專利名稱：一種具有散熱結(jié)構(gòu)的高壓變頻器功率單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于應(yīng)用在大功率高壓變頻器中的模塊化功率單元結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體 涉及一種高壓變頻器功率單元的散熱結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
高壓變頻器在正常工作時(shí)，熱量來源主要是隔離變壓器、電抗器、功率單元、控制 系統(tǒng)等，其中作為主電路電子開關(guān)的功率器件的散熱、功率單元的散熱設(shè)計(jì)、及功率柜 的散熱與通風(fēng)設(shè)計(jì)最為重要。
通常對(duì)IGBT或IGCTt模塊來說，其PN結(jié)不得超過125°C,封裝外殼為85°C。有 研究表明，元器件溫度波動(dòng)超過土20。C，其失效率會(huì)增大8倍。功率器件散熱設(shè)計(jì)關(guān)乎 整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行安全。
功率單元是大功率高壓變頻器中的重要組成部分，它是實(shí)現(xiàn)高壓變頻調(diào)速的主要
元器件，也是決定高壓變頻器的的特性、體積等的重要因素。所以在功率單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 中，不僅要考慮他的結(jié)構(gòu)緊湊，還的要考慮通風(fēng)散熱、布局合理等諸多因素，這樣才能 使大功率變頻器的性能指標(biāo)提高、結(jié)構(gòu)空間節(jié)約。
傳統(tǒng)的大功率變頻器元器件、線路板等都很多，功率單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上很復(fù)雜，把 元器件、線路板等集合在一個(gè)獨(dú)立的箱子內(nèi)，在通風(fēng)散熱方面更是出現(xiàn)諸多問題；以致 于功率單元散熱效果很差，容易造成功率器件損壞和超溫現(xiàn)象等因素，難以提高生產(chǎn)率。
當(dāng)前電力電子行業(yè)采用功率模塊日趨普及，大功率器件的散熱問題已成為急待解決的問 題。
在過去的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，功率單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是立式的結(jié)構(gòu)，功率器件固定在散熱器 上，與其它主電路器件一起封閉在功率單元?dú)んw內(nèi)，大容量功率元器件運(yùn)行過程中產(chǎn)生 的熱量均通過其金屬基板傳導(dǎo)至散熱器上，由散熱器齒間風(fēng)道強(qiáng)制通風(fēng)帶出，由于功率 單元?dú)?nèi)熱量積聚，導(dǎo)致殼內(nèi)環(huán)境溫度過高，影響功率器件正常運(yùn)行，不得不降額運(yùn)行 或加大散熱器體積并大功率器件間距，帶來很大的成本壓力。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上諸多原因，本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、運(yùn)行維護(hù)方便且體積小、散熱效果佳的新型模塊化功率單元結(jié)構(gòu)。 為實(shí)現(xiàn)以上目的，本設(shè)計(jì)使用以下設(shè)計(jì)方案
一種具有散熱結(jié)構(gòu)的高壓變頻器功率單元，包括殼體、散熱器、大功率器件，其特
征在于殼體用于安裝固定所述高壓變頻器各組件并開成散熱風(fēng)道，殼體內(nèi)部骨架四周 分別固定側(cè)面板3與端面板4，頂端固定散熱器l，散熱器上安裝有弓形上面板，從而 生成散熱器的封閉風(fēng)道，所述功率器件安裝在散熱器上。
