CN110401203B - 一种基于无功补偿技术的船用逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无功补偿技术的船用逆变器，包括：绝缘衬套，其内间隔设置有两个开口方向相反的第一矩形凹腔和第二矩形凹腔，第一矩形凹腔和第二矩形凹腔之间夹设有第三矩形凹腔；第一IGBT，其安装在第一矩形凹腔中；第二IGBT，其安装在第二矩形凹腔中；电容器组件，其单侧滑动安装在第三矩形凹腔中；电容器组件的两个电极板平行间隔设置在第三矩形凹腔中，且两个电极板之间的间距离可调整；第一IGBT的发射极连接至第二IGBT的集电极，第一电极板的外侧端从第三矩形凹腔中向外引出并连接至第一IGBT集电极，第二电极板的外侧端从第三矩形凹腔中向外引出并连接至第二IGBT发射极，本发明解决了无功补偿电容安装不便且容值不易匹配的技术问题。

Description

一种基于无功补偿技术的船用逆变器

技术领域

本发明涉及一种逆变器，具体的涉及一种基于无功补偿技术的船用逆变器。

背景技术

逆变器是把直流电能转变成交流电的设备,它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。现阶段，随着大功率半导体技术的快速发展，尤其是IGBT和P-MOS器件的出现，使得各种高频大功率DC/DC变换器和变频器得以广泛应用，然而，由于频率和功率的增加，逆变器会对系统其它部件和自身产生干扰，影响输出电源质量。

特别是船用逆变器，它的输入电力主要来源于发电机组，谐波含量高，谐波严重威胁电力环境，更加会对逆变输出电源的质量产生干扰，影响船舶用电设备的正常使用。

为了减少因逆变器中功率管高频开关过程中造成的干扰，同时为电源系统提供无功支撑，需要在逆变器正负极两端假装有滤波组件和电容器组件，不仅造成系统繁杂，还需要对解决功率和无功补偿容值的匹配问题。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

为了克服现有上述现有逆变器中的缺点，本发明的目的在于提供一种基于无功补偿技术的船用逆变器，解决了无功补偿电容安装不便且容值不易匹配的技术问题。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于无功补偿技术的船用逆变器，包括：

绝缘衬套，其内间隔设置有两个开口方向相反的第一矩形凹腔和第二矩形凹腔，所述第一矩形凹腔和第二矩形凹腔之间夹设有第三矩形凹腔；

第一IGBT，其安装在所述第一矩形凹腔中；

第二IGBT，其安装在所述第二矩形凹腔中；以及

电容器组件，其单侧滑动安装在所述第三矩形凹腔中；

其中，所述电容器组件的两个电极板平行间隔设置在所述第三矩形凹腔中，且两个所述电极板之间的间距离可调整；

所述第一IGBT的发射极连接至所述第二IGBT的集电极，第一电极板的外侧端从所述第三矩形凹腔中向外引出并连接至所述第一IGBT集电极，第二电极板的外侧端从所述第三矩形凹腔中向外引出并连接至所述第二IGBT发射极。

优选的，所述第一IGBT的栅极和发射极从所述第一矩形凹腔开口中引出，所述第二IGBT的栅极和发射极从所述第二矩形凹腔开口中引出，所述第一矩形凹腔开口顶部覆盖设置一第一绝缘层，所述第一绝缘层延伸至所述第二矩形凹腔底部的所述绝缘衬套上，所述第一绝缘层上开设有第一孔槽，所述第一孔槽的位置与第一IGBT发射极的位置对应，所述第二矩形凹腔底部的所述绝缘衬套上贯穿开设有第二孔槽，所述第二孔槽贯穿所述第一绝缘层；

所述第一绝缘层外侧设置第一导线，所述第一导线第一端贯穿所述第一孔槽连接所述第一IGBT发射极，所述第一导线第二端贯穿所述第二孔槽连接第二IGBT集电极。

优选的，所述第三矩形凹腔的开口方向与所述第二矩形凹腔开口方向一致，所述第三矩形凹腔两侧分别设置有一第一屏蔽层，所述第一屏蔽层所在平面与所述开口平面垂直，且所述第一屏蔽层面积覆盖所述IGBT的纵向端面。

