本实用新型公开了一种有源电力滤波器APF结构，属于电能质量治理设备领域。
背景技术：
电力谐波及无功会导致电网污染，电力品质下降，从而增加电网的供电成本及用户电费，还会引起供用电设备故障,甚至引发严重火灾事故等。所以进行必要的谐波抑制及无功补偿等电能质量治理一直被电力及各生产等部门广泛重视。目前，常见的电能质量治理方法有以LC电容补偿柜为代表的无源电力滤波，和以APF为代表的有源电力滤波。
有源电力滤波器(Active Power Filter，简称APF)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功以及补偿三相电压不平衡的新型专用电力电子装置。本质上属于一种开关电源，能够通过动态地监测电网谐波电流的幅值及频率，生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波。同时，也可以对变化的无功以及三相电压不平衡进行实时可靠补偿。可有效克服传统无源电力滤波器（如LC滤波器等）中常见的系统易谐振、设备故障率高、只能补偿恒定无功或固定谐波的缺点，是今后电能质量治理产品的主流发展方向。
APF通常的使用环境都是比较恶劣的工业场合，在使用中常常会积灰严重，特别是在进/出风口、散热器以及印制板上的积灰，会大大降低设备散热性能，甚至导致短路等严重故障。所以，在其结构设计时一定要注意电器件的防尘和风道的合理性。
随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备（如各类变频设备、整流设备、中频炉、通讯系统基站、电脑以及中央空调等）在电网中投运数量越来越大，电网谐波成分以及无功容量也随之增大。大容量的谐波及无功治理需求越来越普遍。但是，单台APF的补偿能力受开关管（如IGBT）容量的限制，难以满足大容量的谐波及无功补偿需求。目前主流的解决方式就是将APF模块化，多台APF模块并联运行，从而实现对大容量的谐波及无功进行治理。多台APF并联使用很容易出现占地面积大、接线繁琐、维护维修困难等问题，这不仅要求单机电气性能更加可靠，更得保证其结构简洁紧凑、安装简单以及维护维修方便等。
另外，在价格方面，目前市面上的大多数APF产品相比传统的LC无源滤波器要高出许多，很不利于产品推广。设备商除了长期地在材料以及控制技术方面不断国产化、自主化，以从质的方面来提高性价比外，当前还应不断优化APF整机结构，以提高产品生产效率、降低单台设备价格，从而降低整体项目成本。这在需求数量较大的大容量谐波及无功治理场合下，显得尤为突出。
技术实现要素：
鉴于以上问题，本实用新型提出并实现了一种具有电气防尘、单一扁平风道、简洁紧凑、成本低廉、模块化的两路交叉并联有源电力滤波器APF结构。
为了实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种有源电力滤波器APF结构，包括前面板组件、上盖板、后面板组件、U型壳体底板以及安装面板组件，安装面板组件和U型壳体底板围成单层风道，风道和印制板组件部分之间密封隔离；风道内按照风向依次设置直流滤波电容、散热器以及PFC电感，所述散热器用于IGBT模块散热，直流滤波电容和散热器高低错位放置。
所述前面板组件包括触摸屏安装罩、前面板钣金件、可活动的推拉把手以及触摸屏，所述触摸屏安装在触摸屏安装罩内组成触摸屏组件，所述触摸屏组件固定在前面板钣金上；前面板钣金的外侧安装有两个可活动的推拉把手，前面板钣金件下半部分开窗，为风道提供进风口；
所述后面板组件包括和电网连接用的穿墙式接线端子、后面板钣金、接地柱以及负载电流采集印制板组件，其中，负载电流采集印制板组件固定在后面板钣金上，用于采集负载电流；负载电流采集印制板组件包括三个火线接线端子和三个零线接线端子，后面板钣金件下部分开窗，为风道提供出风口；所述安装面板组件的左右两侧固定在U型壳体底板的两个侧壁上，其前、后两侧分别固定在前面板钣金和后面板钣金上；
