變頻器的電容組件和變頻器的製造方法
2023-10-11 04:04:54 1
變頻器的電容組件和變頻器的製造方法
【專利摘要】一種變頻器的電容組件，包括固定安裝在電容安裝板上的多個電解電容，每兩個電解電容通過電容連接銅排串聯連接為一個電容組，電容安裝板上設有多個電容組，多個電容組問通過疊層設置的電容負極母銅排和電容正極母銅排並聯連接；在電容負極母銅排和電容正極母銅排問設有中層絕緣板。本實用新型的電容組件結構緊湊，組裝方便，可有效減少電路的雜散電感。而且電容組件採用複合的排列方式，有效縮小電容組件的體積。本實用新型還提供了一種局部合理，散熱效果好、成本低的變頻器。
【專利說明】變頻器的電容組件和變頻器
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於低壓電器領域，涉及一種變頻器和變頻器的電容組件。
【背景技術】
[0002]變頻器的誕生源於交流電機對無級調速的需求，隨著晶閘管、靜電感應電晶體、耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管等部件的出現，電氣技術有了日新月異的變化，變頻器調速技術也隨之發展，特別脈寬調製變壓變頻調速技術更是讓變頻器登上了新的臺階。
[0003]然而隨著電力電子技術應用領域的不斷延伸，變頻器也逐漸的深入到了工業的各個領域，因此市場對變頻器的性能要求，功率要求也越來越多，大功率的變頻器也隨之誕生；大功率變頻器對結構的布局要求相對小功率來說比較高，因為器件的容量，數量，散熱要求都相對比較高。布局的不合理將導致整個設備散熱性差、體積大、成本高。而且現有很多變頻器功率器件用的也是儘量用大功率管，這樣導致對器件的依耐性過大，增加了設計成本；散熱方式也是將器件統一裝在一塊散熱器上面，這樣導致單塊散熱器體積大重量大，而重量大，對裝配的要求也高，給生產安裝帶來了很大的不便，有時需要兩個甚至以上的裝配人員去安裝，同時散熱效果也不是很好。
[0004]而且，現有變頻器器件較多，組裝過程複雜，生產線工位過多，裝配效率不高。例如，變頻器採用的電解電容耐壓等級低，需要多個電容的並聯才能匹配上額定容量，所以導致電容數量多，在整機上面單個的安裝方式使得整機安裝費時，設計需要考慮的裝配問題增多，增加了設計和裝配成本；而且，現有的變頻器電容的正負極連接都是採用銅排的簡單搭接，使得電路中的雜散電感過大，需要在電容模塊上用很大容量的吸收電容才能保證模塊的安全性，這使得電容成本上升，電容模塊壽命減短。
[0005]而且，變頻器一方面需要體積的最小化，一方面器件又多，又需要保證電氣連接間的載流，使得有些器件端子之間的電氣間隙在實際應用中存在一定的隱患。例如，以IGBT管的端子例，PN端子距離很近，因銅排載流量的要求，銅排與銅排間的距離太近，存在安全隱患，為了消除這種隱患一般採用儘量使銅排的固定孔偏心，這樣就使得銅排的加工變得困難，實際效果也不佳。
【發明內容】
[0006]本實用新型的目的在於克服現有技術的缺陷，提供一種雜散電感小、結構緊湊、組裝方便的變頻器的電容組件和一種局部合理，散熱效果好、成本低的變頻器。
[0007]為實現上述目的，本實用新型採用了如下技術方案:
[0008]一種變頻器的電容組件，包括固定安裝在電容安裝板804上的多個電解電容803，每兩個電解電容803通過電容連接銅排805串聯連接為一個電容組，電容安裝板804上設有多個電容組，多個電容組間通過疊層設置的電容負極母銅排802和電容正極母銅排801並聯連接；在電容負極母銅排802和電容正極母銅排801間設有中層絕緣板807。
