CN109742923B - 一种大容量功率柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大容量功率柜，包括功率柜框架以及设置在功率柜框架内的多个功率单元，功率单元的左右两侧设置有输入输出长叠层母排，功率柜框架内底部前后并排设置有交流输入排和交流输出排，右侧输入输出长叠层母排与功率柜框架的右侧面之间设置有多根冷却水进水管，左侧输入输出长叠层母排与功率柜框架的左侧面之间设置有多根冷却水出水管；本发明公开的大容量功率柜容量大，单柜可以达到兆瓦级，体积小功率密度高，模块化设计程度高，结构紧凑，满足正面拆装，安装维护简单方便，柜体扩容能力强，整柜布置简介美观，适宜工程化应用。

Description

一种大容量功率柜

技术领域

本发明属于电气设备技术领域，具体涉及一种大容量功率柜，是指一种单柜容量兆瓦级、体积小功率密度大、模块化设计程度高、拆装容易维护方便的变频柜。

背景技术

变频柜是电力电子领域广泛使用的一种柜体，因其良好的启动性能、调速性能和节能效果而成为当前推广的动力拖动方式。近年来，随着经济的快速发展，船舶领域对于近岸港口的环保要求越来越高，船只靠岸之后传统的供电方法是用船上发电机提供，但发电机在低速运行时，效率低、污染大，对近海水体和港口环境都造成严重威胁，违反国家对码头港口的环境要求。对此，港口为了解决污染问题，为船只提供清洁能源，普遍采用岸上供电技术。岸上供电技术就是船只靠岸之后将船上发电机切换为岸电电源供电。可有效的减少污染气体的排放，减少噪音。

目前岸电供电技术正处在发展阶段，功率柜作为岸电供电系统最重要的组成部分，一直是研究的重点。为了给更多船型提供岸上电源，港口对功率柜要求比较高，一方面容量要大，另一方面柜体功率单元要拆装容易、维护方便，同时可扩容性好。对此，本发明提出了一种大容量功率柜，该功率柜容量大单柜容量兆瓦级、体积小功率密度大、模块化设计程度高、拆装容易维护方便，并且可以根据容量要求确定功率柜数量，扩容性能好。不仅在岸电领域，在其它对容量要求高的场合使用性能也很高。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足，设计一种大容量功率柜，目的在于解决船舶岸上供电系统中对功率柜要求容量大、柜体功率单元拆装容易维护方便、同时可扩容性好的问题。本发明主要用于岸电供电系统，但对于其它对功率要求高的场合也具有很好的通用性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大容量功率柜，包括功率柜框架以及从上到下依次设置在功率柜框架内的多个功率单元，所述的功率单元的左右两侧分别设置有位于功率柜框架内的输入输出长叠层母排，所述的功率柜框架内底部前后并排设置有多个分别与输入输出长叠层母排相连接的交流输入排和交流输出排，右侧所述的输入输出长叠层母排与功率柜框架的右侧面之间还设置有多根与功率单元相连通的冷却水进水管，左侧所述的输入输出长叠层母排与功率柜框架的左侧面之间还设置有多根与功率单元相连通的冷却水出水管；

所述的功率单元由一个整流组合单元和一个逆变组合单元相向安装构成，所述的整流组合单元或逆变组合单元均由一个L形叠层母排、一个功率模块和一个支撑电容模块构成，所述的L形叠层母排与输入输出长叠层母排相连接；所述的支撑电容模块沿竖直方向设置在L形叠层母排的竖直向铜排内侧，所述的功率模块沿水平方向设置在L形叠层母排的水平向铜排与支撑电容模块之间。

所述的功率模块包括功率模块水冷板以及设置在功率模块水冷板上的功率器件，所述的支撑电容模块包括支撑电容模块框架以及设置在支撑电容模块框架上的多个支撑电容，所述的支撑电容模块框架两端还设置有与功率模块配合使用的功率模块安装导轨。

所述的功率模块水冷板上还分别设置有冷却水进水嘴和冷却水出水嘴，所述的冷却水进水嘴与冷却水进水管相连通，所述的冷却水出水嘴与冷却水出水管相连通。

所述的L形叠层母排上分别设置有多个L形叠层母排直流接口和L形叠层母排交流接口；所述的输入输出长叠层母排上分别设置有多个长叠层母排交流输出接口、长叠层母排直流接口、长叠层母排交流输入接口、长叠层母排对外交流输出接口和长叠层母排对外交流输入接口；所述的L形叠层母排交流接口与长叠层母排交流输出接口或长叠层母排交流输入接口相连接，所述的L形叠层母排直流接口与长叠层母排直流接口相连接，所述的长叠层母排对外交流输出接口与交流输出排相连接，所述的长叠层母排对外交流输入接口与交流输入排相连接。