安装面板组件包括两路交叉并联的三电平主电路以及它们共用的散热器、风机、控制电路、采样电路和辅助源。
所述安装面板组件包括安装面板组件前半部分和安装面板组件后半部分，两部分钣金件通过螺钉拼接在一起。
所述安装面板组件前半部分包括：短路保护印制板组件、PFC电感安装板钣金件、电感安装环氧树脂垫、PFC电感印制板组件、缓起电路印制板组件，其中，PFC电感印制板组件由PFC电感、环氧树脂板、印制板以及接线端子组成；整机共有三个并联的PFC电感印制板组件，每个PFC电感印制板组件上包含两路并联的PFC电感；
所述PFC电感由多股绕组并行绕制而成，同时每一路都采用多个电感串、并联的形式来满足电感量及过电流能力需求，PFC电感的多股绕组都引出引脚，引脚透过环氧树脂板焊接到印制板上；
三个并联的PFC电感印制板组件均倒扣安装在PFC电感安装板钣金件上，PFC电感安装板钣金件在与PFC电感对应处做挖孔处理，同时，在PFC电感印制板组件和PFC电感安装板钣金件接触的地方垫一块电感安装绝缘垫，PFC电感印制板组件、电感安装绝缘垫和PFC电感安装板钣金件三者通过紧固件相固定；
短路保护印制板组件由保险、滤波电容、印制板以及接线端子组成，整机共有三个并联的短路保护印制板组件，每个短路保护印制板组件上包含两路并联的输入短路保护及滤波电路；在每一个短路保护印制板上设置有用于安装的通孔大焊盘，通这些通孔大焊盘和焊接在PFC电感印制板焊接面的接线端子，将短路保护组件安装在PFC电感印制板组件的背面；
缓起电路印制板组件由缓起电阻、缓起继电器以及电流霍尔组成，用于缓启动及输入电流采样；整机共有三个并联的缓起电路印制板组件，每个缓起电路印制板组件上包含两路并联的缓启动及输入电流采样电路；在每一个缓起电路印制板上设置有用于安装的通孔大焊盘。
所述安装面板组件后半部分包括IGBT组件、散热器、直流滤波电容印制板组件、直流滤波电容安装板钣金件、控制及采样组件以及风机组件，所述IGBT组件共有6个，6个IGBT组件并联设置，每个IGBT组件包括一个IGBT模块、一个IGBT母板和一个IGBT驱动组件；
6个IGBT组件组成电路的主拓扑，用于功率及信号变换；IGBT模块焊接在IGBT母板上，所述PFC电感印制板组件和IGBT母板上的对应连接端子在同一水平面上；
IGBT母板在IGBT模块安装孔对应处开有通孔；
散热器通过滤波电容安装板钣金件固定在U型壳体底板的两个侧壁上；
直流滤波电容安装板钣金件在IGBT模块对应处挖孔处理；
所述IGBT母板通过跨接印制板和直流滤波电容印制板组件连接；
所述直流滤波电容印制板组件倒装在直流滤波电容安装板钣金件上，并在二者接触处垫一块直流滤波电容绝缘垫，所述直流滤波电容印制板组件、直流滤波电容安装板钣金件和直流滤波电容绝缘垫三者通过在直流滤波电容安装板钣金件上由下往上压铆的压铆螺钉相固定；
所述直流滤波电容安装板钣金件上安装有铜柱，铜柱下端支撑固定直流滤波电容印制板组件，铜柱上端支撑和固定控制及采样组件。
所述控制及采样组件包括控制及采样安装板钣金件、辅助源一、采样板组件、控制板组件和辅助源二，控制及采样安装板钣金件安装在直流滤波电容安装板钣金件上；辅助源一固定在控制及采样安装板钣金件上；采样板组件和辅助源二均由装在控制及采样安装板钣金件上的铜柱支撑固定；控制板组件用排针排母插接在采样板组件上。
所述风机组件包括风机和风机安装钣金件，风机通过风机安装钣金件固定在位于直流滤波电容安装板钣金件下方的U型壳体底板两个侧壁上，整个风机组件通过直流滤波电容安装板钣金件和U型壳体底板完全置于风道内。
所述散热器为高密齿散热器，齿向和风道的风向平行。
有益效果：
