CN105471225A - 一种高度集成变流器功率模块 - Google Patents

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蒲延洲
王利军
韩向明
相学仁
陈超
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Abstract

本发明涉及一种高度集成变流器功率模块，应用于风机变流器、光伏逆变器、矿用变频器、高压变频器、通用变频器等电力电子变流设备，该高度集成的变流器功率模块，包括仅一个直流复合母排、与所述直流复合母排电性连接的母排电容组、及分别与所述直流复合母排电性连接的机侧三相逆变器、网侧三相逆变器和斩波模块，该高度集成的变流器功率模块通过仅设置一个直流复合母排，并将机侧三相逆变器、网侧三相逆变器和斩波模块与直流复合母排集成，从而减小了直流复合母排的载流量，进而可降低系统杂散电感，降低IGBT尖峰电压，减少电容发热，从而提高可靠性，同时也有助于减小整体体积。

Description

一种高度集成变流器功率模块
技术领域
本发明涉及一种高度集成的变流器功率模块，应用于风机变流器、光伏逆变器、矿用变频器、高压变频器、通用变频器等电力电子变流设备。
背景技术
变流器是一种复杂的电力电子设备，其技术涉及电力电子技术、电子技术、控制技术、结构设计、电气设计等多学科，是一种多学科交叉产品。
功率模块是变流器的核心部件，主要起到交流变直流或是直流变交流的重要作用，主要部件有IGBT及其驱动器、母线电容、复合母排、散热器、控制板组件、结构件等器件。
传统的功率模块一般由三个或六个单个相功率模块构成，形成三相逆变单元，如图1所示。
对于这种相分离式的功率模块结构，通常是将三个或六个相功率模块的母线并联连接，连接的母排称为主母排，但主母排体积大、要求通电流量大，一般还需要在主母排上增加母线电容以增加提供直流电流的能力，减少单相功率模块电容的发热，如图2所示。
从模块硬件设计与变流器控制的角度来看，母线电容并不需要这么多，因为这样会导致母线电容数量增加，模块体积庞大，同时母线电容发热量大，系统可靠性降低，成本升高。
现有技术中所遇到的问题如下：从理论上解释其原因为，主母排有较大的PWM电流流经导致需要增加单相模块的母线电容与主母排的母线电容，同时主母排的载流量很大导致模块体积庞大，成本较高，系统温升较高，可靠性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高度集成变流器功率模块，其可降低系统杂散电感，降低IGBT尖峰电压，减少电容发热，从而提高可靠性。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种高度集成变流器功率模块，包括仅一个直流复合母排、与所述直流复合母排电性连接的母排电容组、及分别与所述直流复合母排电性连接的机侧三相逆变器、网侧三相逆变器和斩波模块。
进一步的，所述母排电容组固定在所述直流复合母排上，所述机侧三相逆变器、网侧三相逆变器相对设置在所述直流复合母排的两侧，所述斩波模块安装在所述网侧三相逆变器同侧。
进一步的，所述斩波模块与直流复合母排直接连接，或者，所述斩波模块与直流复合母排通过导线或铜排电性连接。
进一步的，所述高度集成的变流器功率模块还包括斩波电阻，所述斩波电阻电性连接至所述直流复合母排。
进一步的，所述斩波电阻设置在所述直流复合母排的下方。
进一步的，所述高度集成的变流器功率模块还包括控制板组件，所述控制板组件控制机侧三相逆变器、网侧三相逆变器和斩波模块。
进一步的，所述控制板组件与直流复合母排相对设置在所述母排电容组的上下两侧。
进一步的，所述高度集成的变流器功率模块还包括与网侧三相逆变器连接的网侧三相驱动板组件和与所述机侧三相逆变器连接的机侧三相驱动板组件。
进一步的，所述高度集成的变流器功率模块还包括收纳所述母排电容组、直流复合母排、机侧三相逆变器、网侧三相逆变器、斩波模块、斩波电阻、机侧三相驱动板组件和网侧三相驱动板组件的壳体。
进一步的，所述壳体包括底板、垂直安装在所述底板左右两侧的侧板、以及顶板，所述控制板组件设置在所述顶板上，所述顶板上开设有透气孔，所述的壳体左右两侧的侧板设有提拉把手。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：本发明的高度集成的变流器功率模块通过仅设置一个直流复合母排，并将机侧三相逆变器、网侧三相逆变器和斩波模块与直流复合母排集成，从而减小了直流复合母排的载流量，进而可降低系统杂散电感，降低IGBT尖峰电压，减少电容发热，从而提高可靠性，同时也有助于减小整体体积。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是现有技术中变流器模块的电气拓扑图；
图2是现有技术中高度集成的变流器功率模块内部单体模块的连接示意图；
图3是本发明高度集成的变流器功率模块的结构示意图；