优选的，所述第三矩形凹腔底部填充有第二绝缘层，所述第二绝缘层中夹设一第二屏蔽层，所述第二屏蔽层覆盖所述第三矩形凹腔的横截面。

优选的，两个所述电极板间隔重叠设置在所述第三矩形凹腔中，所述第一电极板固定设置在所述第二绝缘层顶部，所述第一电极板和第二电极板之间设置有若干第三绝缘层，所述第二电极板顶部的所述第三矩形凹腔中设置有一第四绝缘层，所述第四绝缘层中夹设一第三屏蔽层，所述第三屏蔽层覆盖所述第三矩形凹腔的横截面。

优选的，所述第二电极板和所述第四绝缘层为连体式结构，所述第三绝缘层、所述第二电极板以及所述第四绝缘层四周活动设置在所述第三矩形凹腔内侧壁上。

优选的，所述第一电极板上侧空间的所述第三矩形凹腔内侧壁上开设有导向凹槽，所述导向凹槽的方向与所述第三矩形凹腔的深度方向一致，所述第三绝缘层和第四绝缘层外周壁上对应凸出设置有导向块，所述第三绝缘层和第四绝缘层通过所述导向块滑动在所述导向凹槽中。

优选的，所述第三矩形凹腔两侧分别设置有一绝缘隔层，所述第一屏蔽层夹设在所述绝缘隔层中，其中一侧的所述绝缘隔层中开设有第三孔槽，所述第三孔槽中设置有第二导线，所述第二导线从所述绝缘隔层中向外引出一定距离，所述第二导线第一端横向贯穿所述绝缘隔层与所述第一电极板连接，所述第二导线第二端从所述第三矩形凹腔的开口端引出并连接至所述第一IGBT集电极。

优选的，所述第三屏蔽层和第四绝缘层上依次贯通开设有连通的第四孔槽，所述第四孔槽中设置有第三导线，所述第三导线第一端与所述第二电极板顶部外侧端连接，所述第三导线的第二端从所述第三矩形凹腔的开口端引出并连接至所述第二IGBT发射极。

优选的，所述第三导线的第二端和所述第二IGBT发射极上分别设置一导电插接口，所述第三导线第二端和所述第二IGBT发射极的导电插接口之间通过导线插接。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明中，公开了一种基于无功补偿技术的船用逆变器，将两个IGBT模块串联形成一个整体模块，便于逆变器整体组装，将两个整体模块并联输出就搭建成单相逆变器，将三个整体模块并联输出即可搭建成三相逆变器，简化系统结构；

2、在每个整体模块中集成有无功补偿电容，通过该补偿电容后向外输出，减小系统功耗，提高功率因数，提高逆变器输出电源质量；

3、同时，该补偿电容的容值可以选择输出，可以根据系统功率和开关频率来匹配接入容值的大小，解决了系统功率和容值匹配问题。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明绝缘衬套的结构示意图；

图2为逆变器整体模块的剖视图；

图3为电容器的安装结构示意图；

图4为逆变器整体模块的等效电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-4所示，本发明提供一种基于无功补偿技术的船用逆变器，如图1所示，绝缘衬套600内间隔设置有两个开口方向相反的第一矩形凹腔611和第二矩形凹腔621，所述第一矩形凹腔611和第二矩形凹腔621之间夹设有第三矩形凹腔622，将第一矩形凹腔611和第二矩形凹腔621隔断，避免设置在内的电子元件相互干扰。

第一IGBT100设置在所述第一矩形凹腔611中；第二IGBT500设置在所述第二矩形凹腔621中；可以采用沉积、外延、刻蚀、离子注入或扩散等工艺来制备两个IGBT，具体的，首先在第一矩形凹腔611中制备第一IGBT100，随后将第二矩形凹腔621翻转朝上，并在其中制备第二IGBT500。第一IGBT100和第二IGBT500的安装方向相反。所述第一IGBT100的栅极G1和发射极E1从所述第一矩形凹腔611开口中引出，所述第二IGBT500的栅极G2和发射极E2从所述第二矩形凹腔621开口中引出。

其中，所述第一IGBT100的发射极E1连接至所述第二IGBT500的集电极C2，具体的，在所述第一矩形凹腔611开口顶部覆盖设置一第一绝缘层110，所述第一绝缘层110延伸至所述第二矩形凹腔621底部的所述绝缘衬套600上，并且在所述第一绝缘层110上开设有第一孔槽121，所述第一孔槽121的位置与第一IGBT100发射极E1的位置对应，所述第二矩形凹腔621底部的所述绝缘衬套600上贯穿开设有第二孔槽123，所述第二孔槽123贯穿所述第一绝缘层110。