该实用新型提供的有源电力滤波器APF结构紧凑、板间及各组件间连接简洁方便，有利于提高生产效率；电气防尘效果好、散热性能高，可大大降低产品故障率，提高可靠性；模块化设计有利于产品标准化、提高其通用性，可有效降低采购、研发及生产成本，为大批量生产提供优势。
附图说明
图1是本实用新型的外形立体图；
图2是整机装配分解立体图；
图3是整机内部结构立体图1；
图4是整机内部结构立体图2；
图5是整机内部侧视图；
图6是整机内部俯视图；
图7是整机内部仰视图；
图8是整机后视图；
图9是整机前视图。
图中：1、前面板组件；2、上盖板；3、后面板组件；4、U型壳体底板；5、安装面板组件；6、后面板钣金件；7、PFC电感；8、短路保护印制板组件；9、PFC电感安装板钣金件；10、电感安装绝缘垫；11、PFC电感印制板组件；12、缓起电路印制板组件；13、IGBT模块；14、IGBT母板；15、IGBT驱动板；16、散热器；17、跨接印制板；18、直流滤波电容印制板组件；19、直流滤波电容安装板钣金件；20、直流滤波电容；21、控制及采样安装板钣金件；22、风机；23、风机安装架；24、前面板钣金；25、触摸屏安装罩；26、辅助源一；27、采样板组件；28、控制板组件；30、辅助源二；31、直流滤波电容绝缘垫；33、火线接线端子一；34、零线接线端子一；35、火线接线端子二；36、零线接线端子二；37、火线接线端子三；38、零线接线端子三；39、火线母排一；40、火线母排二；41、火线母排三；42、零线母排；55、负载电流采集印制板组件；56、可活动的推拉把手；57、触摸屏。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型一种有源电力滤波器APF结构的技术方案作进一步详细说明。
本实用新型提供的一种有源电力滤波器APF结构，其外形如附图1整机外形立体图所示。
本实用新型附图中包括以下部件：1、前面板组件；2、上盖板；3、后面板组件；4、U型壳体底板；5、安装面板组件；6、后面板钣金件；7、PFC电感；8、短路保护印制板组件；9、PFC电感安装板钣金件；10、电感安装绝缘垫；11、PFC电感印制板组件；12、缓起电路印制板组件；13、IGBT模块；14、IGBT母板；15、IGBT驱动板；16、散热器；17、跨接印制板；18、直流滤波电容印制板组件；19、直流滤波电容安装板钣金件；20、直流滤波电容；21、控制及采样安装板钣金件；22、风机；23、风机安装架；24、前面板钣金；25、触摸屏安装罩；26、辅助源一；27、采样板组件；28、控制板组件；30、辅助源二；31、直流滤波电容绝缘垫；33、火线接线端子一；34、零线接线端子一；35、火线接线端子二；36、零线接线端子二；37、火线接线端子三；38、零线接线端子三；39、火线母排一；40、火线母排二；41、火线母排三；42、零线母排；55、负载电流采集印制板组件；56、可活动的推拉把手；57、触摸屏。
如附图2、3、4、5所示，该结构包括前面板组件1、上盖板2、后面板组件3、U型壳体底板4以及安装面板组件5。其风道设计为一层，由安装面板组件5和U型壳体底板4围成，风道和印制板组件等电气部分密封隔离，电气防尘效果明显；风向为从前面板往后面板吹，风道内按照风向依次设置直流滤波电容20、散热器16以及PFC电感7，最大程度地将设备主要热源布置或延伸到了风道内，特别是给IGBT模块13散热用的高密齿散热器16，其除了上表面外，其他都暴露在风道内，齿向和风向平行，直流滤波电容20和散热器16高低错位放置，以保证散热器16在风道内和风机直通，以提高散热效果。
如附图3、4、9所示，前面板组件1包括触摸屏安装罩25，前面板钣金件24、可活动的推拉把手56以及触摸屏57。将触摸屏安装在触摸屏安装罩内组成触摸屏组件，再将组件用由外往内压铆的压铆螺钉和螺母固定在前面板上；由于该APF结构为机架式安装，在前面板上安装两个可活动的推拉把手，既方便拆装，又可在不用时折叠起来，节省空间；前面板钣金件24下半部分全部开窗，为风道提供进风口。