所述的功率器件包括IGBT、钳位二极管和放电电阻。

本发明的有益效果是：

1，本发明公开的大容量功率柜容量大，单柜可以达到兆瓦级，覆盖功率范围广，同时体积小，柜体设计紧凑，功率密度大。

2，本发明公开的大容量功率柜模块化设计程度高，里面六个支撑电容模块结构一致，六个功率模块布局也相同，通过调节控制方式来控制整流和逆变，整个柜体拆装容易维护方便。

3，本发明公开的大容量功率柜柜体扩容性能好，可以单柜传输电能，也可以多柜一起传输电能。

4，本发明公开的大容量功率柜整个柜体布置合理、结构美观，易于工程化推广。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的左视图；

图3是本发明的俯视图；

图4是本发明去掉柜体之后的主视图；

图5是本发明去掉柜体之后的左视图；

图6是本发明去掉柜体之后的俯视图；

图7是本发明的内功率单元侧视图；

图8是本发明的功率单元内部整流组合单元（或逆变组合单元）的侧视图；

图9是本发明的功率单元内部整流组合单元（或逆变组合单元）的主视图；

图10是本发明的L形叠层母排的主视图；

图11是本发明的L形叠层母排的右视图；

图12是本发明的功率模块的主视图；

图13是本发明的功率模块的左视图；

图14是本发明的支撑电容模块的主视图；

图15是本发明的支撑电容模块的仰视图；

图16是本发明的输入输出长叠层母排的主视图；

图17是本发明的整体结构图。

各附图标记为：1—功率柜框架，2—功率单元，3—交流输入排，4—输入输出长叠层母排，5—交流输出排，6—冷却水进水管，7—冷却水出水管，8—L形叠层母排，9—功率模块，10—支撑电容模块，11—L形叠层母排直流接口，12—L形叠层母排交流接口，13—功率模块水冷板，14—功率器件，151—冷却水进水嘴，152—冷却水出水嘴，16—支撑电容模块框架，17—支撑电容，18—功率模块安装导轨，19—长叠层母排交流输出接口，20—长叠层母排直流接口，21—长叠层母排交流输入接口，22—长叠层母排对外交流输出接口，23—长叠层母排对外交流输入接口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明公开了一种大容量功率柜，参照图1至图3所示，包括功率柜框架1以及从上到下分上中下三层布置在功率柜框架1内的三个功率单元2，所述的功率单元2的左右两侧分别设置有位于功率柜框架1内的输入输出长叠层母排4，所述的功率柜框架1内前底部并排设置有六个分别与输入输出长叠层母排4相连接的交流输入排3，所述的功率柜框架1内后底部并排设置有六个分别与输入输出长叠层母排4相连接的交流输出排5，所述的功率柜框架1的右侧面内侧拐角处由下往上设置有两根分别与功率单元2相连通的冷却水进水管6，所述的功率柜框架1的左侧面内侧拐角处由下往上设置有两根分别与功率单元2相连通的冷却水出水管7。

参照图4至图9所示，所述的功率单元2由一个整流组合单元和一个逆变组合单元相向安装构成，所述的整流组合单元或逆变组合单元均由一个L形叠层母排8、一个功率模块9和一个支撑电容模块10构成，所述的L形叠层母排8与输入输出长叠层母排4相连接；所述的支撑电容模块10沿竖直方向设置在L形叠层母排8的竖直向铜排内侧，所述的功率模块9沿水平方向设置在L形叠层母排8的水平向铜排与支撑电容模块10之间。整流组合单元的支撑电容模块10与逆变组合单元的支撑电容模块10背靠背布置，整流组合单元的功率模块9与逆变组合单元的功率模块9以两块支撑电容模块10组成的上下平面中心对称布置。

参照图12、图13所示，所述的功率模块9包括功率模块水冷板13以及设置在功率模块水冷板13上的功率器件14，所述的功率模块水冷板13上还分别设置有冷却水进水嘴151和冷却水出水嘴152，所述的冷却水进水嘴151与冷却水进水管6相连通，所述的冷却水出水嘴152与冷却水出水管7相连通；所述的功率器件14包括IGBT、钳位二极管和放电电阻。

参照图14、图15所示，所述的支撑电容模块10包括支撑电容模块框架16以及设置在支撑电容模块框架16上的多个支撑电容17，所述的支撑电容模块框架16两端还设置有与功率模块9配合使用的功率模块安装导轨18，所述的功率单元9在支撑电容模块10上下面安装时通过该功率模块安装导轨18滑进滑出安装固定。

参照图10、图11所示，所述的L形叠层母排8上分别设置有多个L形叠层母排直流接口11和L形叠层母排交流接口12。参照图16所示，所述的输入输出长叠层母排4上分别设置有三个长叠层母排交流输出接口19、三个长叠层母排直流接口20、三个长叠层母排交流输入接口21、三个长叠层母排对外交流输出接口22和三个长叠层母排对外交流输入接口23。所述的长叠层母排交流输出接口19为输入输出长叠层母排4上与整流组合单元连接用交流输出接口，其与整流组合单元的L形叠层母排交流接口12相连接；所述的长叠层母排交流输入接口21是输入输出长叠层母排4上与逆变组合单元连接用交流输入接口，其与逆变组合单元的L形叠层母排交流接口12相连接。所述的L形叠层母排直流接口11与长叠层母排直流接口20相连接，所述的长叠层母排对外交流输出接口22与交流输出排5相连接，所述的长叠层母排对外交流输入接口23与交流输入排3相连接。