[0009]進一步，所述的電容組件8包括18個電解電容803組成的九組電容組，九組電容組的電解電容803組成6乘3的陣列，其中六組電容組並排設置組成6乘2的陣列，另外三組電容的6個電解電容803順序一字排列組成6乘I的陣列，共同構成6乘3的陣列。
[0010]進一步，每兩個電解電容803通過一個條形的電容連接銅排805串聯連接為一個電容組；電容負極母銅排802和電容正極母銅排801挖空電容連接銅排805的位置並保證電氣間隙和爬電距離疊置在電解電容803上，電容負極母銅排802將電容組的負極連接，電容正極母銅排801將電容組的正極連接實現電容組的並聯連接；在電容負極母銅排802和電容正極母銅排801間設有中層絕緣板807，在電容正極母銅排801上設有上層絕緣板806。
[0011]本實用新型還提供一種變頻器，包括所述的變頻器的電容組件。
[0012]進一步，所述變頻器採用垂直地面掛壁安裝的方式，包括底座9，底座9的一端內安裝有抽風式的散熱風機1，另一端側壁上設有進風口，散熱器靠近散熱風機I設置在底座9內；在所述散熱器的同一側面上安裝有IGBT模塊6和整流模塊3，整流模塊3設置在散熱器上靠近散熱風機I的一端，IGBT模塊6設置在散熱器靠近進風口的一端上；底座9安裝有散熱風機I的一端上設有進出線端子2，另一端上設有支架904，支架904內安裝有電容組件8。
[0013]進一步，電容組件的電容負極母銅排801和電容正極母銅排802 —側分別設有與IGBT模塊6連接的負極連接銅排8021和正極連接銅排8022，負極連接銅排8021和正極連接銅排8022上設有與IGBT模塊6的IGBT管的接線端子連接的多個連接孔。
[0014]進一步，所述散熱器包括並排設置在底座9內的第一散熱器4和第二散熱器5，第一散熱器4和第二散熱器5的長度相同，第一散熱器4的寬度小於第二散熱器5。
[0015]進一步，所述整流模塊3包括三組二極體單相模塊，每組二極體單相模塊包括多個並聯的二極體。
[0016]進一步，所述IGBT模塊6包括三組IGBT單相模塊，每組IGBT單相模塊包括多個並聯的IGBT管。
[0017]本實用新型的電容組件結構緊湊，組裝方便，可有效減少電路的雜散電感，電容電阻先組裝為一個整體再安裝到變頻器上，組裝方便，有效的減短了整機的安裝速度。而且電容組件採用複合的排列方式，有效縮小電容組件的體積。本實用新型的變頻器布局合理，優化了散熱性能。模塊採用多個並聯的方式降低成本，減少對模塊規格的依耐。散熱器分為多塊，減小了單個散熱器體積，減短散熱路徑，提高了裝配效率，降低了人工成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型變頻器的風流動方向示意圖；
[0019]圖2是本實用新型變頻器的結構圖；
[0020]圖3是本實用新型變頻器的裝配示意圖；
[0021]圖4是本實用新型電容組件的結構圖；
[0022]圖5是本實用新型電容組件的分解圖；
[0023]圖6是本實用新型電容組件底部安裝板的示意圖；
[0024]圖7是本實用新型電容組件頂部的示意圖；
[0025]圖8是本實用新型電容組件的電解電容的布局和連接電路圖；
[0026]圖9是本實用新型IGBT管與隔離橡膠墊塊的裝配結構圖；
[0027]圖10是本實用新型IGBT管與隔離橡膠墊塊的分解圖；
[0028]圖11是本實用新型IGBT管底部的結構圖；
[0029]圖12是本實用新型隔離橡膠墊塊的結構圖。
【具體實施方式】
[0030]以下結合附圖1至12給出的實施例，進一步說明本實用新型的變頻器的【具體實施方式】。本實用新型的變頻器不限於以下實施例的描述。
