)包括18个电解电容(803)组成的九组电容组，九组电容组的电解电容(803)组成6乘3的阵列，其中六组电容组并排设置组成6乘2的阵列，另外三组电容的6个电解电容(803)顺序一字排列组成6乘I的阵列，共同构成6乘3的阵列。
3.根据权利要求1所述的变频器的电容组件，其特征在于:每两个电解电容(803)通过一个条形的电容连接铜排(805)串联连接为一个电容组；电容负极母铜排(802)和电容正极母铜排(801)挖空电容连接铜排(805)的位置并保证电气间隙和爬电距离叠置在电解电容(803)上，电容负极母铜排(802)将电容组的负极连接，电容正极母铜排(801)将电容组的正极连接实现电容组的并联连接；在电容负极母铜排(802)和电容正极母铜排(801)间设有中层绝缘板(807)，在电容正极母铜排(801)上设有上层绝缘板(806)。
4.一种变频器，其特征在于:包括权利要求1-3任一所述的变频器的电容组件。
5.根据权利要求4所述的变频器，其特征在于:所述变频器采用垂直地面挂壁安装的方式，包括底座(9)，底座(9)的一端内安装有抽风式的散热风机(I)，另一端侧壁上设有进风口，散热器靠近散热风机(I)设置在底座(9)内；在所述散热器的同一侧面上安装有IGBT模块(6)和整流模块(3)，整流模块(3)设置在散热器上靠近散热风机(I)的一端，IGBT模块(6)设置在散热器靠近进风口的一端上；底座(9)安装有散热风机(I)的一端上设有进出线端子(2)，另一端上设有支架(904)，支架(904)内安装有电容组件(8)。
6.根据权利要求5所述的变频器，其特征在于:电容组件的电容负极母铜排(801)和电容正极母铜排(802) —侧分别设有与IGBT模块(6)连接的负极连接铜排(8021)和正极连接铜排(8022)，负极连接铜排(8021)和正极连接铜排(8022)上设有与IGBT模块(6)的IGBT管的接线端子连接的多个连接孔。
7.根据权利要求5所述的变频器，其特征在于:所述散热器包括并排设置在底座(9)内的第一散热器(4)和第二散热器(5)，第一散热器(4)和第二散热器(5)的长度相同，第一散热器(4)的宽度小于第二散热器(5)。
8.根据权利要求5所述的变频器，其特征在于:所述整流模块(3)包括三组二极管单相模块，每组二极管单相模块包括多个并联的二极管。
9.根据权利要求5所述的变频器，其特征在于:所述IGBT模块(6)包括三组IGBT单相模块，每组IGBT单相模块包括多个并联的IGBT管。
【文档编号】H02M1/00GK204257409SQ201420700726
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】阮冬华, 乔焕英, 王伶芝, 倪鹏旺 申请人:浙江正泰电器股份有限公司