一种基于竖装叠层母排的变流器模组的制作方法

本发明涉及一种电力设备，尤其涉及一种基于竖装叠层母排的变流器模组。

背景技术：

当前国内的新能源变流器的研究仍然处于起步阶段，而功率单元配置更多的只考虑外观漂亮，很少有追求卓越的性能，与功率器件配合的各组件在很大程度上无法与吸收和功率扩展单元均衡匹配。由于IGBT过流能力限制，在需要并联使用的场所，并联性能得不到保证，难以实现当前动力电池生产的大电流变流器，在充电机或动力电池测试场所应用受限。

目前，大功率的变流器普遍采用以单个变流器桥臂作为一个功率单元模块的方式，通过模块外部连接组合而成。同时，单个模块配置单个风机，这种模式的优点在于：配置灵活，通过组合可以配置为不同功率级别的变流器；模块式结构，安装方便，易于实现大批量生产。其缺点在于：由于元器件较多，集中布置在功率模块后难以形成风道，元器件损耗产生的热量不易散去，同时单体模块散热不容易实现扩展，风机故障在变流器运行中影响较大，同时考虑到安全绝缘距离，功率单元模块体积普遍偏大，不适用于像风电行业这样受空间限制的行业，另外由于独立布置的功率单元差异性较大，无法做到在并联时实现均流控制。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、布置合理、安全可靠性高、维护方便且电性能佳的基于竖装叠层母排的变流器模组。

本发明所采用的技术方案是：本发明包括支撑架、散热系统、若干个IGBT功率器件、若干尖峰吸收电容器、驱动单元、三相半桥直流母排及若干直流支撑电容器，若干所述IGBT功率器件等距离分布在所述散热系统上，所述三相半桥直流母排竖直设置在所述IGBT功率器件上，所述三相半桥直流母排由相互对称叠合的正母排和负母排组成，在所述正母排和所述负母排之间设置有绝缘层，所述正母排的输入正极和所述负母排的输入负极分别与所述IGBT功率器件的正极和负极对应连接，所述IGBT功率器件的正极和负极在所述三相半桥直流母排的两侧对称设置，在所述三相半桥直流母排的下侧边缘上开设有与所述尖峰吸收电容器数目相等的电容窗口，所述尖峰吸收电容器位于所述电容窗口处且所述尖峰吸收电容器的正极和负极分别与所述IGBT功率器件的正极和负极对应连接，若干所述直流支撑电容器连接在所述三相半桥直流母排上。

上述方案可见，本发明将IGBT功率器件设置在散热系统上，尖峰吸收电容器通过正负极连接在IGBT功率器件的正负极上，三相半桥直流母排竖直设置在所述IGBT功率器件上且正母排的输入正极和所述负母排的输入负极分别与所述IGBT功率器件的正极和负极对应连接，IGBT功率器件的正极和负极在所述三相半桥直流母排的两侧对称设置，其结构紧凑，布置合理，与现有技术相比，三相半桥直流母排和IGBT功率器件垂直连接，其中的正母排和负母排到IGBT功率器件的正负极的距离相等，达到均流的效果；所述三相半桥直流母排由相互对称叠合的正母排和负母排组成，在所述正母排和所述负母排之间设置有绝缘层，其中的正母排与负母排重合叠层，在中间添加绝缘层，从而实现直流母排的大面积重叠，避免母排的分布杂散电感过大，进而改善其电性能；另外，将尖峰吸收电容器设置在电容窗口处且使其正负极直接与IGBT功率器件的正负极分别对应连接，缩短了尖峰吸收电容器到IGBT功率器件的距离，无需PCB连接板或其他连线的投入，整个结构更加简洁，且减少了IGBT功率器件到尖峰吸收电容器的电感值；此外，直流支撑电容器设置在三相半桥直流母排上，通过三相半桥直流母排的连接，避免了IGBT功率器件和直流支撑电容器之间通过PCB板或连接线而导致板级阻抗过大的问题；该模组内的各个器件均装拆方便，其维护保养便捷，维护成本低；更为重要的一点是，通过三相半桥直流母排的设置，可实现高电压、大电流、大功率变流，其载流能力得到极大的提高。

作为一个优选的方案，在所述正母排上还设置有第一输出正极和第二输出正极，所述第一输出正极和所述第二输出正极分别设置在所述正母排的两侧边缘上，所述负母排上还设置有第一输出负极和第二输出负极，所述第一输出负极和所述第二输出负极分别设置在所述负母排的两侧边缘上，所述正母排和所述负母排叠合后，所述第一输出正极和所述第一输出负极位于所述三相半桥直流母排的一侧边缘上且上下错开，所述第二输出正极和所述第二输出负极位于所述三相半桥直流母排的另一侧边缘上且上下错开。