[0031]如圖1-3所示，變頻器包括底座9，底座9的一端內安裝有抽風式的散熱風機1，散熱器靠近散熱風機I設置在底座9內，所述散熱器包括並排設置的第一散熱器4和第二散熱器5 ;在所述散熱器的同一側面上安裝有IGBT模塊6和整流模塊3，整流模塊3設置在散熱器上靠近散熱風機I的一端，IGBT模塊6設置在散熱器靠近進風口的一端上，整流模塊3比IGBT模塊6更靠近散熱風機I，散熱器上還設有溫度繼電器7 ;底座9安裝有散熱風機I的一端上設有進出線端子2，另一端上還設有電容組件8。
[0032]所述底座9包括基座901，基座901 —端側壁開口安裝有散熱風機I，另一端側壁上設有多個進風口，基座901內形成易於散熱的風道；基座901頂部開口，第一散熱器4和第二散熱器5並排設置在基座的風道內靠近散熱風機I 一端，第一散熱器4和第二散熱器5之間通過連接片903連接，基座901頂部靠近進風口一端上設有蓋板902，蓋板902壓住散熱器的一端，基座901、蓋板902和連接片903固定連接將散熱器固定在底座9內；在蓋板902上裝有安裝電容組件8的支架904，電容組件8安裝在支架904內。
[0033]本實用新型的變頻器採用垂直地面掛壁安裝的方式，空氣流向由下往上(如圖1所示)，所述散熱風機I安裝在底座9的上端，位於散熱器的上部，採用抽風的方式，保證空氣的流通順暢，且有效減低散熱器風道內的風阻和噪音。所述進出線端子2設置在底座9上端對應散熱風機I的位置，進出線方式設計為上進上出方式，方便用戶現場的進出線。
[0034]所述整流模塊3包括三組二極體單相模塊，每組二極體單相模塊包括6個並聯的二極體。所述整流模塊3採用6個二極體的並聯方式可有效降低成本，整流模塊3安裝在散熱器上靠近出風口和進出線端子2附近，整流模塊3設置在散熱器上靠近散熱風機I的一端，IGBT模塊6設置在散熱器靠近進風口的一端上，整流模塊3比IGBT模塊6更靠近散熱風機1，這樣可以縮短進線距離，同時二極體的發熱量遠小於IGBT的發熱量，有利於散熱器垂直地面安裝的熱流走向，滿足熱量從高往低傳導的原理，有利於加速散熱。
[0035]所述IGBT模塊6包括三組IGBT單相模塊，每組IGBT單相模塊包括三個並聯的IGBT管(絕緣柵雙極型電晶體)。所述IGBT模塊6採用三個IGBT管一併聯作為逆變側的一相輸出，可以有效降低器件成本，並且可以由多個小模塊的散熱來替代一個模塊的散熱，均勻模塊的散熱；IGBT模塊固定在進風口位置，並靠近逆變側；變頻器的主要核心部件就在於逆變側，所以儘量保證逆變電路的路徑最短可以減少逆變管的輸入側的雜散電感，從而可以降低IGBT在開通和關斷的dv/dt，延長IGBT的使用壽命降低設備損耗。
[0036]所述散熱器包括並排設置在底座9內的第一散熱器4和第二散熱器5，第一散熱器4和第二散熱器5的長度相同，第一散熱器4的寬度小於第二散熱器5 ;第一散熱器4和第二散熱器並列設置在底座9的同一個風道裡面。第一散熱器4的寬度約為第二散熱器5的二分之一，一組二極體單相模塊和一組IGBT單相模塊設置在第一散熱器4上，兩組二極體單相模塊和兩組IGBT單相模塊設置在第二散熱器5上；二極體單相模塊和IGBT單相模塊均設置在第一散熱器4和第二散熱器5同一方向的側面上。當然，散熱器也可以為並排設置的三塊，或者更多個。第一散熱器4和第二散熱器5並列在同一個風道裡面，用螺絲固定在底座9內，將散熱器做成兩個或更多個不但可以減小單個散熱器的重量和體積，而且還使其加工簡單，安裝靈活，散熱路徑減短，既能避免散熱器過大過重而導致一個工人安裝不方便的問題，還能保證散熱器的散熱性能更加完美。
[0037]所述的溫度繼電器7主要用於散熱器表面的溫度檢測，多個溫度繼電器7以陣列的方式分布設置在散熱器上便於檢測散熱器個點的溫度。所述的電容組件8安裝在底座9的支架904內，置於逆變側下端並靠近逆變側，散熱器的上端，使電容和模塊基本在同一個水平面上，這種布置可以降低變頻器的整體高度，節省散熱器的材料成本。
