CN102035356A - 变流器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变流器系统，具有：数个带冷却装置的变流器结构组件；功率半导体模块；以及每个变流器结构组件的与功率半导体模块相连的电容器装置。在这种情况下，功率半导体模块紧邻电容器装置地布置。功率半导体模块的直流电负载端子元件借助平面式构造的汇流排与电容器装置相连，其中，平面式汇流排由第一金属成型体和第二金属成型体连同绝缘中间层形成，并且该汇流排在至少一个取向上遮盖电容器装置。两个相邻布置的变流器结构组件的汇流排可以彼此低电感地连接，方式为：第一金属成型体借助第一连接体和第一连接机构连接，以及方式为：第二金属成型体借助第二连接体和第二连接机构连接。此外，第一连接体被第二连接体遮盖。

Description

变流器系统
技术领域
本发明介绍了变流器系统，诸如所述变流器系统作为基本模块例如被用在风力设备或光伏设备中，用以将在那里产生的电流适配于供电网络。风力设备依赖于风速地产生随时间变化的输出电压，该输出电压具有同样变化的频率。在光伏设备中通常产生随时间变化的直流电压。但为了馈入供电网络中，大多必需产生具有恒定频率的限定的电压。
背景技术
为此，例如由DE 198 32 225 A1公知市面上常见的功率半导体模块的级联系统。该发明描述了一种例如用于构造这种类型的级联系统的基本模块，这种基本模块优选适用于超过100kW的较高功率。由此，不言而喻的是，这种基本模块作为单模块的应用时不受限制的。
发明内容
本发明基于如下任务，提出一种由相同的变流器结构组件构成的变流器系统，其中，变流器系统被特别紧凑地构造，并且该变流器系统在变流器结构组件之间具有低电感的且高载流能力的直流电连接件。
该任务依照本发明通过具有权利要求1特征的变流器系统得以解决。优选的实施方式在从属权利要求中有所介绍。
由数个优选相同的变流器结构组件构成的变流器系统形成了本发明的出发点。这些变流器结构组件中的每一个均具有用于空气冷却或液体冷却的冷却体。该冷却体承载有至少一个功率半导体模块，优选承载有数个相同类型的功率半导体模块。此外，优选的是，功率半导体模块构造为半桥电路，并且以并联的方式接线，由此，该功率半导体模块像具有各功率半导体模块的多重功率的半桥电路那样起作用。
紧邻该至少一个功率半导体模块地布置有电容器装置，该电容器装置优选由数个并联接线的相同的电容器组成。此外，具有优点的是，电容器单元被布置在冷却装置上，这是因为由此确保了非常紧凑的并且在机械上稳定的构造。电容器装置具有优点地构成了与变流器系统一同实现的功率电子电路的直流电中间电路。
为此，电容器装置借助汇流排(Verschienung)与至少一个功率半导体模块的直流电端子元件(Gleichstromanschlusselement)相连。当该汇流排平面式地构成时，也就是，即由两个紧邻布置的、带有绝缘中间层的平面式金属成型体构造而成时，该汇流排的电感是非常低的。汇流排在其布局(Verlauf)方面在至少一个取向上遮盖电容器装置，优选遮盖那些其中布置有其他变流器结构组件的电容器装置。
为了将两个变流器结构组件低电感地并且具备高载流能力的连接，汇流排的第一金属成型体和第二金属成型体分别借助所配属的第一连接体和第二连接体相互导电连接。各连接体自身具有优点地同样如同汇流排的金属成型体那样构造为平面式的金属成型体。为此，分别提供由高导通性的金属(例如铜)制造的适当厚度的金属板。
为构造汇流排的各金属成型体与各连接体的能导电的连接，以如下方式设置有适当的连接装置，即，同样对于连接，至少大致维持汇流排的低电感。对此特别重要的是，第一连接体和第二连接体彼此的间距以不明显大于汇流排的金属成型体间距的方式来构造。同样地，在连接体之间设置有另一绝缘的中间层。此外，为实施本发明重要的是：第二连接体遮盖第一连接体。由此，在与适当的连接机构相组合的情况下，存在数个变流器结构组件的、低电感的、稳定耐用的且具备高载流能力的连接，以形成依据本发明的变流器系统。
附图说明
在对实施例的相应说明中提到本发明的特别优选的改进方案。此外，依据本发明的解决方案结合实施例和图1至5进行进一步阐述。
图1以三维视图示出依据本发明的变流器系统的变流器结构组件。
图2和3以两个不同的二维视图示出变流器结构组件。
图4示出依据本发明的变流器系统。
图5以部分视图示出依据本发明的变流器系统的两个变流器结构组件的连接件。
具体实施方式
