CN111800061A - 三相交流电机驱动系统控制器的主回路布置结构 - Google Patents

三相交流电机驱动系统控制器的主回路布置结构 Download PDF

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毛先叶
张公明
郭建文
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Zhenghai Group Co.,Ltd.
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Abstract

本发明公开了一种三相交流电机驱动系统控制器的主回路布置结构，本结构包括带有正负母排的功率模块以及支撑电容，其中功率模块的正负母排与支撑电容的正负母排分别采用螺栓、嵌件连接形成逆变主回路，功率模块的正负母排沿安装平面延伸至螺栓、嵌件位置，支撑电容的正负母排向功率模块方向水平延伸后垂直折弯至安装平面，然后沿安装平面延伸至螺栓、嵌件位置，功率模块的正负母排和支撑电容的正负母排在螺栓、嵌件位置同方向布置，功率模块的正负母排和支撑电容的正负母排在螺栓、嵌件位置分别通过螺栓、嵌件连接。本结构减少由杂散电感引起的浪涌电压，避免功率模块被击穿的危险，确保功率模块的开关特性，提高电机驱动控制的可靠性。

Description

三相交流电机驱动系统控制器的主回路布置结构
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种三相交流电机驱动系统控制器的主回路布置结构。
背景技术
三相交流电机驱动系统中采用高频载波对功率模块进行高速开闭管驱动,而与驱动主回路的杂散电感大小成比例的浪涌电压会加载到功率模块上，浪涌电压V1计算如式(1)：
Figure BDA0002605670960000011
其中，
Figure BDA0002605670960000012
则
Figure BDA0002605670960000013
式中：L为杂散电感，φ为磁通量，I为电流，B为磁感应强度，a为主回路连接端子母排长度，w为主回路连接端子母排宽度，h为叠层母排的间距，μ0为真空磁导率。
可见，最大程度减小杂散电感可降低浪涌电压V1，当浪涌电压V1过大时有可能导致功率模块被击穿损坏，因此，如何降低驱动主回路的杂散电感是一个重要研究课题。
如图1和图2所示,通常控制器主回路由功率模块和支撑电容构成,其中功率模块与支撑电容之间通过母排采用螺栓连接在一起,功率模块1的正母排11和负母排12与支撑电容2的正母排21和负母排22通过螺栓3及嵌件4连接在一起.但是,该结构中,由于螺栓区域A为螺栓的连接部分,正负母排无法采用叠层方式,因此螺栓区域A的杂散电感较大；同时，位于螺栓区域A两侧的区域B是考虑装配空间及正负母排的绝缘距离,该区域B同样无法采用叠层的方式降低电感,因此区域B的杂散电感也较大。如图1和图2所示,功率模块与支撑电容之间母排采用螺栓连接在一起,电流由电容的母排流向功率模块的母排,其中连接处的电流环路可以看成是与大地形成电流环路,此时电流流经的环路面积S较大,也就是式2中的S较大,根据式2可知,电感L较大。
在主回路中由于存在螺栓区域A以及两侧的区域B的杂散电感，严重影响功率模块的开关特性，降低电机驱动控制的可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种三相交流电机驱动系统控制器的主回路布置结构，本结构减少由杂散电感引起的浪涌电压，避免功率模块被击穿的危险，确保功率模块的开关特性，提高电机驱动控制的可靠性。
为解决上述技术问题，本发明三相交流电机驱动系统控制器的主回路布置结构包括带有正负母排的功率模块和带有正负母排的支撑电容，其中功率模块的正母排与支撑电容的正母排以及功率模块的负母排与支撑电容的负母排分别采用螺栓、嵌件连接形成逆变主回路，所述功率模块的正负母排沿安装平面延伸至所述螺栓、嵌件位置，所述支撑电容的正负母排向所述功率模块方向水平延伸后垂直折弯至正负母排安装平面，然后沿安装平面延伸至所述螺栓、嵌件位置，所述功率模块的正负母排和支撑电容的正负母排在所述螺栓、嵌件位置同方向叠层布置，使得功率模块的正母排和支撑电容的正母排在连接处的电流方向相反、功率模块的负母排和支撑电容的负母排在连接处的电流方向相反，此时电流流经环路的面积最小,所述功率模块的正负母排和支撑电容的正负母排在所述螺栓、嵌件位置分别通过螺栓、嵌件连接。