[0038]本實用新型的變頻器結構合理，優化了散熱性能；整流二極體和IGBT模塊採用多個器件並聯連接的方式，減少對模塊規格的依耐，節約了成本，避免因電流過大而受限於電器元件而造成無貨源問題，同時可以避免單個器件的散熱問題不佳導致變頻器的散熱不佳的問題；散熱器分為多塊，分開散熱，減小了單個散熱器體積，減短散熱路徑，提高了裝配效率，降低了人工成本，特別是適應於大功率變頻器的安裝。
[0039]本實用新型的變頻器的裝配過程簡單方便，由一位裝配人員即可完成整個機器的裝配；裝配時，先將兩塊散熱器4、5從進風口處推進底座內，用螺絲將兩塊散熱器分別鎖緊在底座上面；在給整流模塊3、IGBT模塊6和溫度繼電器7塗抹完導熱矽膠之後用螺絲分別固定在散熱器上面，上述三個模塊的安裝可以不分先後，但安裝的方向必須要注意；再將組裝好的電容組件8直接裝在支架904上。
[0040]如圖4-8所示，所述電容組件8包括安裝在電容安裝板804上的多個電解電容803 ;每兩個電解電容803通過電容連接銅排805串聯連接為一個電容組，電容安裝板804上設有多個電容組，多個電容組間通過疊層設置的電容負極母銅排801和電容正極母銅排802並聯連接；在電容負極母銅排801和電容正極母銅排802間設有中層絕緣板807，在電容正極母銅排802上設有上層絕緣板806。所述的電容組件8包括18個電解電容803，18個電解電容803以陣列的方式排布並固定安裝在電容安裝板804上，18個電解電容803通過9個電容連接銅排805串聯成九組電容組；電解電容803組成的陣列的上依次疊置有電容負極母銅排801和電容正極母銅排802 ；電容負極母銅排801和電容正極母銅排802挖空電容連接銅排805的位置並保證電氣間隙和爬電距離，電容負極母銅排801將電容組的負極連接，電容正極母銅排802將電容組的正極連接，實現九組電容組的並聯連接；在電容負極母銅排801和電容正極母銅排802間設有中層絕緣板807，在電容正極母銅排802上設有上層絕緣板806。電容負極母銅排801和電容正極母銅排802 —側分別設有負極連接片8011和正極連接片8021，在另一側分別設有與IGBT模塊6連接的負極連接銅排8021和正極連接銅排8022，負極連接銅排8021和正極連接銅排8022上設有與IGBT模塊6的IGBT管的接線端子連接的多個連接孔。
[0041]如果將九組電容組按直線一字排列或者豎直排列都會使電容組件8在某個方向上面佔用太多的空間，因此本實用新型的電容組件8採用複合的排列方式，保證電容的佔用空間最小。九組電容組的電解電容803組成6乘3的陣列，其中六組電容組並排設置組成6乘2的陣列，另外三組電容的6個電解電容803順序一字排列組成6乘I的陣列，共同構成6乘3的陣列。九組電解電容的陣列和電氣連接原理圖如圖8所示，六組電容組按照正極在上，負極在下的順序排列，另三組電容組按照正極在左，負極在右一字排列。
[0042]本實用新型電容組件8主要組裝流程為:首先將18個電解電容803按照圖8所示的陣列安裝在電容安裝板804上，六組電容組按照正極在上，負極在下的順序排列，另三組電容組按照正極在左，負極在右一字排列；安裝時用螺絲在電容安裝板804稍微緊固保證電容不掉，再按照如8所示正負極調整電容的方向，不能鎖的太緊，方便後期安裝銅排時調節。用電容連接銅排805將電解電容兩兩一組連接，注意電容正負極方向。依次安裝電容負極母銅排801，中層絕緣板807，電容正極母銅排802和上層絕緣板806，用電容鎖螺母808將絕緣板和母排固定在電容上，最後緊固電容安裝板上電解電容的固定螺栓，完成組件安裝。在電容負極母銅排801和電容端子間還可設有下層絕緣板(圖中未示出)，保證電容正負極母銅排和電容外殼之間的電氣性能安全。