图1以三维视图示出作为依据本发明的变流器系统1的一部分的变流器结构组件2，该变流器结构组件2具有：冷却装置10、数个功率半导体模块40以及电容器装置20。示出冷却装置10，冷却装置10在这里构造为带冷却机构14的基板12，冷却机构14在这里呈空气冷却装置的鳍片的形式构造。同样也可以考虑利用液体冷却的构造方案，利用液体冷却的构造方案通过更高的冷却效率而允许变流器结构组件2在兆瓦范围内的较高的电功率。在这里，出于冷却效率的原因，冷却机构14在功率半导体模块40的下方示出。在基板12的整个区域上的伸展同样可以是具有优点的，以便进一步提高冷却效率。
电容器装置20同样布置在冷却装置10的基板12上，并且在其那方面由数个同样类型的电容器200组成。为了有效地且低电感地连接到功率半导体模块40上，电容器装置20直接紧邻功率半导体模块40的直流电端子元件42、44(参见图2)地布置。通过将功率半导体构件40和电容器装置20共同布置在冷却装置10上，获得了变流器结构组件2的非常紧凑的并且机械上稳定的单元。
功率半导体模块40本身具有各一个半桥电路，并且功率半导体模块彼此并联接线，以便实现变流器结构组件2的所希望的功率。直接在功率半导体模块40上，在功率半导体模块40的背离冷却装置10的侧上，将控制电路布置在自有的部分壳体中。这种布置方案通过其用于控制信号的很短的路径而获得了对抗外部干扰信号的特别高的抗干扰安全性
Figure BSA00000288758900041
此外，功率半导体模块40在其背离电容器装置20的侧上具有共用的交流电端子元件(Wechselstromanschlusselement)70，该交流电端子元件70构成了半桥电路的输出端。
功率半导体模块40的直流电端子元件42、44与电容器装置20的电连接借助合适的、在这里在其布局方面呈z形构造的汇流排30来进行。该汇流排30由第一金属成型体32和第二金属成型体36连同绝缘的中间层34组成。各金属成型体32、36为了与直流电端子元件42、44相连接而具有相应的接片(Lasche)。在通向电容器装置20的各个电容器200的其他布局中，汇流排30的金属成型体32、36被平面式地构造。汇流排30的平面式的金属成型体32、36在这里在两个取向上超出电容器单元20。在这里，必需的仅是，在下一个有待布置的变流器结构组件方向上进行搭接，在这里是在y-方向上进行搭接。
汇流排30的第一金属成型体32将功率半导体构件40的负极的直流电压端子元件42以符合极性的方式与电容器装置20的电容器200的所配属的端子元件(Anschlusselement)相连。按照同样的方式，第二金属成型体36将功率半导体构件40的正极的直流电压端子元件44以符合极性的方式与电容器装置20的电容器200的所配属的端子元件相连接。第一金属成型体32为该连接而具有凹孔(Ausnehmung)，电容器200的端子元件绝缘地穿过该凹孔延伸。
第一金属成型体32在其搭接电容器装置20的边缘区域中具有螺栓容纳部50，螺栓容纳部50与第一连接机构一起形成该变流器结构组件2至相邻变流器结构组件的低电感高载流能力的连接件90(参见图4)，并且在图5中进行详尽描述。
第二金属成型体36在其边缘区域中的两个边缘区域附近具有多个螺纹销60，螺纹销60与第二连接机构360、362形成该变流器结构组件2至相邻变流器结构组件的低电感高载流能力的连接件90，并且在图5中进行详尽描述。
图2和3以两个不同的二维视图示出依据图1的变流器结构组件2。在图2中可清楚看到：平面式的汇流排30还有汇流排30的第一金属成型体32的螺栓容纳部50以及汇流排30的第二金属成型体36的螺纹销60。在这里，同样可辨识的是：功率半导体模块40的直流电端子(Gleichstromanschluss)42、44以及汇流排30的金属成型体32、36的与所述功率半导体模块40相连的接片。
图3清楚示出带基板12和以作为冷却机构的冷却鳍片14的冷却装置10。在该基板12上布置有功率半导体模块40。借助功率半导体模块40，将一方面的交流电端子元件70还有汇流排30都连至电容器装置20。同样示出了第一金属成型体32的螺栓容纳部50。
图4示出依据本发明的变流器系统1。该变流器系统1具有三个变流器结构组件2，这三个变流器结构组件2彼此间具有连接件90。为此，接触各变流器结构组件2的电容器装置20的电容器200的汇流排30彼此相连。在这里所示的三相逆变器(Wechselrichter)中，其中，为每个相位配有变流器结构组件2，连接件90用于将负载均匀分布到三个电容器装置20上。对此，所制造的连接件90的低电感的连接和高载流能力是非常重要的。
图5以部分视图示出依据本发明的变流器系统的两个变流器结构组件2的连接件90，附加地也借助分解图示出。示出了带有各一个第一金属成型体32和第二金属成型体36的汇流排30，以及示出布置于第一金属成形体32和第二金属成型体36之间的绝缘中间层34。
