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Title:
POWER MODULE FOR MEDIUM AND HIGH-VOLTAGE FREQUENCY CONVERTER AND FREQUENCY CONVERTER COMPRISING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/187064
Kind Code:
A1
Abstract:
A power module for a medium and high-voltage frequency converter and a frequency converter comprising same. The power module has a three-phase alternating current input and a single-phase alternating current output, and comprises a circuit board (110), a rectification module (120), a capacitor bank (130) and an inversion module (140), wherein the rectification module, the capacitor bank and the inversion module are all arranged on the circuit board. The power module has a compact structure and is convenient to cool.

Inventors:
VOEGELI, Andreas (No. 1, Block DA-10 Jiuxianqiao Beilu, Chaoyang District, Beijing 5, 100015, CN)
LUO, Shen (Room 5-1-502, Ganluyuanzhongli Chaoyang District, Beijing 3, 100123, CN)
Application Number:
CN2013/085122
Publication Date:
November 27, 2014
Filing Date:
October 12, 2013
Export Citation:
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Assignee:
ABB TECHNOLOGY LTD. (Affolternstrasse 44, Zurich, Zurich, CH)
VOEGELI, Andreas (No. 1, Block DA-10 Jiuxianqiao Beilu, Chaoyang District, Beijing 5, 100015, CN)
LUO, Shen (Room 5-1-502, Ganluyuanzhongli Chaoyang District, Beijing 3, 100123, CN)
International Classes:
H02M1/00; H02M5/40; H05K7/20
Foreign References:
CN103066859A2013-04-24
CN201577024U2010-09-08
CN202103560U2012-01-04
CN201303286Y2009-09-02
CN202856626U2013-04-03
CN201805346U2011-04-20
Other References:
See also references of EP 3001550A4
None
Attorney, Agent or Firm:
BOSS & YOUNG PATENT AND TRADEMARK LAW OFFICE (5/F, Tower A Bldg. No. 1, GT International Center,,Jia 3 Yongandongli, Jianguomenwai Avenue, Chaoyang District, Beijing 2, 100022, CN)
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Claims:
1.一种用于中高压变频器的功率模块, 具有三相交流输入和单 相交流输出, 其特征在于, 所述功率模块包括电路板 (110) 、 整流 模块 (120) 、 电容器組 (130) 和逆变模块 (140) , 所述整流模块 ( 120) 、 电容器组 (130 ) 和逆变模块 (140) 都安装在所述电路板 ( 1 10) 上。

2.根据权利要求 1所述的功率模块, 其特征在于, 所述电容器組 中的至少部分电容焊接在所述电路板 (110) 上。

3.根据权利要求 2所述的功率模块, 其特征在于, 所述功率模块 还包括安装在所述电路板 (1 10) 上的控制板 (150) 。

4.根据权利要求 3所述的功率模块, 其特征在于, 在使用中, 所 述电容器組中的电容竖立在所述电路板 (110) 上。

5.根据权利要求 1至 4中任一项所述的功率模块, 其特征在于, 所迷功率模块还包括用于支撑所迷电路板 (110) 的支撑件 (180) 。

6.根据权利要求 1至 4中任一项所述的功率模块, 其特征在于, 所迷功率模块还包括外壳 (300) , 所述外壳 (300) 的后端处设置有 凹口 (320) 。

7.根据权利要求 5所述的功率模块, 其特征在于, 所述功率模块 还包括外壳 (300) , 所述外壳 (300) 的后端处设置有凹口 (320 ) 。

8.根据权利要求 6所迷的功率模块, 其特征在于, 所述外壳 (300) 上还设置有定位件 (330) 。

9.根据权利要求 7所述的功率模块, 其特征在于, 所述外壳 (300) 上还设置有定位件 (330) 。

10. 根据权利要求 1至 4中任一项所述的功.率模块, 其特征在于, 所述电路板 (110) 上还设置有继电器 (160) 和充电电阻 (165 ) 。

11.根据权利要求 1至 4中任一项所述的功率模块, 其特征在于, 所述功率模块还包括沿与所述电路板 (1 10) 平行的方向设置且平行 棑布的至少两个熔断器。

12. 根据权利要求 1至 4 中任一项所述的功率模块, 其特征在于, 在使用中, 气流依次经过所述整流模块 (120) 、 电容器组 (130) 和 逆变模块 (140) , 以对其进行冷却。