[0043]本實用新型的電容組件將正負極母銅排做成兩塊疊層母銅排，挖空電容連接排的位置並保證電氣間隙和爬電距離，中間用絕緣材料隔開，保證電氣性能要求；不僅提高了裝配效率，還可以有效的減少電路的雜散電感。如果電解電容陣列上面的正負極銅排假如按照電路簡單用類似電容連接銅排805的方式將正負極搭接，則會使得母排的雜散電感Ls非常大，從而增加了 IGBT模塊上面的dv/dt，導致模塊容易損壞。本實施例電容組件採用兩塊大的銅排，電容正極母銅排802和電容負極母銅排801採用疊層的方式，中間用絕緣材料隔開，按照圖7所示的方式連接電解電容的正負極，採用疊層的正負極母銅排形成的分布電容可抵消銅排間的雜散電感，延長IGBT模塊的使用壽命。分布電容的正負極是根據變頻器前端整流後的極性決定的，所以在本實施例中是遠離電容端子側為正極，接近端子側為負極。
[0044]本實用新型的電容組件結構緊湊，組裝方便，可有效減少電路的雜散電感，電容電阻先組裝為一個整體再安裝到變頻器上，安裝的整個過程都可以在一個固定的安裝臺上面進行安裝，方便裝配人員安裝固定，有效的減短了整機的安裝速度。
[0045]所述IGBT模塊6包括三組IGBT單相模塊，每組IGBT單相模塊採用三個IGBT管(絕緣柵雙極型電晶體)並聯作為逆變側的一相輸出，IGBT管設置在散熱器上。IGBT管601的兩端設有接線用的接線端子603，IGBT模塊的接線端子603可與電容組件的銅排通過螺絲固定連接，在IGBT管601 —端的兩個接線端子603間設有保證電氣間隙的隔離橡膠墊塊602，隔離橡膠墊塊602還可隔離IGBT管的接線端子和散熱器的固定面。如圖11所示，IGBT管的接線端子底部為塑膠包裹，假如安裝銅排的螺絲過長則會將底部損壞，導致螺絲和IGBT管的固定面距離太近產生放電現象；另外，為保證系統的載流量和銅排的正常加工不受影響，銅排又需要做的相對較寬，這樣就使得IGBT管的P極接線端子和N極接線端子之間的距離過短小於8_，假如有任何導電的異物附在兩級銅排上，將直接使兩級導通短路；所以，為防止生產員工因誤拿螺絲而損壞模塊，並防止P極接線端子和N極接線端子之間的電氣間隙過短和異物，在IGBT管的P極接線端子和N極接線端子間設有隔離橡膠墊塊602。
[0046]如圖9-12所示，在IGBT管601 —端的P極接線端子和N極接線端子間設有隔離橡膠墊塊602，所述隔離橡膠墊塊602頂部和側壁開口形成與IGBT管601 —端的兩個接線端子對應設置的兩個端子槽6021，兩個端子槽6021之間的間隔6023與兩個接線端子之間的間隙6033對應，在兩個端子槽6021間的間隔6023上設有凸起的間隔梁6022。
[0047]如圖11所示，所述接線端子603的底部和側面開口形成防護槽6034，防護槽6034內設有防護墊6031，接線端子603頂部兩側設有臺階面6035 ;如圖12所示，所述隔離橡膠墊塊602的端子槽6021內還設有與防護槽6034對應設置的第一凸臺6024，第一凸臺6024內設有與防護墊6031對應的內凹槽6025，第一凸臺6024與端子槽6021側壁間形成固定接線端子603側壁的側壁凹槽6026，端子槽6021頂部兩側向端子槽6021內延伸形成與接線端子603頂部兩側的臺階面6035配合固定的壓板面6027。
[0048]安裝時，IGBT管用螺絲固定在散熱器上，鎖緊；之後直接將隔離橡膠墊塊602從側面套入接線端子間即可。IGBT的P極接線端子和N極接線端子包裹在端子槽6021內，防護墊6031包裹在內凹槽6025內，完全隔絕IGBT接線端子與散熱器的固定表面，間隔梁6022隔離在兩個接線端子之間；隔離橡膠墊塊602的側壁凹槽6026和壓板面6027與接線端子603的側壁和臺階面6035配合固定；可以有效保證電氣間隙、杜絕異物誤導通，提高變頻器的可靠性，而且結構簡單，安裝方面，美觀實用。