如图17所示，本发明的大容量功率柜整个电能传输关系是：首先外部六相交流电从功率柜框架1底部进入与功率柜框架1内底部前面的六块交流输入排3连接；六块交流输入排3再三三分组与布置在功率柜框架1两侧面内侧的两块输入输出长叠层母排4连接，其中左侧三块交流输入排3和功率柜框架1内左侧的输入输出长叠层母排4上靠功率柜框架1前部的三个交流输入接口23连接，其中右侧三块交流输入排3和功率柜框架1内右侧的输入输出长叠层母排4上靠功率柜框架1前部的三个交流输入接口23连接，将电能传输给两块输入输出长叠层母排4；功率柜框架1内两侧的两块输入输出长叠层母排4再将电能通过L形叠层母排8传输给三个功率单元2中的整流组合单元，整流组合单元再将电能传输给两块输入输出长叠层母排4，两块输入输出长叠层母排4再将电能通过L形叠层母排8传输给三个功率单元2中的逆变组合单元，逆变功率单元将电能传输给两块输入输出长叠层母排4，两块输入输出长叠层母排4再将电能传输给功率柜框架1内底部后面的六块交流输出排5，功率柜框架1内后底部的六块交流输出排5最后将交流电能输出到外部。

本发明公开的大容量功率柜容量大，单柜可以达到兆瓦级，覆盖功率范围广，同时体积小，柜体设计紧凑，功率密度大。

本发明公开的大容量功率柜模块化设计程度高，里面六个支撑电容模块10结构一致，六个功率模块9布局也相同，通过调节控制方式来控制整流和逆变，整个柜体拆装容易维护方便。

本发明公开的大容量功率柜柜体扩容性能好，可以单柜传输电能，也可以多柜一起传输电能。

本发明公开的大容量功率柜整个柜体布置合理、结构美观，易于工程化推广。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种大容量功率柜，其特征在于：包括功率柜框架（1）以及从上到下依次设置在功率柜框架（1）内的多个功率单元（2），所述的功率单元（2）的左右两侧分别设置有位于功率柜框架（1）内的输入输出长叠层母排（4），所述的功率柜框架（1）内底部前后并排设置有多个分别与输入输出长叠层母排（4）相连接的交流输入排（3）和交流输出排（5），右侧所述的输入输出长叠层母排（4）与功率柜框架（1）的右侧面之间还设置有多根与功率单元（2）相连通的冷却水进水管（6），左侧所述的输入输出长叠层母排（4）与功率柜框架（1）的左侧面之间还设置有多根与功率单元（2）相连通的冷却水出水管（7）；

所述的功率单元（2）由一个整流组合单元和一个逆变组合单元相向安装构成，所述的整流组合单元或逆变组合单元均由一个L形叠层母排（8）、一个功率模块（9）和一个支撑电容模块（10）构成，所述的L形叠层母排（8）与输入输出长叠层母排（4）相连接；所述的支撑电容模块（10）沿竖直方向设置在L形叠层母排（8）的竖直向铜排内侧，所述的功率模块（9）沿水平方向设置在L形叠层母排（8）的水平向铜排与支撑电容模块（10）之间；

所述的功率模块（9）包括功率模块水冷板（13）以及设置在功率模块水冷板（13）上的功率器件（14），所述的功率器件（14）包括IGBT、钳位二极管和放电电阻，所述的支撑电容模块（10）包括支撑电容模块框架（16）以及设置在支撑电容模块框架（16）上的多个支撑电容（17），所述的支撑电容模块框架（16）两端还设置有与功率模块（9）配合使用的功率模块安装导轨（18）；

所述的功率模块水冷板（13）上还分别设置有冷却水进水嘴（151）和冷却水出水嘴（152），所述的冷却水进水嘴（151）与冷却水进水管（6）相连通，所述的冷却水出水嘴（152）与冷却水出水管（7）相连通，所述的L形叠层母排（8）上分别设置有多个L形叠层母排直流接口（11）和L形叠层母排交流接口（12）；所述的输入输出长叠层母排（4）上分别设置有多个长叠层母排交流输出接口（19）、长叠层母排直流接口（20）、长叠层母排交流输入接口（21）、长叠层母排对外交流输出接口（22）和长叠层母排对外交流输入接口（23）；所述的L形叠层母排交流接口（12）与长叠层母排交流输出接口（19）或长叠层母排交流输入接口（21）相连接，所述的L形叠层母排直流接口（11）与长叠层母排直流接口（20）相连接，所述的长叠层母排对外交流输出接口（22）与交流输出排（5）相连接，所述的长叠层母排对外交流输入接口（23）与交流输入排（3）相连接；

整流组合单元的支撑电容模块（10）与逆变组合单元的支撑电容模块（10）背靠背布置，整流组合单元的功率模块（9）与逆变组合单元的功率模块（9）以两块支撑电容模块（10）组成的上下平面中心对称布置。

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