如附图2、3、4、5、8所示，后面板组件3包括和电网连接用的火线接线端子一33、零线接线端子一34、火线接线端子二35、零线接线端子二36、火线接线端子三37、零线接线端子三38、后面板钣金6、接地柱以及负载电流采集印制板组件55。该结构由三个火线接线端子和三个零线接线端子，从而保证了该结构既可以用作三相三线制输入，也可以用作三相四线制输入，增加了产品的通用性，有利于降低产品研发成本。火线接线端子一33、火线接线端子二35、火线接线端子三37依次和火线母排一39、火线母排二40、火线母排三39连接将电网火线接入，零线接线端子一34、零线接线端子二36、零线接线端子三38都和零线母排42连接将电网零线接入；负载电流采集印制板组件55用由外往内压铆的压铆螺柱和螺钉固定，用于采集负载电流；后面板钣金件6下部分全部开窗，为风道提供出风口。
如附图2、3、4、5、6、7所示，安装面板组件5左右两侧由螺钉固定在U型壳体底板4的两个侧壁上，其前后两侧由螺钉固定在前后面板上。该组件包括两路交叉并联的三电平主电路以及它们共用的散热器、风机、控制电路、采样电路和辅助源，为该结构的核心部分。这种两路主电路并联，控制电路共用的交叉并联模式，不仅能够有效降低功率开关器件等容量要求、简化结构、降低产品成本、提高单机容量和可靠性，也非常有利于产品模块化设计，提高产品通用性，降低产品研发成本，提高生产效率。
为方便安装面板钣金加工，将其分成了安装面板组件前半部分和安装面板组件后半部分，两部分钣金件通过螺钉拼接在一起。下面将分两部分对该组件的实现进行具体介绍。
如附图3、5、6、7所示，该组件前半部分由短路保护印制板组件8、PFC电感安装板钣金件9、电感安装环氧树脂垫10、PFC电感印制板组件11、缓起电路印制板组件12组成。PFC电感印制板组件11由PFC电感、环氧树脂板、印制板以及接线端子组成；整机共有三个并联的PFC电感印制板组件11，每个PFC电感印制板组件8上包含两路并联的PFC电感7；电感采用多股绕组并绕的方式来绕制，以减小在较高开关频率下的集肤效应，提高其过电流能力，同时每一路都采用多个电感串并联的形式来满足电感量及过电流能力需求，这样既可有效减小单个电感体积及重量，方便备货及制作，降低采购及生产成本，又有利于电感在印制板上的安装固定。将电感的多股绕组都引出引脚，透过环氧树脂板焊接到印制板（起绝缘和固定作用）上，再用环氧树脂胶将电感固定在环氧树脂板上，从而将电感安装固定在印制板上；三个并联的PFC电感印制板组件11都倒扣安装在PFC电感安装板钣金件9上，PFC电感安装板钣金件9在电感对应处做挖孔处理，同时，在PFC电感印制板组件11和PFC电感安装板钣金件9接触的地方垫一块电感安装绝缘垫10（起绝缘和密封作用，如环氧树脂板），然后用螺钉和压铆在PFC电感安装板钣金件9下表面的压铆螺母将三者固定。短路保护印制板组件8由保险、滤波电容、印制板以及接线端子组成，用于输入短路保护及滤波；整机共有三个并联的短路保护印制板组件8，每个短路保护印制板组件8上包含两路并联的输入短路保护及滤波电路；在每一个短路保护印制板上设置有用于安装的通孔大焊盘，通这些通孔大焊盘和焊接在PFC电感印制板焊接面的接线端子，将短路保护组件安装在PFC电感印制板组件的背面；同时，短路保护印制板的元件面设有接线端子，用于连接输入火线和零线。
缓起电路印制板组件12由缓起电阻、缓起继电器以及电流霍尔组成，用于缓启动及输入电流采样；整机共有三个并联的缓起电路印制板组件12，每个缓起电路印制板组件12上包含两路并联的缓启动及输入电流采样电路；在每一个缓起电路印制板上设置有用于安装的通孔大焊盘，通这些通孔大焊盘和焊接在PFC电感印制板焊接面的接线端子，将缓起电路印制板组件12安装在PFC电感印制板组件的背面，其另一端也是用通孔大焊盘和IGBT母板14上的接线端子，直接安装在了IGBT母板14上。
