CN102044985A - 一种三电平集成门极换流晶闸管变频器相模块 - Google Patents

一种三电平集成门极换流晶闸管变频器相模块 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种三电平集成门极换流晶闸管变频器相模块，包括：框架内包括左右对称的两串压装器件，每串压装器件相同；每串压装器件包括六个散热器，六个散热器之间依次串联第一IGCT、第一续流二极管、第二续流二极管、第二IGCT和钳位二极管；设置在两串压装器件后方的吸收回路，吸收回路的左右两侧器件相同，对称设置；每侧包括垂直设置的钳位电容和吸收电阻，钳位电容和吸收电阻上方水平放置吸收二极管；框架的两侧设置用于导电的母排，母排关于框架左右对称。该相模块将变频器的器件分成相同的两串，左右对称，垂直分布在框架内，减小了各个器件之间的连线距离。而且出线位置也是左右对称，这样大大减小了整个回路的杂散电感。

Description

一种三电平集成门极换流晶闸管变频器相模块
技术领域
本发明涉及电力电子设备技术领域，特别涉及一种三电平集成门极换流晶闸管变频器相模块。
背景技术
随着电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展，交流调速逐步取代了直流调速，与传统的直流调速系统相比，交流调速有许多优点，例如节能、环保等，并且可以实现大范围的高效连续调速控制。特别是近些年来，随着半导体技术的迅速发展，尤其是以绝缘栅双极晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)、功率MOS场效应管(Power MOSFET)和集成门极换流晶闸管(IGCT，Integrated Gate Commutated Thyristor)为代表的大功率全控器件得到急速发展，由它们构成的中高压变频器，性能优异，可以实现PWM逆变和PWM整流，不仅谐波小，而且功率因数也有很大程度的提高。
IGCT是一种高效率、高可靠性的新型电力半导体器件，它由可关断晶闸管(GTO，Gate Turn-offThyristor)发展而来。IGCT在开通时是一个GTO晶闸管，而在关断时是一个晶体管，兼具晶体管开关速度快、开关损耗低和晶闸管导通损耗低、阻断电压高、输出电流大的优点，把IGCT应用到多电平变换器中，再辅助相应的控制策略，是实现高压、高输出频率、低电磁干扰(EMI，Electro-magnetic Interference)和大功率变频器的有效途径。二极管中性点钳位(NPC，Neutral-point clamped)是目前最为成熟的三电平电路，具有结构简单、使用功率器件少、技术成熟可靠的优点，无需通过串联器件即可实现变频器高压、大功率输出，提高了变频器的可靠性指标，是现代变频器应用最多的一种三电平电路。
随着IGCT器件在三电平电路上应用的逐步成熟，已经出现了各式各样的基于三电平电路的IGCT变频器相模块。但是，从应用的角度来看，目前市场上常用的变频器相模块都存在器件集成度不高和杂线电感大的问题。这样就需要增加保护电路来降低杂线电感对整个回路的影响，或者通过降低输出电流来提高功率器件的安全性。但是，降低输出电流将直接导致变频器输出功率的减小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种三电平IGCT变频器相模块，该模块布局合理，回路间的杂线电感小。
本发明实施例提供一种三电平集成门极换流晶闸管变频器相模块，包括：
框架内包括左右对称的两串压装器件，每串压装器件相同；
所述每串压装器件包括六个散热器，所述六个散热器之间依次串联第一IGCT、第一续流二极管、第二续流二极管、第二IGCT和钳位二极管；
设置在所述两串压装器件后方的吸收回路，吸收回路的左右两侧器件相同，对称设置；
每侧包括垂直设置的钳位电容和吸收电阻，所述钳位电容和吸收电阻上方水平放置吸收二极管；
框架的两侧设置用于导电的母排，所述母排关于框架左右对称。
优选地，所述散热器为水冷散热器或风冷散热器。
优选地，还包括水路组件，所述水路组件分布在框架两侧，通过框架左右两侧的软管将散热器串联在一起。
优选地，所述母排为层叠母排或单层母排。
优选地，所述框架为抽屉式推拉结构，框架的前方设置有拉手。
优选地，所述框架顶部有吊装孔。
优选地，其特征在于，所述框架的底部设有滑轨。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的三电平IGCT变频器相模块，通过将变频器的器件分成相同的两串，左右对称，垂直分布在框架内。整个电路的连接是通过散热器和层叠母排直接相连。从而减小了各个器件之间的连线距离。而且出线位置也是左右对称，这样大大减小了整个回路的杂散电感。该相模块的每串压装器件可以独立拆装，可以方便用户操作。
附图说明
图1是本发明三电平IGCT变频器相模块的电路图；
图2是本发明三电平IGCT变频器相模块的主视图；
图3是本发明三电平IGCT变频器相模块的后视图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