上述方案可见，在正母排上设置位于正母排两侧边缘处的第一输出正极和第二输出正极，在负母排上设置位于负母排两侧边缘处的第一输出负极和第二输出负极，这能极好地解决IGBT功率器件载流能力受限的问题，在母排的左右两侧均设置输出极，为后续将母排进行并联设计提供便利，两个侧面均设置输出极，保证了并联时两侧均可连接其它母排，从而达到扩容的目的，能够实现大功率输出，且并联无限制，并保持了并联均流的效果。

作为进一步优选的方案，所述第二输出正极和所述第二输出负极上均设置有连接折弯部，所述连接折弯部的折弯高度与所述第二输出正极和所述第二输出负极的极片厚度一致。

上述方案可见，连接折弯部的设置，能够使得并联的两个母排前后连接成为一条线，使得并联的母排排列整齐，保证整个模组结构紧凑；同时，连接折弯部的设置，保证并联的两个母排在输出极处的咬合连接不会产生应力，保证并联的可靠性。

作为一个优选的方案，所述正母排的输入正极位于所述正母排的下侧且由所述正母排的下部经折弯90°而成，所述负母排的输入负极位于所述负母排的下侧且由所述负母排的下部经折弯90°而成。

上述方案可见，输入正极和输入负极分别利用正母排和负母排下部折弯而成，使得输入正极和输入负极的面积较宽，这种超宽的输入极确保了大电流的通过能力，进而排除IGBT的电流瓶颈。

作为一个优选的方案，所述绝缘层的下端延伸至所述IGBT功率器件的正极和负极之间的凹槽内。

上述方案可见，将绝缘层下端延伸至IGBT功率器件的正极和负极之间的凹槽内，确保了绝缘性能，避免发生短路。

作为一个优选的方案，所述IGBT功率器件和所述尖峰吸收电容器的数目均设置为三个，在所述三相半桥直流母排上设置有三个连接脚，相邻的两个所述连接脚之间的距离相等，三个所述尖峰吸收电容器和三个所述连接脚分别与三个所述IGBT功率器件的正负极连接。

上述方案可见，在一个模组中，采用数量相同的IGBT功率器件、尖峰吸收电容器，使其与三相半桥直流母排的三个连接脚相匹配，且相邻的两个所述连接脚之间的距离相等，即使是并联后，相邻的两个模组上的六个IGBT功率器件之间的距离都是相等的，这保证了很好的均流效果。

作为一个优选的方案，所述支撑架包括前支架和后支架，所述前支架和后支架竖直设置在所述散热系统上且位于所述三相半桥直流母排的两侧，在所述三相半桥直流母排上还设置有若干机械孔，所述直流支撑电容器一端连接在所述三相半桥直流母排上，另一端与所述后支架固定连接，所述三相半桥直流母排与所述前支架之间设置有若干绝缘柱，所述绝缘柱的一端与所述机械孔固定连接，另一端与所述前支架固定连接。

上述方案可见，支撑架的设置，能够将三相半桥直流母排和设置在三相半桥直流母排上的直流支撑电容器承托住，进而确保IGBT功率器件不会受到压迫，保证电性能优良。

作为一个优选的方案，所述散热系统为风冷式散热器、水冷式散热器或风冷与水冷式散热器。

上述方案可见，散热系统的设置能够将模组产生的热量带走，保证模组的电性能较佳。

作为再进一步优选的方案，所述直流支撑电容器的数目设为6个，该6个直流支撑电容器均匀分布在所述三相半桥直流母排上。

上述方案可见， 直流支撑电容器采用薄膜电容器，可以根据需要增加或减少直流支撑电容器的投入，以满足不同的电性能要求。

附图说明

图1是本发明的电路拓扑图；

图2是本发明的正面简易结构示意图；

图3是本发明的侧面结构示意图；

图4是图3中A部分的放大结构示意图；

图5是所述三相半桥直流母排的端面结构示意图；

图6是所述三相半桥直流母排的俯视结构示意图；

图7是两个所述模组并联的简易结构示意图。

具体实施方式

如图1至图7所示，在本实施例中，模组包括支撑架1、散热系统2、三个IGBT功率器件3、三个尖峰吸收电容器4、驱动单元5、三相半桥直流母排6及六个直流支撑电容器7，该6个直流支撑电容器7采用薄膜电容器且均匀分布在所述三相半桥直流母排6上。所述支撑架1包括前支架1a和后支架1b，所述前支架1a和后支架1b竖直设置在所述散热系统2上且位于所述三相半桥直流母排6的两侧，在所述三相半桥直流母排6上还设置有四个机械孔66，所述直流支撑电容器7一端连接在所述三相半桥直流母排6上，另一端与所述后支架1b固定连接，所述三相半桥直流母排6与所述前支架1a之间设置有四个绝缘柱9，所述绝缘柱9的一端与所述机械孔66固定连接，另一端与所述前支架1a固定连接。三个所述IGBT功率器件3等距离分布在所述散热系统2上，所述三相半桥直流母排6竖直设置在所述IGBT功率器件3上。在所述三相半桥直流母排6上设置有三个连接脚65，相邻的两个所述连接脚65之间的距离相等，三个所述尖峰吸收电容器4和三个所述连接脚65分别与三个所述IGBT功率器件3的正负极连接。所述散热系统2为风冷式散热器、水冷式散热器或风冷与水冷式散热器。在本实施例中采用风冷式散热器。所述风冷式散热器包括风道10和设置在风道10端部的风机11，在所述风道10内设置有散热翅片12。