这种两两主电路并联的印制板组件设计，有利于满足两路交叉并联模式的实现，方便线路连接及各组件安装。短路保护印制板组件8、PFC电感印制板组件11、缓起电路印制板组件12以及IGBT模块13之间的这种两两印制板直接跨接的连接方式，能够大大提高结构的紧凑性、简化安装、节约成本、提高生产效率；另外，使用印制板直接跨接，而不再采用导线或铜排间接连接，可以减少连线接点，从降低因接点接触电阻带来的能量损耗，提高电源效率；同时，也避免了用导线或铜排连接引起的寄生电感对电源的不确定影响，提高电源稳定性。
2、如附图3、4、5、6、7所示，该组件后半部分主要由IGBT组件、散热器16、直流滤波电容印制板组件18、直流滤波电容安装板钣金件19、控制及采样安装板钣金件21、风机组件、辅助源一26、采样板组件27、控制板组件28、辅助源二30、直流滤波电容绝缘垫31组成。
该结构共有6个并联的IGBT组件，每个IGBT组件包括一个IGBT模块13、一个IGBT母板14和一个IGBT驱动组件15。6个IGBT模块组成电路的主拓扑（三相全桥整流或者三相三电平整流）用于功率及信号变换； IGBT模块焊接在IGBT母板上，IGBT母板用来将IGBT模块连接到主电路，并将IGBT驱动组件15驱动信号转接到IGBT模块，为保证缓起电路印制板组件12能正常跨接PFC电感印制板组件和IGBT母板，要保证PFC电感印制板组件和IGBT母板上的对应连接端子在同一水平面上。各组IGBT组件之间在硬件上相互独立，单元化设计，有利于安装和维修；同时，一个IGBT驱动组件对应一个开关模块，可以将驱动组件封装起来模块化，模块化设计有利于标准化及结构简化，提高通用性，降低研发及产品成本。
IGBT母板在IGBT模块安装孔对应处开有通孔，以方便用螺丝刀将模块安装在散热器16上；散热器16用螺钉固定在直流滤波电容安装板钣金件19上，再通过滤波电容安装板钣金件19将散热器固定在U型壳体底板4的两个侧壁上；直流滤波电容安装板钣金件19在IGBT模块对应处挖孔处理。为缩短IGBT模块输出和直流滤波电容印制板组件18之间的连接距离，减少线路寄生电感，IGBT母板通过跨接印制板17将二者连接起来。将直流滤波电容印制板组件倒装在直流滤波电容安装板钣金件19上，并在二者接触处垫一块直流滤波电容绝缘垫31（起绝缘和密封作用，如环氧树脂板），通过直流滤波电容安装板钣金件19上由下往上压铆的压铆螺钉将三者固定，这样不仅能将电气部分密封隔离在风道外，还能将电容置于风道中进行有效散热，大大提高了直流滤波电容的使用寿命。在直流滤波电容安装板钣金件19上的压铆螺钉上拧上铜柱，向下用来固定直流滤波电容印制板组件18，向上用来支撑和固定控制及采样组件。
控制及采样组件包括控制及采样安装板钣金件21、辅助源一26、采样板组件27；控制板组件28；辅助源二30。控制及采样安装板钣金件21用拧在直流滤波电容安装板钣金件19上的压铆螺钉上，用于锁紧直流滤波电容印制板组件18的铜柱支撑固定；辅助源26由螺钉固定在控制及采样安装板钣金件21上；采样板组件27和辅助源二30均由装在控制及采样安装板钣金件21上的铜柱支撑固定；控制板组件28用排针排母插接在采样板组件27上。该部分功能有：为IGBT驱动、风机和缓起继电器提供供电源；采集电压和电流信号；控制电压和电流的输出。
风机组件包括风机22和风机安装钣金件23，风机22通过风机安装钣金件23用螺钉固定在直流滤波电容安装板钣金件19下方和U型壳体底板4的两个侧壁上，整个风机组件通过直流滤波电容安装板钣金件19和U型壳体底板4完全置于风道内，保证了风道的封闭性，有利于发挥风机最佳性能，从而提高散热效果。