前面板上開有殼體散熱孔5，并安裝有三相進(jìn)線熔斷器7、 8、 9，開有三個(gè)進(jìn)線孔 10、 11、 12和兩個(gè)出線孔13、 14，用于三相進(jìn)線與單相出線；側(cè)面板上也開有殼體通 風(fēng)孔6。
大容量功率器件旁路二極管15 、 16、，旁路晶閘管17，三相整流橋18，逆變IGBT19 20的金屬基板與散熱器1間涂抹導(dǎo)熱硅脂并由螺栓固定，各功率器件間通過聯(lián)接銅排 21實(shí)現(xiàn)主電路聯(lián)接；
在散熱器1上開有多個(gè)專用通風(fēng)孔22，專門為提供殼體內(nèi)部環(huán)境提供散熱通道，這 些通風(fēng)孔開在功率器件關(guān)鍵發(fā)熱點(diǎn)的附近，孔徑為①3。
所有殼體、散熱器、大功率元器件和控制電路板均為活動(dòng)連接。
由圖4中的溫升試驗(yàn)曲線說明，在散熱器上開殼體內(nèi)部專用通風(fēng)孔的方法可以幫助 散熱，而且散熱效果良好，解決了當(dāng)代大功率單元模塊的散熱問題。
由于本設(shè)計(jì)采用了以上的產(chǎn)品技術(shù)方案設(shè)計(jì)，在同樣的功率等級(jí)下，本設(shè)計(jì)與同類
產(chǎn)品相比有一下優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊湊、系統(tǒng)體積小、散熱效果好、安裝、運(yùn)輸方便、效率高。

圖1為本實(shí)用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型的立體結(jié)構(gòu)外觀圖； 圖3為本實(shí)用新型中的散熱器立體圖； 圖4為本實(shí)用新型開孔功能溫升一時(shí)間曲線圖。
在說明書附圖中，l一散熱器，2 —上面板，3 —側(cè)面板，4一端面板，5 —前面板通 風(fēng)孑L， 6—側(cè)面板通風(fēng)孔，7 8 9—熔斷器，10 11 12 —三相進(jìn)線孔，13 14—出線孔，15 16— 旁路二極管，17—旁路晶閘管，18—整流橋，1920—逆變IGBT， 21—聯(lián)接銅排，22-散熱器通風(fēng)孔。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)說明書附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)表述。
本實(shí)用新型的散熱結(jié)構(gòu)主要由散熱器l、功率器件15-20和殼體組成。由圖l所示 殼體頂部固定有散熱器l，散熱器1為普通左右通透齒形結(jié)構(gòu)，散熱器頂端安裝有上面 板2，從而組成封閉的風(fēng)道；殼體側(cè)面安裝側(cè)面板3，端面安裝有端面板4。
由圖2示，殼體前面板上開有殼體散熱孔5，并安裝有三相進(jìn)線熔斷器7、 8、 9， 開有三個(gè)進(jìn)線孔IO、 11、 12和兩個(gè)出線孔13、 14，用于三相進(jìn)線與單相出線，進(jìn)線孔 與出線孔均有橡膠保護(hù)套圈， 一方面可以保護(hù)導(dǎo)線絕緣層，另一方面可以加強(qiáng)封鎖效果； 側(cè)面板上也開有殼體通風(fēng)孔6。
由圖3示，功率器件旁路二極管15、16，旁路晶閘管17,三相整流橋18，逆變IGBT19 20的金屬基板與散熱器1間涂抹導(dǎo)熱硅脂并由螺栓固定，各功率器件間通過聯(lián)接銅排 21實(shí)現(xiàn)主電路聯(lián)接。在散熱器1上功率器件關(guān)鍵發(fā)熱點(diǎn)的附近開有多個(gè)專用通風(fēng)孔22， 專門為提供殼體內(nèi)部環(huán)境提供散熱通道，孔徑為①3。