所述三相半桥直流母排6由相互对称叠合的正母排61和负母排62组成。在所述正母排61和所述负母排62之间设置有绝缘层63。所述绝缘层63的下端延伸至所述IGBT功率器件3的正极和负极之间的凹槽内。所述正母排61的输入正极611和所述负母排62的输入负极621分别与所述IGBT功率器件3的正极和负极对应连接。所述正母排61的输入正极611位于所述正母排61的下侧且由所述正母排61的下部经折弯90°而成，所述负母排62的输入负极621位于所述负母排62的下侧且由所述负母排62的下部经折弯90°而成。所述IGBT功率器件3的正极和负极在所述三相半桥直流母排6的两侧对称设置。在所述正母排61上还设置有第一输出正极612和第二输出正极613，所述第一输出正极612和所述第二输出正极613分别设置在所述正母排61的两侧边缘上，所述负母排62上还设置有第一输出负极622和第二输出负极623，所述第一输出负极622和所述第二输出负极623分别设置在所述负母排62的两侧边缘上，所述正母排61和所述负母排62叠合后，所述第一输出正极612和所述第一输出负极622位于所述三相半桥直流母排6的一侧边缘上且上下错开，所述第二输出正极613和所述第二输出负极623位于所述三相半桥直流母排6的另一侧边缘上且上下错开。所述第二输出正极613和所述第二输出负极623上均设置有连接折弯部8，所述连接折弯部8的折弯高度与所述第二输出正极613和所述第二输出负极623的极片厚度一致。

在所述三相半桥直流母排6的下侧边缘上开设有与所述尖峰吸收电容器4数目相等的电容窗口64。所述尖峰吸收电容器4位于所述电容窗口64处且所述尖峰吸收电容器4的正极和负极分别与所述IGBT功率器件3的正极和负极对应连接，所述直流支撑电容器7连接在所述三相半桥直流母排6上。

本发明与现有技术相比，可以解决以下问题：

1、在三相半桥直流母排的下侧边缘上开设有与尖峰吸收电容器数目相等的电容窗口，尖峰吸收电容器位于电容窗口处且尖峰吸收电容器的正极和负极分别与IGBT功率器件的正极和负极对应连接；这解决了高电压IGBT功率器件与尖峰吸收电容器距离过远，连接大多是90°折弯的问题，减少了IGBT功率器件到尖峰吸收电容器的电感值。

2、三相半桥直流母排竖直设置在IGBT功率器件上，直流支撑电容器连接在三相半桥直流母排上；这解决了IGBT功率器件与直流支撑电容器间通过PCB或连线等导致板级阻抗过大的问题。

3、本发明模组的所有组件均通过螺钉固定，安装或拆卸极为方便，解决了功率器件在内功率模组更换配件困难甚至全部拆解的问题。

4、正母排的输入正极位于正母排的下侧且由正母排的下部经折弯90°而成，负母排的输入负极位于负母排的下侧且由负母排的下部经折弯90°而成折弯而成的输入极宽度和面积较大，大电流、大功率、大电压通过；解决了IGBT功率器件与支撑电容器间大电流连接线/铜箔/铜排过细/薄/窄的问题。

5、本发明中的驱动单元设置在散热系统上，与IGBT功率器件的连接均是通过连接脚直接连接，无需引线，解决了驱动单元高压检测引出线连接问题。

6、在正母排上设置第一输出正极和第二输出正极，第一输出正极和第二输出正极分别设置在正母排的两侧边缘上，负母排上设置第一输出负极和第二输出负极，第一输出负极和第二输出负极分别设置在负母排的两侧边缘上，正母排和负母排叠合后，第一输出正极和第一输出负极位于三相半桥直流母排的一侧边缘上且上下错开，第二输出正极和第二输出负极位于三相半桥直流母排的另一侧边缘上且上下错开，第二输出正极和第二输出负极上均设置连接折弯部，连接折弯部的折弯高度与第二输出正极和第二输出负极的极片厚度一致，对于需要大功率、大电流、大电压输出的场合，可以方便地进行模组与模组并联；解决了大功率输出重新设计功率模组的问题，基本功率模组可以无限制并联，且确保并联均流。

7、本发明做到了整个模组安装无连线，模组内部任意配件拆卸更换不涉及其他配件，安装和拆卸都极为方便，极大地便捷了维护保养；该模组为独立模块，可以与其它设备机柜方便安装与拆卸，可以实现批量生产，从而降低成本。

本发明可应用于电力设备领域。