在所述第一绝缘层110外侧设置第一导线122，可以用气相沉积的方式形成一导电层，在该导电层上刻蚀出所述第一导线122，所述第一导线122第一端贯穿所述第一孔槽121连接所述第一IGBT100发射极E1，所述第一导线122第二端贯穿所述第二孔槽123连接第二IGBT500集电极C2，从而将所述第一IGBT100和第二IGBT500串联形成一整体模块，便于逆变器整体组装，将两个整体模块并联输出就搭建成单相逆变器，将三个整体模块并联输出即可搭建成三相逆变器，简化系统结构。

所述第三矩形凹腔622的开口方向与所述第二矩形凹腔621开口方向一致，将电容器组件300单侧滑动安装在所述第三矩形凹腔622中，且将所述电容器组件300的首端连接至所述第一IGBT100集电极C1，所述电容器组件300的尾端连接至所述第二IGBT500发射极E2。

具体的，所述电容器组件300的两个电极板平行间隔设置在所述第三矩形凹腔622中，且两个所述电极板之间的间距离可调整，以此来调整电容器的容置。首先通过上述方式将所述第一IGBT100的发射极E1连接至所述第二IGBT500的集电极C2，使得第一IGBT100与第二IGBT500串联形成单相逆变器，随后将第一电极板310的外侧端从所述第三矩形凹腔622中向外引出并连接至所述第一IGBT100集电极C1，第二电极板320的外侧端从所述第三矩形凹腔622中向外引出并连接至所述第二IGBT500发射极E2，从而将电容器组件300并联在所述单相逆变器的两端，使得整体模块中集成有无功补偿电容，通过该补偿电容后向外输出，减小系统功耗，提高功率因数，提高逆变器输出电源质量。

将所述第三矩形凹腔622朝上设置，在所述第三矩形凹腔622两侧分别设置有一绝缘隔层210，将第三矩形凹腔622分别与第一矩形凹腔611和第二矩形凹腔621隔离，在绝缘隔层210中设置有一第一屏蔽层211，所述第一屏蔽层211所在平面与所述开口平面垂直，且所述第一屏蔽层211面积覆盖所述IGBT的纵向端面，从而将各个凹腔之间的信号干扰隔绝。

随后在所述第三矩形凹腔622底部填充有第二绝缘层340，所述第二绝缘层340中夹设一第二屏蔽层221，所述第二屏蔽层221覆盖所述第三矩形凹腔622的横截面。

两个所述电极板间隔重叠设置在所述第三矩形凹腔622中，所述第一电极板310固定设置在所述第二绝缘层340顶部，所述第一电极板310和第二电极板320之间设置有若干第三绝缘层222，第三绝缘层222起到第一电极板310和第二电极板320之间的绝缘定位作用，将第二电极板320放置在最顶部第三绝缘层222的上端，通过调整第一电极板310和第二电极板320之间第三绝缘层222的数量，即可调整第一电极板310和第二电极板320的间距，也就是调整电容器的容置，实现补偿电容容值的选择输出，可以根据系统功率和开关频率来匹配接入容值的大小，解决了系统功率和容值匹配问题。

为了实现电容器组件300的安装，在所述第二电极板320顶部的所述第三矩形凹腔622中设置有一第四绝缘层224，所述第四绝缘层224中夹设一第三屏蔽层231，所述第三屏蔽层231覆盖所述第三矩形凹腔622的横截面，且所述第三屏蔽层231位于第二电极板320顶部。从而在电容器组件300的上下两端通过第二屏蔽层221和第三屏蔽层231进行信号屏蔽，同时在电容器组件300的左右两层也有第一屏蔽层211进行信号屏蔽，避免电容器组件300上的电信号干扰其他器件，减少两侧IGBT和电容器组件300之间的相互干扰。

本实施例中，为了实现第二电极板320位置的可调性，将所述第二电极板320和所述第四绝缘层224设置为连体式结构，所述第三绝缘层222、所述第二电极板320以及所述第四绝缘层224四周活动设置在所述第三矩形凹腔622内侧壁上，以方便调整第三绝缘层222和第二电极板320在第三矩形凹腔622中的安装位置。