进一步，所述支撑电容的正负母排经折弯至少形成与所述功率模块的正负母排同向的平行面。
进一步，所述支撑电容的正负母排经折弯形成第一水平面、垂直面和第二水平面，所述第二水平面的正负母排与所述功率模块的正负母排采用螺栓、嵌件同向平行连接。
进一步，所述螺栓、嵌件位置邻近所述第一水平面和垂直面，并且所述螺栓、嵌件与所连接母排的第一水平面和垂直面形成相反电流方向,此时电流流经环路的面积最小。
进一步，所述功率模块的正母排与支撑电容的正母排在连接处的电流流经环路的面积最小,所述功率模块的负母排与支撑电容的负母排在连接处的电流流经环路的面积最小。
由于本发明三相交流电机驱动系统控制器的主回路布置结构采用了上述技术方案，即本结构包括带有正负母排的功率模块和带有正负母排的支撑电容，其中功率模块的正母排与支撑电容的正母排以及功率模块的负母排与支撑电容的负母排分别采用螺栓、嵌件连接形成逆变主回路，功率模块的正负母排沿安装平面延伸至螺栓、嵌件位置，支撑电容的正负母排向功率模块方向水平延伸后垂直折弯至安装平面，然后沿安装平面延伸至螺栓、嵌件位置，功率模块的正负母排和支撑电容的正负母排在螺栓、嵌件位置同方向布置，功率模块的正负母排和支撑电容的正负母排在螺栓、嵌件位置分别通过螺栓、嵌件连接。本结构减少由杂散电感引起的浪涌电压，避免功率模块被击穿的危险，确保功率模块的开关特性，提高电机驱动控制的可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1和图2为传统控制器主回路布置示意图；
图3为本发明三相交流电机驱动系统控制器的主回路布置结构示意图；
图4为本结构中螺栓和嵌件设于支撑电容顶面的正负母排设置示意图；
图5为本结构中功率模块的正负母排延伸折弯结构示意图；
图6为本结构中螺栓和嵌件设于功率模块的正负母排设置示意图；
图7为本结构中功率模块与支撑电容上下布置的正负母排设置示意图；
图8为本结构中由螺栓、嵌件构成的正负母排连接端子示意图；
图9为本结构中正负母排采用螺栓、嵌件连接示意图。
具体实施方式
实施例如图3所示，本发明三相交流电机驱动系统控制器的主回路布置结构包括带有正负母排的功率模块1和带有正负母排的支撑电容2，其中功率模块1的正母排11与支撑电容2的正母排21以及功率模块1的负母排12与支撑电容2的负母排22分别采用螺栓3、嵌件4连接形成逆变主回路，所述功率模块1的正负母排11、12沿安装平面延伸至所述螺栓3、嵌件4位置，所述支撑电容2的正负母排21、22向所述功率模块1方向水平延伸后垂直折弯至正负母排安装平面，然后沿安装平面延伸至所述螺栓3、嵌件4位置，所述功率模块1的正负母排11、12和支撑电容2的正负母排21、22在所述螺栓3、嵌件4位置同方向叠层布置，使得功率模块1的正母排11和支撑电容2的正母排21在连接处的电流方向相反、功率模块1的负母排12和支撑电容2的负母排22在连接处的电流方向相反，此时电流流经环路的面积最小,所述功率模块1的正负母排11、12和支撑电容2的正负母排21、22在所述螺栓3、嵌件4位置分别通过螺栓3、嵌件4连接。
优选的，所述支撑电容2的正负母排21、22经折弯至少形成与所述功率模块1的正负母排11、12同向的平行面。
优选的，所述支撑电容2的正负母排21、22经折弯形成第一水平面23、垂直面24和第二水平面25，所述第二水平面25的正负母排21、22与所述功率模块1的正负母排11、12采用螺栓3、嵌件4同向平行连接。
优选的，所述螺栓3、嵌件4位置邻近所述第一水平面23和垂直面24，并且所述螺栓3、嵌件4与所连接母排的第一水平面23和垂直面24形成相反电流方向,此时电流流经环路的面积最小。
优选的，所述功率模块1的正母排11与支撑电容2的正母排21在连接处的电流流经环路的面积最小,所述功率模块1的负母排12与支撑电容2的负母排22在连接处的电流流经环路的面积最小。
上述结构中支撑电容的正负母排延伸折弯后形成与功率模块的正负母排同向的连接面，但根据功率模块和支撑电容在控制器内的位置布置可以有多种变形，并不局限于支撑电容的正负母排延伸折弯，同样也可以功率模块的正负母排延伸折弯，最终使得功率模块和支撑电容的正负母排在螺栓、嵌件位置同方向布置后采用螺栓、嵌件连接即可。
如图4所示，在螺栓3和嵌件4设置于支撑电容2顶面时，支撑电容2的正负母排21、22向功率模块1方向延伸形成第一水平面23，然后垂直折弯后形成垂直面24，再垂直折弯形成第二水平面25，功率模块1的正负母排11、12水平延伸至螺栓3和嵌件4位置，在螺栓3和嵌件4位置功率模块1的正负母排11、12与支撑电容2的正负母排21、22通过螺栓3和嵌件4连接，使得功率模块1和支撑电容2的正母排11、21电流方向相反、功率模块1和支撑电容2的负母排12、22电流方向相反。