13.根据权利要求 1 至 4 中任一项所述的功率模块, 其特征在于 所述功率模块还设置有辅助计算机。

14.一种变频器, 其特征在于, 包含任一前述权利要求所述的功 率模块。

Description:
一种用于中高压变频器的功率模块及包含其的 变频器 技术领域

【0001】 本发明涉及一种用于中高压变频器的功率模块 , 更具体而 言, 涉及一种用于中高压变频器的具有三相交流输 入和单相交流输出 的功率模块。 本发明还涉及包含这种功率模块的变频器。 背景技术

[0002] 功率模块是一种可处理电能集成的器件或模块 , 它是依照 最优的电路结构和系统结构设计的不同器件和 技术的集成。 多个功率 模块可以組成电力电子系统, 一起工作可以完成电压转换、 能量的储 存和转换、 阴抗匹配等系统級功能。 对于中高压变频器来说, 在功率 柜中, 为了实现功率调整, 将多个功率模块串联起来。 但是, 为了使 得系统结构紧凑, 需要使功率柜中安装的功率模块结构紧凑, 同时还 要利于通风冷却。 发明内容

【0003】 本发明提供了一种用于中高压变频器的功率模 块, 具有三 相交流输入和单相交流输出, 其特征在于, 所述功率模块包括电路板、 整流模块、 电容器组和逆变模块, 所述整流模块、 电容器組和逆变模 块都安装在所述电路板上。

[0004] 在一种实施方式中, 所述电容器組中的至少部分电容烊接 在所述电路板上。

[0005] 在一种实施方式中, 所述功率模块还包括安装在所述电路 板上的控制板。

[0006] 在一种实施方式中, 在使用中, 所述电容器組中的电容竖 立在所述电路板上。

[0007] 在一种实施方式中, 所述功率模块还包括用于支撑所述电 路板的支撑件。

[0008] 在一种实施方式中, 所述功率模块还包括外壳, 所迷外壳 的后端处设置有凹口。

[0009] 在一种实施方式中, 所迷外壳上还设置有定位件。

[0010] 在一种实施方式中, 所述电路板上还设置有继电器和充电 电阻。

[0011] 在一种实施方式中, 所述功率模块还包括沿与所迷电路板 平行的方向设置且平行排布的至少两个'熔断 。

[0012] 在一种实施方式中, 在使用中, 气流依次经过所迷整流模 块、 电容器组和逆变模块, 以对其进行冷却。

[0013] 在一种实施方式中, 所述功率模块还设置有辅助计算机。

[0014] 通过前述的结构, 可以使得模块的结构更加紧凑, 并能减 少杂散干扰, 从而使得模块更加高效。 另外, 这种结构有利于对整流 模块、 电容器组和逆变模块进行冷却。 这种結构还有利于电容器组与 电路板的牢固连接, 从而可以增强功率模块的可靠性。

【0015〗 本发明还提供了一种变频器, 其特征在于, 包含任一前述 的功率模块。 附图说明 [0016] 图 1示出根据本发明的一种功率模块的内部結构 意图;

【00171 图 2示出根据本发明的一种功率模块的内部结构 正视图;

[0018] 图 3 示出根据本发明的一种功率模块的内部结构及 其支撑 结构和部分外壳的示意图;

【00W] 图 4示出根据本发明另一种实施方式的功率模块 示意图; 【0020〗 图 5示出根据本发明的一种功率模块的外部示意 ; 和

[0021] 图 6示出根据本发明的一种功率模块的组装图。 ξ拖方式 [0022] 以下参考附图, 给出了本发明的可选实施方式的具体描述。

[0023] 图 1 示出一种功率模块的内部结构, 该功率模块具有三相 交流输入和单相交流输出。 功率模块包括功率组件 100 和外壳 300 (见图 3和 5 ) 。 功率組件 100 包括电路板 110、 和安装在该电路板 1 10上的整流模块 120、 电容器组 130和逆变模块 140、 以及插在该电 路板 110 上的控制板 150。 整流模块例如可以是六脉沖整流桥, 逆变 模块例如可以是 H桥 IGBT, 控制板 150上安装有主控制器等, 用于 对功率模块进行控制。 此外, 还可以为该功率模块设置辅助计算机, 以对主控制器进行冗余备份。