具体的，所述第一电极板310上侧空间的所述第三矩形凹腔622内侧壁上开设有导向凹槽，所述导向凹槽的方向与所述第三矩形凹腔622的深度方向一致，所述第三绝缘层222和第四绝缘层224外周壁上对应凸出设置有导向块，所述第三绝缘层222和第四绝缘层224通过所述导向块滑动在所述导向凹槽中，从而实现第三绝缘层222和第四绝缘层224的滑动安装，由于第二电极板320与第四绝缘层224为连体式结构，调整第四绝缘层224在第三矩形凹腔622中的安装高度，即可调整第二电极板320与第一电极板310之间的安装间距，同时由于导向凹槽和导向块的配合滑动，保证了第一电极板310和第二电极板320之间安装的平行性。

调整第一电极板310和第二电极板320之间第三绝缘层222的安装数量，即可调整第三绝缘层222之间的平行间隔距离，以调整电容器容值大小。

上述技术方案中，为了实现第一电极板310和第二电极板320与串联逆变器模组之间的连接，在其中一侧的所述绝缘隔层210中开设有第三孔槽，所述第三孔槽向上引出直至从绝缘隔层210顶端向外敞开，同时在所述第三孔槽中设置有第二导线301，所述第二导线301从所述绝缘隔层210顶部向外引出一定距离。所述第二导线301第一端横向贯穿所述绝缘隔层210与所述第一电极板310连接，所述第二导线301第二端从所述第三矩形凹腔622的开口端，也就是绝缘隔层210顶部引出并连接至所述第一IGBT100集电极C1，使得第一电极板310与第一IGBT100集电极C1连接。

同时在所述第三屏蔽层231和第四绝缘层224上依次贯通开设有连通的第四孔槽，所述第四孔槽中设置有第三导线302，所述第三导线302第一端与所述第二电极板320顶部外侧端连接，所述第三导线302的第二端从所述第三矩形凹腔622的开口端引出并连接至所述第二IGBT500发射极E2，使得第二电极板320与第二IGBT500发射极E2连接，最终实现将电容器组件300并联在串联逆变模组两端，通过调整第一电极板310与第二电极板320之间第三绝缘层222的安装数量来调整第一电极板310与第二电极板320之间的间距，也就是调整补偿电容器的容值，最终实现补偿电容的容值选择输出，根据系统功率和开关频率来匹配接入容值的大小，解决了系统功率和容值匹配问题。

上述技术方案中，第二导线301第一端与第一电极板310固定连接，第二导线301第二端与第一IGBT100集电极C1固定连接，第三导线302第一端与所述第二电极板320固定连接，而第三导线302的第二端与第二IGBT500发射极E2不能固定连接，因为第二电极板320的位置是可调的，需要将第三导线302的第二端与第二IGBT500发射极E2软连接，为此，在所述第三导线302的第二端和所述第二IGBT500发射极E2上分别设置一导电插接口，所述第三导线302第二端和所述第二IGBT500发射极的导电插接口之间通过导线插接，从而随着第二电极板320位置的移动，保证第二电极板320与第二IGBT500发射极E2的导电连接。

由上所述，本发明中，公开了一种基于无功补偿技术的船用逆变器，将两个IGBT模块串联形成一个整体模块，便于逆变器整体组装，将两个整体模块并联输出就搭建成单相逆变器，将三个整体模块并联输出即可搭建成三相逆变器，简化系统结构；在每个整体模块中集成有无功补偿电容，通过该补偿电容后向外输出，减小系统功耗，提高功率因数，提高逆变器输出电源质量；同时，该补偿电容的容值可以选择输出，可以根据系统功率和开关频率来匹配接入容值的大小，解决了系统功率和容值匹配问题。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种基于无功补偿技术的船用逆变器，其特征在于，包括：

绝缘衬套，其内间隔设置有两个开口方向相反的第一矩形凹腔和第二矩形凹腔，所述第一矩形凹腔和第二矩形凹腔之间夹设有第三矩形凹腔；

第一IGBT，其安装在所述第一矩形凹腔中；

第二IGBT，其安装在所述第二矩形凹腔中；以及

电容器组件，其单侧滑动安装在所述第三矩形凹腔中；

其中，所述电容器组件的两个电极板平行间隔设置在所述第三矩形凹腔中，且两个所述电极板之间的间距离可调整；所述第三矩形凹腔底部填充有第二绝缘层；

所述第一IGBT的发射极连接至所述第二IGBT的集电极，第一电极板的外侧端从所述第三矩形凹腔中向外引出并连接至所述第一IGBT集电极，第二电极板的外侧端从所述第三矩形凹腔中向外引出并连接至所述第二IGBT发射极；