如图5所示，支撑电容2的正负母排21、22沿安装平面方向向外延伸至螺栓3、嵌件4位置,功率模块1的正负母排11、12至少折弯两次,折成第一水平面13、垂直面14和第二水平面15的折弯形状，功率模块1与支撑电容2的正负母排在第二水平面15进行连接，支撑电容2延伸出来的正负母排21、22保证与第二水平面15的功率模块1正负母排11、12进行叠层,从而通过正负母排电流相反来降低杂散电感。
如图6所示，在螺栓3和嵌件4设置于功率模块1时，支撑电容2的正负母排21、22向功率模块1方向延伸至螺栓3和嵌件4位置，功率模块1的正负母排11、12水平伸出形成第一水平面13，然后折弯形成垂直面14、再折弯至螺栓3和嵌件4位置形成第二水平面15，在螺栓3和嵌件4位置功率模块1的正负母排11、12与支撑电容2的正负母排21、22通过螺栓3和嵌件4连接，使得功率模块1和支撑电容2的正母排11、21电流方向相反、功率模块1和支撑电容2的负母排12、22电流方向相反。
如图7所示，在功率模块1与支撑电容2上下布置时，功率模块1的正负母排11、12水平方向延伸至螺栓3和嵌件4位置，支撑电容2的正负母排21、22由顶面垂直伸出形成垂直面24，然后折弯至螺栓3和嵌件4位置形成第二水平面25，在螺栓3和嵌件4位置功率模块1的正负母排11、12与支撑电容2的正负母排21、22通过螺栓3和嵌件4连接，使得功率模块1和支撑电容2的正母排11、21电流方向相反、功率模块1和支撑电容2的负母排12、22电流方向相反。
如图3至图7所示,功率模块与支撑电容之间的正负母排分别采用两组螺栓以及嵌件连接在一起,电流由电容的母排流向功率模块的母排,其中连接处流经母排的电流方向相反,形成的电流流经的环路面积最小,也就是式2中的S最小,则根据式2可知,杂散电感L最小。
本结构通过调整功率模块和支撑电容的正负母排路径和组装方向,使其形成相反的电流方向,此时电流流经的环路面积最小,也就是式2中的S最小,则根据式2可知,杂散电感L最小，以此来降低功率模块和支撑电容连接主回路的杂散电感。如图8和图9所示,功率模块的正负母排与支撑电容的正负母排通过螺栓3和嵌件4连接,连接结合面在功率模块的安装平面的平行方向,其中第一端部5是功率模块正负母排11、12的连接部分,第二端部6是支撑电容正负母排21、22的连接部分，视功率模块和支撑电容的具体安装位置，第一端部5也可以是支撑电容正负母排的连接部分,第二端部6是功率模块正负母排的连接部分,电流从第一端部5流向第二端部6时,电流流向如图9的箭头示意，第二端部6的正母排21与第一端部5的正母排11相连,第二端部6的负母排22与第一端部5的负母排12相连,组成三相交流逆变器主回路,其中第二端部6的正负母排21、22至少弯折一次,一部分沿垂直方向,一部分沿着水平方向,且第二端部6的正负母排21、22与第一端部5的正负母排11、12在水平方向上连接；同时第二端部6的正母排21与第一端部5的负母排12需要保持绝缘距离,正负母排折弯并保证正负母排绝缘的部分为区域B,水平结合面上,螺栓连接部分为区域A,正负母排折弯部为区域C，第一端部5的负母排12与第二端部6的负母排22通过螺栓3和嵌件4相连,螺栓3和嵌件4靠近负母排12,其中负母排12中流过电流I1和电流I2,负母排22中流过电流I1'、负母排22折弯部电流I2'、I3以及I4,嵌件4中流过电流I3',正母排21中流过I4'，具体电流方向见图4；其中I1与I1'电流方向相反,此时电流流经的环路面积最小,降低区域A的杂散电感,I2与I2x'电流方向相反,I2x'是I2'在水平方向上的分量，此时电流流经的环路面积最小,降低区域C的杂散电感,I3'与I2z'以及I3的电流方向相反,I2z'是I2'在垂直方向上的分量，此时电流流经的环路面积最小,降低区域B的杂散电感,I4与I4'电流方向相反,此时电流流经的环路面积最小,降低第二端部6正负母排21、22叠层区域的杂散电感；另外第一端部5的正母排11与第二端部6的正母排21降低杂散电感的原理与第一端部5负母排12与第二端部6的负母排22降低杂散电感的原理相同。综上,采用本结构可以解决功率模块与支撑电容连接处杂散电感过大的难题,降低区域A、区域B以及区域C的杂散电感,从而降低整个主回路的杂散电感，减少由杂散电感引起的浪涌电压，避免功率模块被击穿的危险，确保功率模块的开关特性，提高电机驱动控制的可靠性。