将整流模块 120与电容器組 130和逆变模块 140安装在同一电路 板 110上使得结构更加紧凑, 并能减少杂散干扰, 从而使得模块更加 高效。 另外, 这种结构有利于对整流模块、 电容器组和逆变模块进行 冷却。 如图 1中的箭头 A所示, 冷却气流依次经由整流模块、 电容器 组和逆变模块流出, 能够有效地对该功率模块进行冷却。 此外, 通过 这种结构, 在将功率模块安装到变频器中时, 电容器组 130竖立在电 路板 1 10上, 而非悬臂悬挂的状态。 这种结构有利于电容器組 130与 电路板 110的牢固连接, 从而可以增强功率模块的可靠性。

[0024] 电容器组包括一定数量的电解电容, 它们每三个串联組成 一組, 各組之间并联连接。 优选地, 这些电容具有咬接式端子并烊接 在电路板 110 上。 与传统将电容通过螺钉安装在电路板上相比, 这种 安装更高效, 并且允许使用大量小尺寸电容, 从而增加电容表面积并 提高散热。 此外, 焊接安装的电容不易松动, 增强了功率模块的可靠 性。

[0025] 如图 2所示, 功率模块还可以包括安装在电路板 110上的 继电器 160和充电电阻 165, 继电器 160 用于旁路充电电阻 165。 电 路板 1 10 上例如还可以设置均压电阻 (未示出) 用于平衡串联电容器 之间的电压。

[0026】 图 3和图 4示出功率組件 100的支撑结构 180。 由于整流 模块、 电容器组和逆变模块都安装在电路板 110上, 电路板 110上的 负重较大。 为了保护电路板 U0 不被损坏, 本发明提出设置支撑件 180 , 以支撑整个功率组件 100。 如图 3和 4所示, 支撑件 180呈 U型 其将电路板 1 10在其宽度方向上进行支撑, U型支撑件 180与功率模 块的外壳 300相连。 当然, 应当理解, 支撑件 180的形状可以根据具 体的支撑要求进行变化, ¾不局限于图示, 例如支撑件 180 可以采取 从两側对电路板 110进行悬臂支撑的方式。

[0027] 图 4还示出根据本发明另一种实施方式的功率模 的示意 图。 如图 4所示, 该功率模块除了前述的结构外, 还包括沿与电路板 平行的方向设置且平行排布的三个熔断器 210、 220和 230。 如图所示 三个熔断器沿与电路板垂直的方向层叠排布。 设置熔断器的目的是保 护功率模块中的半导体器件不受损害。

[0028] 图 5示出本发明的一种功率模块的外部示意图, 图 6示出 将两个功率模块组装在一起的结构。 为了使得整个变频器的设计紧凑 需要将功率模块间的距离缩小。 但是, 为了满足绝缘及爬电的要求, 功率模块间的距离不能过小。 本发明提出了一种通过对功率模块的结 构进行调整, 从而能在满足绝缘及爬电要求的前提下将功率 模块紧凑 布置的结构。 如图 5和 6所示, 在外壳 300的后端处设置凹口 320, 从而使得在相同排布功率模块的情况下, 能将功率模块间的爬电距离 从 S增大为 Sl。 此外, 为了准确地定位功率模块, 还可以在外壳 300 上设置定位件 330。 在将功率模块安装到功率拒中时, 定位件 330 与 功率柜上的对应定位件配合。 定位件 330例如可以是两个凸起, ¾功 率拒上的对应定位件例如可以是两个凹槽。 定位件 330例如还可以是 ' 向前伸出的板, 而功率柜上的对应定位件例如可以是阻止功率 模块跳 动的挡板。

[0029] 本发明还提供了一种变频器, 其中包含至少一个任一前述 的功率模块。

[0030] 虽然已参照本发明的某些优选实施例示出并描 述了本发明 但本领域技术人员应当明白, 在不背离由所附权利要求书所限定的本 发明的精神和范围的情况下, 可以在形式上和细节上对其做出各种变 化。