一种高压变频器功率单元装置的制作方法

本发明涉及变频器，尤其涉及一种高压变频器功率单元装置，适用于级联型高压变频器的功率单元。

背景技术：

1、高压变频器在冶金、化工、电力、市政供水和采矿等行业中广泛应用，能显著的降低工业生产能耗。功率单元做为高压变频器的核心部件，对变频器的体积大小、功率密度、可靠性和成本占据主导影响。

2、高压变频器功率单元典型电路拓扑如图1所示。外部输入的三相交流由6个二极管构成的三向整流桥整流成直流，经过中间支撑电容器组件的滤波和稳压后，输送给由4个igbt(insulated gate bipolar transistor,绝缘栅双极型晶体管)组成的单h桥逆变电路，在功率单元控制板的驱动与控制下，逆变成频率和幅值可变的交流。基于该电路拓扑，目前高压变频器功率单元架构方案基本如专利文献cn 213094065u所示：采用一个独立的三相整流桥功率器件与两个逆变功率器件，按一定布局方式安装在散热器上，整流功率器件直流输出端子与逆变功率器件输入端子采用铜排进行连接，逆变功率器件通常还组装有门极适配板与吸收电容；中间直流支撑电容的电容器，通常采用正负铜排、绝缘层压合形式低感母排来降低杂感，并通过引出的正、负直流端子与主功率器件(整流功率器件、逆变功率器件)直流回路相连；电源板、功率单元控制板、旁路功能器件、温度传感器等部件都是分散布置，靠大量线束相互连接。

3、为满足功率单元简易、轻便、高功率密度、高可靠性、低成本、易维护的发展趋势，现有高压变频器功率单元架构方案，存在以下不足：

4、1)独立、分散布局的整流功率器件、逆变功率器件，所需散热器体积更大，整流与逆变间也还需要额外铜排来连接，布局分散，紧凑性差，组装也更复杂、耗时。

5、2)功率单元控制板、旁路功能器件、主功率器件三者间还需要借助大量的线缆进行转接，线束布局更复杂，组装更耗时，驱动信号也容易受干扰，可靠性差。

6、3)只能在散热器台面上额外安装温度继电器或温度传感器来做过温保护功能。

7、高压变频器功率单元在传统架构方案下，仅仅依靠优化结构布局、降低物料成本等常规举措，已经很难实现功率单元的功率密度与可靠性持续提升、成本持续降低。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简洁、紧凑，方便组装，有利于提高功率密度和可靠性的高压变频器功率单元装置。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种高压变频器功率单元装置，包括：

4、集成式功率器件：集成整流功率器件和两个逆变功率器件，且所述逆变功率器件配设有门极适配板和吸收电容；

5、第一pcb板(printed circuit board，印刷电路板，下同)：集成功率单元控制板、所述门极适配板、所述吸收电容和旁路继电器；

6、支撑电容组件和电源板；

7、所述支撑电容组件和所述电源板连接于所述第一pcb板上；

8、所述集成式功率器件上设有插针式对接端子，所述第一pcb板上设有插针孔，所述插针式对接端子插入所述插针孔内并焊接固定。

9、作为上述技术方案的进一步改进：所述集成式功率器件还集成有温度传感器。

10、作为上述技术方案的进一步改进：所述集成式功率器件安装于一散热基板上，所述散热基板上设有散热翅片，所述第一pcb板位于所述集成式功率器件远离所述散热基板的一侧。

11、作为上述技术方案的进一步改进：所述支撑电容组件位于所述第一pcb板下方，所述散热基板下方安装有放电电阻。

12、作为上述技术方案的进一步改进：所述支撑电容组件包括支撑电容器及设于支撑电容器上方的低感母排，所述低感母排通过直流连接母排组件与所述第一pcb板连接。

13、作为上述技术方案的进一步改进：所述低感母排包括第二pcb板及分层铺设于第二pcb板的正负极铜箔。

14、作为上述技术方案的进一步改进：所述第一pcb板与所述散热基板之间设有绝缘支撑柱。

15、作为上述技术方案的进一步改进：所述第一pcb板前侧自上而下依次设有光纤接口、级联输出母排组件和三相交流输入母排组件，所述旁路继电器和所述电源板设于所述第一pcb板后侧且旁路继电器位于电源板上方。

16、作为上述技术方案的进一步改进：还包括壳体，所述壳体前侧与所述支撑电容组件对应处设有第一进风口且与所述散热翅片对应处设有第二进风口，壳体后侧与所述支撑电容组件对应处设有第一出风口且与所述散热翅片对应处设有第二出风口。