Claims (5)

1.一种三相交流电机驱动系统控制器的主回路布置结构，包括带有正负母排的功率模块和带有正负母排的支撑电容，其中功率模块的正母排与支撑电容的正母排以及功率模块的负母排与支撑电容的负母排分别采用螺栓、嵌件连接形成逆变主回路，其特征在于：所述功率模块的正负母排沿安装平面延伸至所述螺栓、嵌件位置，所述支撑电容的正负母排向所述功率模块方向水平延伸后垂直折弯至正负母排安装平面，然后沿安装平面延伸至所述螺栓、嵌件位置，所述功率模块的正负母排和支撑电容的正负母排在所述螺栓、嵌件位置同方向叠层布置，使得功率模块的正母排和支撑电容的正母排在连接处的电流方向相反、功率模块的负母排和支撑电容的负母排在连接处的电流方向相反，此时电流流经环路的面积最小,所述功率模块的正负母排和支撑电容的正负母排在所述螺栓、嵌件位置分别通过螺栓、嵌件连接。
2.根据权利要求1所述的三相交流电机驱动系统控制器的主回路布置结构，其特征在于：所述支撑电容的正负母排经折弯至少形成与所述功率模块的正负母排同向的平行面。
3.根据权利要求1或2所述的三相交流电机驱动系统控制器的主回路布置结构，其特征在于：所述支撑电容的正负母排经折弯形成第一水平面、垂直面和第二水平面，所述第二水平面的正负母排与所述功率模块的正负母排采用螺栓、嵌件同向平行连接。
4.根据权利要求3所述的三相交流电机驱动系统控制器的主回路布置结构，其特征在于：所述螺栓、嵌件位置邻近所述第一水平面和垂直面，并且所述螺栓、嵌件与所连接母排的第一水平面和垂直面形成相反电流方向,此时电流流经环路的面积最小。
5.根据权利要求3所述的三相交流电机驱动系统控制器的主回路布置结构，其特征在于：所述功率模块的正母排与支撑电容的正母排在连接处的电流流经环路的面积最小, 所述功率模块的负母排与支撑电容的负母排在连接处的电流流经环路的面积最小。
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