两个所述电极板间隔重叠设置在所述第三矩形凹腔中，所述第一电极板固定设置在所述第二绝缘层顶部，所述第一电极板和所述第二电极板之间设置有若干第三绝缘层，通过调整所述第一电极板和所述第二电极板之间所述第三绝缘层的数量，即可调整所述第一电极板和所述第二电极板的间距，也就是调整电容器的容置，来实现容值匹配。

2.如权利要求1所述的基于无功补偿技术的船用逆变器，其特征在于，所述第一IGBT的栅极和发射极从所述第一矩形凹腔开口中引出，所述第二IGBT的栅极和发射极从所述第二矩形凹腔开口中引出，所述第一矩形凹腔开口顶部覆盖设置一第一绝缘层，所述第一绝缘层延伸至所述第二矩形凹腔底部的所述绝缘衬套上，所述第一绝缘层上开设有第一孔槽，所述第一孔槽的位置与第一IGBT发射极的位置对应，所述第二矩形凹腔底部的所述绝缘衬套上贯穿开设有第二孔槽，所述第二孔槽贯穿所述第一绝缘层；

所述第一绝缘层外侧设置第一导线，所述第一导线第一端贯穿所述第一孔槽连接所述第一IGBT发射极，所述第一导线第二端贯穿所述第二孔槽连接第二IGBT集电极。

3.如权利要求2所述的基于无功补偿技术的船用逆变器，其特征在于，所述第三矩形凹腔的开口方向与所述第二矩形凹腔开口方向一致，所述第三矩形凹腔两侧分别设置有一第一屏蔽层，所述第一屏蔽层所在平面与所述开口平面垂直，且所述第一屏蔽层面积覆盖所述IGBT的纵向端面。

4.如权利要求3所述的基于无功补偿技术的船用逆变器，其特征在于，所述第二绝缘层中夹设一第二屏蔽层，所述第二屏蔽层覆盖所述第三矩形凹腔的横截面。

5.如权利要求4所述的基于无功补偿技术的船用逆变器，其特征在于，所述第二电极板顶部的所述第三矩形凹腔中设置有一第四绝缘层，所述第四绝缘层中夹设一第三屏蔽层，所述第三屏蔽层覆盖所述第三矩形凹腔的横截面。

6.如权利要求5所述的基于无功补偿技术的船用逆变器，其特征在于，所述第二电极板和所述第四绝缘层为连体式结构，所述第三绝缘层、所述第二电极板以及所述第四绝缘层四周活动设置在所述第三矩形凹腔内侧壁上。

7.如权利要求6所述的基于无功补偿技术的船用逆变器，其特征在于，所述第一电极板上侧空间的所述第三矩形凹腔内侧壁上开设有导向凹槽，所述导向凹槽的方向与所述第三矩形凹腔的深度方向一致，所述第三绝缘层和第四绝缘层外周壁上对应凸出设置有导向块，所述第三绝缘层和第四绝缘层通过所述导向块滑动在所述导向凹槽中。

8.如权利要求6所述的基于无功补偿技术的船用逆变器，其特征在于，所述第三矩形凹腔两侧分别设置有一绝缘隔层，所述第一屏蔽层夹设在所述绝缘隔层中，其中一侧的所述绝缘隔层中开设有第三孔槽，所述第三孔槽中设置有第二导线，所述第二导线从所述绝缘隔层中向外引出一定距离，所述第二导线第一端横向贯穿所述绝缘隔层与所述第一电极板连接，所述第二导线第二端从所述第三矩形凹腔的开口端引出并连接至所述第一IGBT集电极。

9.如权利要求8所述的基于无功补偿技术的船用逆变器，其特征在于，所述第三屏蔽层和第四绝缘层上依次贯通开设有连通的第四孔槽，所述第四孔槽中设置有第三导线，所述第三导线第一端与所述第二电极板顶部外侧端连接，所述第三导线的第二端从所述第三矩形凹腔的开口端引出并连接至所述第二IGBT发射极。

10.如权利要求9所述的基于无功补偿技术的船用逆变器，其特征在于，所述第三导线的第二端和所述第二IGBT发射极上分别设置一导电插接口，所述第三导线第二端和所述第二IGBT发射极的导电插接口之间通过导线插接。

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