CN105529713A - 一种基于h桥背靠背功率模块的变流器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于H桥背靠背功率模块的变流器，包括若干个H桥背靠背功率模块，每个功率模块的两个H桥分别为并联侧H桥和级联侧H桥；每个并联侧H桥的端子均连接并联侧变压器的对应二次绕组，并联侧变压器的一次绕组连接电网A；各级联侧H桥的端子首尾连接形成级联回路，级联回路连接级联侧变压器的二次侧绕组，级联侧变压器的一次侧绕组连接电网B。本发明给出的变流器拓扑，不仅能够进行无功和谐波补偿，还能够用于有功功率的传输。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于H桥背靠背功率模块的变流器。
背景技术
随着铁路系统的发展，铁路系统的供电容量越来越大，因此需要增大铁路供电系统的供电容量。
铁路供电接触网向远距离、大容量及复杂化的方向发展，电力机车的负载指标呈现相对随机以及感性的变化规律，电力机车所对应的基波电流滞后于电压一定角度，同时，受到变压器、牵引电机等相关设备所具有非线性调节功能因素的影响，导致电力机车的电流内含有一定比例的谐波成分。链式STATCOM能够稳定铁路供电系统电压、补偿系统谐波、改善供电电能质量并且提高供电可靠性，因此STATCOM无功补偿装置在铁路供电系统中的应用越来越广泛。
链式STATCOM采用H桥串联，H桥背靠背功率模块，如图1所示，包括两侧的H桥，左侧包括IGBTV1-V4，右侧包括IGBTV5-V8。链式STATCOM能够根据系统的运行情况，输出容性或感性无功电流，而且在系统允许的电压范围内电流连续可调，并且可以抑制和滤除电网的谐波电流；但是链式STATCOM只能对系统进行无功补偿，不能进行有功功率的传输。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于H桥背靠背功率模块的变流器，解决现有拓扑无法同时实现无功、谐波补偿和有功功率传输的问题。
一种基于H桥背靠背功率模块的变流器，包括若干个H桥背靠背功率模块，每个功率模块的两个H桥分别为并联侧H桥和级联侧H桥；每个并联侧H桥的端子均连接并联侧变压器的对应二次绕组，并联侧变压器的一次绕组用于连接电网A；各级联侧H桥的端子首尾连接形成级联回路，级联回路连接级联侧变压器的二次侧绕组，级联侧变压器的一次侧绕组用于连接电网B。
进一步的，并联侧变压器与变流器连接的二次绕组还串联有滤波电感，级联侧变压器与变流器连接的二次绕组也串联有滤波电感，两侧的滤波电感与变压器是一体设置。
进一步的，H桥背靠背功率模块包括散热装置，该散热装置左右两侧分别设有左侧IGBT叠排1和右侧IGBT叠排2，所述左侧IGBT叠排和右侧IGBT叠排分别用于安装一个H桥的各个IGBT模块，所述对应的IGBT叠排上沿IGBT叠排延伸方向布设有对应的IGBT模块；所述散热装置包括散热风道，散热风道沿前后方向设置；所述散热装置下方设有水平的电容叠排7，电容叠排上沿电容叠排延伸方向安装一组母线电容8。
进一步的，所述散热装置由两个间隔设置的左侧散热器31和右侧散热器32构成，所述左侧IGBT叠排、右侧IGBT叠排分别安装在左侧散热器、右侧散热器上；所述散热风道包括左侧散热器的左侧风道41和右侧散热器的右侧风道42。
进一步的，左侧IGBT叠排1的右侧设置IGBT模块，右侧IGBT叠排2的左侧设置IGBT模块。
进一步的，所述左侧IGBT叠排1与电容叠排7之间设有左侧软连接条11；所述右侧IGBT叠排2与电容叠排7之间设有右侧软连接条12。
进一步的，对应所述左侧风道41和右侧风道42设有风箱37，风箱入口设有散热风机36。
本发明给出的变流器拓扑，不仅能够进行无功和谐波补偿，还能够用于电网A和电网B之间双向有功功率的传输。
附图说明
图1是H桥背靠背功率模块电路原理图；
图2是H桥背靠背功率模块用于无功补偿和有功功率传输的变流器原理图；
图3是电路H桥级联侧输出波形(4个模块级联)；
图4是H桥背靠背功率模块的结构图(正视)；
图5是电容叠排结构图(俯视)；
图6是IGBT叠排结构图(左视)；
图7是带有风机安装示意图；
31左侧散热器，32右侧散热器，41左侧风道，42右侧风道；5、51IGBT，6吸收电容，7电容叠排，8母线电容，11左侧软连接片，12右侧软连接片；13软连接片连接处；9放电电阻；35风道，36散热风机，37风箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本文提供一种新型拓扑，不仅能够进行无功和谐波补偿，还能够用于有功功率的传输。这种拓扑可以应用于铁路领域中，同时实现铁路接触网供电系统中无功、谐波补偿需求和两个变电站之间双相有功传输的功能。
拓扑结构如图2所示：包括若干个H桥背靠背功率模块，每个功率模块的两个H桥分别为并联侧H桥和级联侧H桥；每个并联侧H桥的端子均连接并联侧变压器的对应二次绕组，并联侧变压器的一次绕组连接电网A；各级联侧H桥的端子首尾连接形成级联回路，级联回路连接级联侧变压器的二次侧绕组，级联侧变压器的一次侧绕组连接电网B。