首先，为了本领域技术人员更好地理解和实施本发明，下面结合附图1介绍下三电平IGCT变频器相模块的电路图。
参见图1，该图为本发明三电平IGCT变频器相模块的电路图。
需要说明的是，图1所示的电路只是变频器整流或者逆变电路三相中的一相的电路图。
从图1中可以看出，每个相模块包括四个相同的IGCT，分别是V1、V2、V3和V4。每个IGCT并联一个续流二极管，因此对应有四个续流二极管，分别为D1、D2、D3和D4。
NP为中性点。NP的两侧为分别为第一钳位电容C1和第二钳位电容C2，以及第一钳位二极管D5和第二钳位二极管D6。
另外该相模块还包括吸收电阻R1和R2，吸收二极管D7和D8。
DC(+)和DC(-)分别是电源的正输入端和负输入端。
U是电压的输出端。U仅是一相电压的输出端或输入端。
下面结合附图介绍本发明提供的三电平IGCT变频器相模块的结构。
参见图2，该图为本发明三电平IGCT变频器相模块的主视图。
本实施例提供的三电平IGCT变频器相模块位于框架105内。
框架105内包括左右对称的两串压装器件，每串压装器件相同。
所述每串压装器件包括六个散热器101，所述六个散热器101之间依次串联第一IGCT114、第一续流二极管113、第二续流二极管111、第二IGCT109和钳位二极管107。
所述散热器可以采用水冷散热器，也可以采用风冷散热器。本实施例优选采用水冷散热器。
框架105的两侧设置用于导电的母排，所述母排关于框架左右对称。
本实施例优选所述母排采用层叠母排。当然，也可以根据需要选择单层母排。
框架内的两串压装器件可以独立拆装，如果其中一串压装器件损坏了，可以将其拆卸下来，更换新的一串，这样便于维修和更换。
如图2所示，框架的左右两侧分别伸出三个层叠母排。下面一一介绍其作用。
左侧的层叠母排102是作为电源的负输入端或者输出端。
层叠母排103和110是贯通的，作为是电源的输出端或者输入端。
层叠母排104和108是贯通的，是中性点。
右侧的层叠母排112是电源的正输入端或者输出端。
本实施例提供的相模块由包含在每串压装器件中的压装底座通过螺栓紧固在框架上。
参见图3，该图为本发明三电平IGCT变频器相模块的后视图。
下面介绍该相模块的后视图。
该相模块还包括由吸收电阻212、钳位电容211和吸收二极管210组成的吸收回路。
吸收回路左右对称设置在所述两串压装器件后方，吸收回路的左右两侧器件相同。
每侧包括垂直设置的钳位电容211和吸收电阻212，所述钳位电容211和吸收电阻212上方水平放置吸收二极管210。
该相模块还包括水路组件，所述水路组件分布在框架两侧，通过框架左右两侧的软管将散热器串联在一起。
需要说明的是，本实施例的散热器优选采用水冷散热器。
本实施例提供的相模块的框架设置为抽屉式推拉结构，框架的前方设置有拉手。这样便于整个相模块的安装和维护。
该相模块的框架底部设有滑轨，便于整个相模块的运输移动。
所述框架顶部有吊装孔，便于整个相模块的移动。
本发明实施例提供的三电平IGCT变频器相模块，通过将变频器的器件分成相同的两串，左右对称，垂直分布在框架内。整个电路的连接是通过散热器和层叠母排直接相连。从而减小了各个器件之间的连线距离。而且出线位置也是左右对称，这样大大减小了整个回路的杂散电感。该相模块的每串压装器件可以独立拆装，可以方便用户操作。
本发明实施例提供的三电平IGCT变频器相模块布局合理，有效减小了整个电路的杂散电感，并且内部结构保证了散热器的冷却要求，外部的层叠母排连线便捷，满足外部接口的要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种三电平集成门极换流晶闸管变频器相模块，其特征在于，包括：
框架内包括左右对称的两串压装器件，每串压装器件相同；
所述每串压装器件包括六个散热器，所述六个散热器之间依次串联第一集成门极换流晶闸管IGCT、第一续流二极管、第二续流二极管、第二IGCT和钳位二极管；
设置在所述两串压装器件后方的吸收回路，吸收回路的左右两侧器件相同，对称设置；
每侧包括垂直设置的钳位电容和吸收电阻，所述钳位电容和吸收电阻上方水平放置吸收二极管；
框架的两侧设置用于导电的母排，所述母排关于框架左右对称。
2.根据权利要求1所述的三电平集成门极换流晶闸管变频器相模块，其特征在于，所述散热器为水冷散热器或风冷散热器。
3.根据权利要求1所述的三电平集成门极换流晶闸管变频器相模块，其特征在于，还包括水路组件，所述水路组件分布在框架两侧，通过框架左右两侧的软管将散热器串联在一起。
4.根据权利要求1所述的三电平集成门极换流晶闸管变频器相模块，其特征在于，所述母排为层叠母排或单层母排。
5.根据权利要求1所述的三电平集成门极换流晶闸管变频器相模块，其特征在于，所述框架为抽屉式推拉结构，框架的前方设置有拉手。
6.根据权利要求1所述的三电平集成门极换流晶闸管变频器相模块，其特征在于，所述框架顶部有吊装孔。
7.根据权利要求1至6任一项所述的三电平集成门极换流晶闸管变频器相模块，其特征在于，所述框架的底部设有滑轨。
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