17、作为上述技术方案的进一步改进：所述壳体包括主体框架、及设于主体框架上的可拆卸顶板和可拆卸侧板，所述旁路继电器和所述电源板均位于所述可拆卸侧板与所述第一pcb板之间。

18、与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的高压变频器功率单元装置，相比传统的功率单元一个整流功率器件、两个逆变功率器件分散式布局架构方案，采用集成式功率器件，集成整流和两个逆变单一功率器件，不再需要用铜排连接整流输出与逆变输入接口，部件数量减少，结构布局简洁、紧凑，可靠性更高；将传统分散布局的门极适配板、吸收电容、旁路继电器与功率单元控制板做集成化设计，并采用焊接各接口端子的板载形式与集成式功率器件连接，功率单元结构布局更为简洁、紧凑，传统方案的直流电压采集线束、交流输入缺相检测线束、功率器件驱动线束、旁路功能连接线束都不再需要，电气部件分散程度降低，连接铜排数少，整个功率单元线束大幅度减少，功率密度与可靠性得以显著提升，生产组装、维护更加便捷、高效，整体成本也大幅降低。

19、进一步地，集成式功率器件集成温度传感器，不需要单独在散热器上安装温度传感器，也不需要温度采样线束，功率器件过温保护更准确。

技术特征：

1.一种高压变频器功率单元装置，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的高压变频器功率单元装置，其特征在于：所述集成式功率器件(1)还集成有温度传感器。

3.根据权利要求1所述的高压变频器功率单元装置，其特征在于：所述集成式功率器件(1)安装于一散热基板(7)上，所述散热基板(7)上设有散热翅片(71)，所述第一pcb板(2)位于所述集成式功率器件(1)远离所述散热基板(7)的一侧。

4.根据权利要求3所述的高压变频器功率单元装置，其特征在于：所述支撑电容组件(5)位于所述第一pcb板(2)下方，所述散热基板(7)下方安装有放电电阻(8)。

5.根据权利要求4所述的高压变频器功率单元装置，其特征在于：所述支撑电容组件(5)包括支撑电容器(51)及设于支撑电容器(51)上方的低感母排(52)，所述低感母排(52)通过直流连接母排组件(53)与所述第一pcb板(2)连接。

6.根据权利要求5所述的高压变频器功率单元装置，其特征在于：所述低感母排(52)包括第二pcb板(54)及分层铺设于第二pcb板(54)的正负极铜箔。

7.根据权利要求3所述的高压变频器功率单元装置，其特征在于：所述第一pcb板(2)与所述散热基板(7)之间设有绝缘支撑柱(72)。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的高压变频器功率单元装置，其特征在于：所述第一pcb板(2)前侧自上而下依次设有光纤接口(21)、级联输出母排组件(22)和三相交流输入母排组件(23)，所述旁路继电器(4)和所述电源板(6)设于所述第一pcb板(2)后侧且旁路继电器(4)位于电源板(6)上方。

9.根据权利要求8所述的高压变频器功率单元装置，其特征在于：还包括壳体(3)，所述壳体(3)前侧与所述支撑电容组件(5)对应处设有第一进风口(31)且与所述散热翅片(71)对应处设有第二进风口(32)，壳体(3)后侧与所述支撑电容组件(5)对应处设有第一出风口(33)且与所述散热翅片(71)对应处设有第二出风口(34)。

10.根据权利要求9所述的高压变频器功率单元装置，其特征在于：所述壳体(3)包括主体框架(35)、及设于主体框架(35)上的可拆卸顶板(36)和可拆卸侧板(37)，所述旁路继电器(4)和所述电源板(6)均位于所述可拆卸侧板(37)与所述第一pcb板(2)之间。

技术总结
本发明公开了一种高压变频器功率单元装置，包括：集成式功率器件，集成式功率器件集成整流功率器件和两个逆变功率器件，且所述逆变功率器件配设有门极适配板和吸收电容；第一PCB板，第一PCB板集成功率单元控制板、所述门极适配板、所述吸收电容和旁路继电器；支撑电容组件和电源板；所述支撑电容组件和所述电源板连接于所述第一PCB板上；所述集成式功率器件上设有插针式对接端子，所述第一PCB板上设有插针孔，所述插针式对接端子插入所述插针孔内并焊接固定。本发明具有结构简洁、紧凑，方便组装，有利于提高功率密度和可靠性等优点。

技术研发人员：曹强,罗仁俊,张洪浩,王婷,黄启钊,谢非,邱文俊,周晓云,史虎,罗冬
受保护的技术使用者：株洲变流技术国家工程研究中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12