[0049]以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限於這些說明。對於本實用新型所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.一種變頻器的電容組件，包括固定安裝在電容安裝板(804)上的多個電解電容(803)，其特徵在於:每兩個電解電容(803)通過電容連接銅排(805)串聯連接為一個電容組，電容安裝板(804)上設有多個電容組，多個電容組間通過疊層設置的電容負極母銅排(802)和電容正極母銅排(801)並聯連接；在電容負極母銅排(802)和電容正極母銅排(801)間設有中層絕緣板(807)。
2.根據權利要求1所述的變頻器的電容組件，其特徵在於:所述的電容組件(8)包括18個電解電容(803)組成的九組電容組，九組電容組的電解電容(803)組成6乘3的陣列，其中六組電容組並排設置組成6乘2的陣列，另外三組電容的6個電解電容(803)順序一字排列組成6乘I的陣列，共同構成6乘3的陣列。
3.根據權利要求1所述的變頻器的電容組件，其特徵在於:每兩個電解電容(803)通過一個條形的電容連接銅排(805)串聯連接為一個電容組；電容負極母銅排(802)和電容正極母銅排(801)挖空電容連接銅排(805)的位置並保證電氣間隙和爬電距離疊置在電解電容(803)上，電容負極母銅排(802)將電容組的負極連接，電容正極母銅排(801)將電容組的正極連接實現電容組的並聯連接；在電容負極母銅排(802)和電容正極母銅排(801)間設有中層絕緣板(807)，在電容正極母銅排(801)上設有上層絕緣板(806)。
4.一種變頻器，其特徵在於:包括權利要求1-3任一所述的變頻器的電容組件。
5.根據權利要求4所述的變頻器，其特徵在於:所述變頻器採用垂直地面掛壁安裝的方式，包括底座(9)，底座(9)的一端內安裝有抽風式的散熱風機(I)，另一端側壁上設有進風口，散熱器靠近散熱風機(I)設置在底座(9)內；在所述散熱器的同一側面上安裝有IGBT模塊(6)和整流模塊(3)，整流模塊(3)設置在散熱器上靠近散熱風機(I)的一端，IGBT模塊(6)設置在散熱器靠近進風口的一端上；底座(9)安裝有散熱風機(I)的一端上設有進出線端子(2)，另一端上設有支架(904)，支架(904)內安裝有電容組件(8)。
6.根據權利要求5所述的變頻器，其特徵在於:電容組件的電容負極母銅排(801)和電容正極母銅排(802) —側分別設有與IGBT模塊(6)連接的負極連接銅排(8021)和正極連接銅排(8022)，負極連接銅排(8021)和正極連接銅排(8022)上設有與IGBT模塊(6)的IGBT管的接線端子連接的多個連接孔。
7.根據權利要求5所述的變頻器，其特徵在於:所述散熱器包括並排設置在底座(9)內的第一散熱器(4)和第二散熱器(5)，第一散熱器(4)和第二散熱器(5)的長度相同，第一散熱器(4)的寬度小於第二散熱器(5)。
8.根據權利要求5所述的變頻器，其特徵在於:所述整流模塊(3)包括三組二極體單相模塊，每組二極體單相模塊包括多個並聯的二極體。
9.根據權利要求5所述的變頻器，其特徵在於:所述IGBT模塊(6)包括三組IGBT單相模塊，每組IGBT單相模塊包括多個並聯的IGBT管。
【文檔編號】H02M1/00GK204257409SQ201420700726
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月20日 優先權日:2014年11月20日
【發明者】阮冬華, 喬煥英, 王伶芝, 倪鵬旺 申請人:浙江正泰電器股份有限公司