并联侧变压器的二次绕组还串联有滤波电感La1…LaN，级联回路中还串设有滤波电感Lb1、Lb2。
具体给出参数：4个桥臂级联，载波移相45°，单桥臂开关频率为600Hz，级联之后的等效开关频率为fswitch＝4×2×600＝4800Hz；上述拓扑的输出波形如图3所示。
如图4所示为上述变流器的H桥背靠背功率模块的具体结构，包括左侧散热器31和右侧散热器32，左侧散热器31上设置左侧IGBT叠排1，右侧散热器32上设置右侧IGBT叠排2。左侧IGBT叠排和右侧IGBT叠排分别用于安装一个H桥的各IGBT。上述IGBT叠排上沿IGBT叠排延伸方向布设有IGBT(如图4、6，还可以设置吸收电容6和放电电阻9)。左侧散热器31和右侧散热器32间隔设置，两散热器分别设置左侧风道41和右侧风道42。图4中，左侧IGBT叠排和右侧IGBT叠排结构相同，但在图中，为了显示IGBT5，因此右侧IGBT去掉了吸收电容。
如图5，散热器下方设有水平的电容叠排7，电容叠排上沿电容叠排延伸方向安装一组母线电容8。左侧IGBT叠排1与电容叠排7之间设有左侧软连接条11；所述右侧IGBT叠排2与电容叠排7之间设有右侧软连接条12。13为与软连接条固定的部位。
散热风道包括左侧散热器的左侧风道41和右侧散热器的右侧风道42。两个散热器的两风道独立，方向一致，可以共用一个风机。
左侧IGBT叠排1的右侧设置IGBT模块，右侧IGBT叠排2的左侧设置IGBT模块。这样能使器件靠近散热器，散热效果好。
如图7，左侧风道41和右侧风道42前端或后端设有风箱37，风箱入口设有散热风机36。35为连接散热风机的风道。
以上给出了本发明涉及具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于H桥背靠背功率模块的变流器，其特征在于，包括若干个H桥背靠背功率模块，每个功率模块的两个H桥分别为并联侧H桥和级联侧H桥；每个并联侧H桥的端子均连接并联侧变压器的对应二次绕组，并联侧变压器的一次绕组用于连接电网A；各级联侧H桥的端子首尾连接形成级联回路，级联回路连接级联侧变压器的二次侧绕组，级联侧变压器的一次侧绕组用于连接电网B。
2.根据权利要求1所述的一种基于H桥背靠背功率模块的变流器，其特征在于，并联侧变压器与变流器连接的二次绕组还串联有滤波电感，级联侧变压器与变流器连接的二次绕组也串联有滤波电感，两侧的滤波电感与变压器是一体设置。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于H桥背靠背功率模块的变流器，其特征在于，H桥背靠背功率模块包括散热装置，该散热装置左右两侧分别设有左侧IGBT叠排(1)和右侧IGBT叠排(2)，所述左侧IGBT叠排和右侧IGBT叠排分别用于安装一个H桥的各个IGBT模块，所述对应的IGBT叠排上沿IGBT叠排延伸方向布设有对应的IGBT模块；所述散热装置包括散热风道，散热风道沿前后方向设置；所述散热装置下方设有水平的电容叠排(7)，电容叠排上沿电容叠排延伸方向安装一组母线电容(8)。
4.根据权利要求3所述的一种基于H桥背靠背功率模块的变流器，其特征在于，所述散热装置由两个间隔设置的左侧散热器(31)和右侧散热器(32)构成，所述左侧IGBT叠排、右侧IGBT叠排分别安装在左侧散热器、右侧散热器上；所述散热风道包括左侧散热器的左侧风道(41)和右侧散热器的右侧风道(42)。
5.根据权利要求4所述的一种基于H桥背靠背功率模块的变流器，其特征在于，左侧IGBT叠排(1)的右侧设置IGBT模块，右侧IGBT叠排(2)的左侧设置IGBT模块。
6.根据权利要求4所述的一种基于H桥背靠背功率模块的变流器，其特征在于，所述左侧IGBT叠排(1)与电容叠排(7)之间设有左侧软连接条(11)；所述右侧IGBT叠排(2)与电容叠排(7)之间设有右侧软连接条(12)。
7.根据权利要求4所述的一种基于H桥背靠背功率模块的变流器，其特征在于，对应所述左侧风道(41)和右侧风道(42)设有风箱(37)，风箱入口设有散热风机(36)。
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| CN300986340S (zh) * | 2008-07-02 | 2009-08-19 | 宋卫明 | 童车标贴(n5) |
| EP2760123A2 (en) * | 2013-01-24 | 2014-07-30 | DET International Holding Limited | Cascaded H-Bridge Converter with transformer based cell power balancing in each voltage level |
| CN104767393A (zh) * | 2015-04-17 | 2015-07-08 | 西南交通大学 | 一种级联-并联混合变换器装置 |
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