功率器件在散熱器上均勻分布，這樣可以有效的均勻散熱。當(dāng)功率單元裝入高壓變 頻器柜體后，在柜體強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng)的作用下，冷風(fēng)將通過功率單元散熱器齒與上面板間 組成的封閉風(fēng)道，將功率單元中功率器件產(chǎn)生的熱量帶走；同時(shí)由前面板通風(fēng)孔5與側(cè) 面板通風(fēng)孔6與散熱片上的專用通風(fēng)孔22組成的風(fēng)回路可將殼體內(nèi)環(huán)境的熱量帶走； 在上述兩組風(fēng)道的作用下，可以保證功率單元中的功率器件發(fā)熱量被迅速有效的帶走， 保證功率單元安全工作。
本散熱結(jié)構(gòu)中殼體、散熱器、功率器件均可以獨(dú)立安裝，最后在組合在一起組裝成 功率單元，不必受其中某個(gè)部件的限制，所以維修和調(diào)試都很方便。
如圖4示，通過溫升試驗(yàn)進(jìn)行了科學(xué)的試驗(yàn)驗(yàn)證，散熱器1上開空前和開孔后的溫 升曲線圖，很容易看出，在電流低的情況下，溫升相對(duì)較小，但是在同等電流下(以210A 為例)，散熱器適當(dāng)開孔可以有利于散熱，從溫升曲線圖中可以明顯的看出開孔后溫度 明顯的降了下來。這樣對(duì)封閉在殼體內(nèi)的功率器件不會(huì)造成過溫現(xiàn)象而損壞元器件，增 加了效率。
以上為本實(shí)用新型的技術(shù)方案，在傳統(tǒng)的布局上有著新穎散熱器開孔設(shè)計(jì)，在調(diào)試、 減少器件損害和維修等方面都有很大的提高。任何基于本實(shí)用新型技術(shù)方案上的等效變 換均屬于本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種具有散熱結(jié)構(gòu)的高壓變頻器功率單元，包括殼體、散熱器、功率器件，其特征在于殼體用于安裝固定所述高壓變頻器各組件并開成散熱風(fēng)道，殼體內(nèi)部骨架四周分別固定側(cè)面板與端面板，頂端固定散熱器，散熱器上安裝有弓形上面板，從而生成散熱器的封閉風(fēng)道，所述功率器件安裝在散熱器上。
2、 根據(jù)要求1所述具有散熱結(jié)構(gòu)的高壓變頻器功率單元，其特征在于各功率器 件的金屬基板與散熱器間涂抹導(dǎo)熱硅脂并由螺栓固定安裝在散熱器上，通過銅排實(shí)現(xiàn)功 率器件之間的電氣聯(lián)接。
3、 根據(jù)要求1或2所述具有散熱結(jié)構(gòu)的高壓變頻器功率單元，其特征在于散熱 器上各功率器件關(guān)鍵發(fā)熱點(diǎn)附近均開有專用通風(fēng)孔，殼體的前面板與側(cè)面板上開有散熱 通風(fēng)孔，用于殼體內(nèi)部環(huán)境的散熱。
4、 根據(jù)要求1或2所述具有散熱結(jié)構(gòu)的高壓變頻器功率單元，其特征在于所述 殼體、散熱器、大功率器件均為獨(dú)立的活動(dòng)連接，由螺栓固定，方便拆卸。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高壓變頻器功率單元，確切地說，是一種具有特殊散熱結(jié)構(gòu)的功率單元。本實(shí)用新型功率單元功率器件用螺栓安裝在散熱片器上，功率器件之間通過銅排實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)接，散熱器齒與上面板構(gòu)成主風(fēng)道，同時(shí)散熱器上各功率器件關(guān)鍵發(fā)熱點(diǎn)附近還開有專用散熱孔，可以與前面板與側(cè)面板上的通風(fēng)孔組成殼體內(nèi)部環(huán)境的風(fēng)道，以有效地降低內(nèi)部溫度，以達(dá)到功率器件有效散熱的目的。本實(shí)用新型功率單元采用組件式結(jié)構(gòu)，各組件可獨(dú)立組裝，各組件間用螺栓連接。通過溫升實(shí)驗(yàn)證明，本實(shí)用新型所述功率單元散熱效果良好，組裝維護(hù)方便。
文檔編號(hào)H02M1/00GK201398147SQ20092000397
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者軍 陳, 府 陳 申請(qǐng)人:安徽長風(fēng)電纜集團(tuán)有限公司;安徽歐賽電子科技有限公司