图4是图3的分解图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参见图3和图4，本发明一较佳实施例所述的一种高度集成的变流器功率模块包括仅一个直流复合母排3、母排电容组2、机侧三相逆变器1、网侧三相逆变器4、斩波模块5、斩波电阻7、控制板组件8、网侧三相驱动板组件6、机侧三相驱动板组件(未图示)及壳体9。所述母排电容组2与所述直流复合母排3电性连接，所述直流复合母排3与机侧三相逆变器1、网侧三相逆变器4和斩波模块5电性连接，在具体使用时，所述斩波模块5与直流复合母排3直接连接，或者，所述斩波模块5与直流复合母排3通过导线或铜排电性连接。所述斩波电阻7电性连接至所述直流复合母排3。所述控制板组件8控制机侧三相逆变器1、网侧三相逆变器4和斩波模块5。网侧三相驱动板组件6与网侧三相逆变器4电性连接，所述机侧三相驱动板组件与机侧三相逆变器1电性连接。
所述母排电容组2由多个母排电容组成。通过将机侧三相逆变器1、网侧三相逆变器4和斩波模块5与直流复合母排3电性连接，以将机侧三相逆变器1、网侧三相逆变器4、斩波模块5和直流复合母排3集成在一起，从而有助于减小整体体积，又由于仅用一块直流复合母排3，可降低系统杂散电感，降低IGBT尖峰电压，减少电容发热；另外，由于又集成了母排电容组2、斩波电阻7、控制板组件8、机侧三相驱动板组件和网侧三相驱动板组件6，从而进一步减小了整体体积，进一步降低了系统杂散电感，降低了IGBT尖峰电压，减少了电容发热。
在本实施例中，上述高度集成的变流器功率模块的组装结构如下：所述母排电容组2固定在所述直流复合母排3上，所述机侧三相逆变器1、网侧三相逆变器4相对设置在所述直流复合母排3的两侧，所述斩波模块5安装在所述的网侧三相逆变器4同侧，所述斩波电阻7设置在所述直流复合母排3的下方，所述控制板组件8与直流复合母排3相对设置在所述母排电容组2的上下两侧。
在本实施例中，所述壳体9收纳所述母排电容组2、直流复合母排3、机侧三相逆变器1、网侧三相逆变器4、斩波模块5、斩波电阻7、网侧三相驱动板组件6和机侧三相驱动板组件。所述壳体9包括底板91、垂直安装在所述底板91左右两侧的侧板92、以及顶板94。所述底板91设置在所述斩波电阻7的下方，所述两侧板92分别设置在所述网侧三相逆变器4和机侧三相逆变器1的外侧，所述控制板组件8设置在所述顶板94上，所述网侧三相驱动板组件6夹持在所述网侧三相逆变器4和侧壳体9之间，所述机侧三相驱动板组件夹持在所述网侧三相逆变器4和侧壳体9之间所述顶板94上开设有透气孔95，所述的壳体9左右两侧的侧板92设有提拉把手96。
综上所述，上述高度集成的变流器功率模块通过仅设置一个直流复合母排3，并将机侧三相逆变器1、网侧三相逆变器4和斩波模块5与直流复合母排3集成，从而减小了直流复合母排3的载流量，进而可降低系统杂散电感，降低IGBT尖峰电压，减少电容发热，从而提高可靠性，同时也有助于减小整体体积。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高度集成变流器功率模块，其特征在于：包括仅一个直流复合母排、与所述直流复合母排电性连接的母排电容组、及分别与所述直流复合母排电性连接的机侧三相逆变器、网侧三相逆变器和斩波模块。
2.根据权利要求1所述的高度集成变流器功率模块，其特征在于：所述母排电容组固定在所述直流复合母排上，所述机侧三相逆变器、网侧三相逆变器相对设置在所述直流复合母排的两侧，所述斩波模块安装在所述网侧三相逆变器同侧。
3.根据权利要求1或2所述的高度集成变流器功率模块，其特征在于：所述斩波模块与直流复合母排直接连接，或者，所述斩波模块与直流复合母排通过导线或铜排电性连接。
4.根据权利要求1或2所述的高度集成变流器功率模块，其特征在于：所述高度集成的变流器功率模块还包括斩波电阻，所述斩波电阻电性连接至所述直流复合母排。
5.根据权利要求4所述的高度集成变流器功率模块，其特征在于：所述斩波电阻设置在所述直流复合母排的下方。
6.根据权利要求4所述的高度集成变流器功率模块，其特征在于：所述高度集成的变流器功率模块还包括控制板组件，所述控制板组件控制机侧三相逆变器、网侧三相逆变器和斩波模块。
7.根据权利要求6所述的高度集成变流器功率模块，其特征在于：所述控制板组件与直流复合母排相对设置在所述母排电容组的上下两侧。
8.根据权利要求6所述的高度集成变流器功率模块，其特征在于：所述高度集成的变流器功率模块还包括与网侧三相逆变器连接的网侧三相驱动板组件和与所述机侧三相逆变器连接的机侧三相驱动板组件。
9.根据权利要求8所述的高度集成变流器功率模块，其特征在于：所述高度集成的变流器功率模块还包括收纳所述母排电容组、直流复合母排、机侧三相逆变器、网侧三相逆变器、斩波模块、斩波电阻、机侧三相驱动板组件和网侧三相驱动板组件的壳体。
10.根据权利要求9所述的高度集成变流器功率模块，其特征在于：所述壳体包括底板、垂直安装在所述底板左右两侧的侧板、以及顶板，所述控制板组件设置在所述顶板上，所述顶板上开设有透气孔，所述的壳体左右两侧的侧板设有提拉把手。
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