为了连接第一金属成型体32而设置有第一连接机构。在此，第一金属成型体32具有凹孔并且在朝向电容器装置的侧上具有螺栓容纳部320。此外，设置有第一连接体92，第一连接体92同样具有用于容纳螺栓322的凹孔。第一连接体92被以如下方式相对于第一金属成型体32布置，即，两个凹孔相互对准。通过布置螺栓322在第一金属成型体32与第一连接体92之间产生力锁合的(kraftschlüssig)导电连接。由于第一连接体92具有优点地具有与第一金属成型体32相同的长度(y-方向)，所以这样产生了高载流能力的电连接。
为了连接第二金属成型体36而设置有第二连接机构。在这种情况下，第二金属成型体36具有螺纹销360。此外，设置有第二连接体96，第二连接体96具有用于容纳螺纹销360的凹孔。第二金属成型体36通过将螺母362布置在螺纹销360上而与第二连接体96力锁合地连接。因为第二连接体96有利地具有与第二金属成型体36相同的长度(y-方向)，因此该连接也具有很高的载流能力。通过构成这种连接，第二连接体36完全遮盖第一连接体32。
通过两个变流器结构组件2的连接件90的所介绍的构造方案，确保了连接件90的载流能力。低电感的连接以如下方式得以确保，即，在金属成型体32、36之间、在连接体92、96之间，并且还有在金属成型体与连接体的过渡区域中，相应的间距始终是最小的。
两个变流器结构组件2的根据本发明的连接件90的另一优点是可以简单地制造，这是因为以按顺序的方法可以布置为，即，首先是第一连接装置，接着是所配属的另外的绝缘中间层94，并且接在绝缘中间层94上的是第二连接装置。此外，在这种情况下，重要的是，所有这些制造步骤可以从背离电容器装置的一侧实施。

Claims (9)

1.变流器系统(1)，具有：
数个分别带有冷却装置(10)的变流器结构组件(2)；
至少一个布置于所述变流器结构组件(2)上的功率半导体模块(40)；以及
在每个变流器结构组件(2)上具有与所述功率半导体模块(40)以符合电路的方式连接的电容器装置(20)，
其中，所述至少一个功率半导体模块(40)紧邻所述电容器装置(20)地布置，并且所述功率半导体模块(40)的直流电负载端子元件(42、44)借助平面式构造的汇流排(30)与所述电容器装置(20)相连，其中，所述平面式汇流排(30)由第一金属成型体(32)和第二金属成型体(36)连同绝缘的中间层(34)形成，并且所述汇流排(30)在至少一个取向上遮盖所述电容器装置(20)，并且其中，两个相邻布置的变流器结构组件(2)的所述汇流排(30)能彼此低电感地连接，方式为：将第一金属成型体(32)借助第一平面式连接体(92)及第一连接机构(320、322)来连接，将第二金属成型体(36)借助第二平面式连接体(96)及第二连接机构(360、362)来连接，其中，所述第一连接体(92)被所述第二连接体(96)遮盖。
2.依据权利要求1所述的变流器系统，
其中，在这两个连接体(92、96)之间布置有另外的绝缘的中间层(94)。
3.依据权利要求1所述的变流器系统，
其中，所述第一连接机构构造为力锁合的螺栓连接件，其中，所述第一金属成型体(32)具有螺栓容纳部(50)，并且所述第一连接体(92)具有凹孔，用以容纳所述螺栓连接件的螺栓(322)，并且其中，通过将所述螺栓(322)布置在所述凹孔以及所述螺栓容纳部(320)中而存在力锁合。
4.依据权利要求1所述的变流器系统，
其中，所述第二连接机构构造为力锁合的螺栓连接件，其中，所述第二金属成型体(36)具有螺纹销(360)，并且所述第二连接体(96)具有用于让所述螺纹销(360)穿过的凹孔，并且其中，通过将螺母(362)布置在所述螺纹销(360)上而存在力锁合。
5.依据权利要求1所述的变流器系统，
其中，所述电容器装置(20)具有数个电容器(200)，并且所述电容器(200)具有端子元件，所述端子元件以符合极性的方式与所述汇流排(30)的各配属的所述第一金属成型体(32)或所述第二金属成型体(36)相连。
6.依据权利要求1所述的变流器系统，
其中，所述第一金属成型体(32)具有凹孔，用于让所述电容器装置(20)的所述电容器(200)的极性不同的端子元件绝缘地穿过。
7.依据权利要求1所述的变流器系统，
其中，所述电容器装置(20)布置在所述冷却装置(10)上。
8.依据权利要求1所述的变流器系统，
其中，所述至少一个功率半导体模块(40)的交流电端子元件(70)布置在各所述功率半导体模块(40)的背离所述电容器装置(20)的侧上。
9.依据权利要求1所述的变流器系统，
其中，在变流器结构组件(2)的所述至少一个所述功率半导体模块(40)的背离所述散热器装置(10)的侧上布置有控制电路(80)。
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