CN201918880U - 模块化组件和部件单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及具有集成逻辑电路的相模块，尤其是一种模块化组件(2)，其具有至少一个功率半导体元件(6)、至少一个栅极驱动元件(8)、至少一个电容元件(10)、至少一个逻辑元件(14)和一个支架元件(4)。在支架元件上安装至少一个功率半导体元件(6)、至少一个栅极驱动元件(8)、至少一个电容元件(10)和至少一个逻辑元件(14)。所述逻辑元件(14)还用来对功率半导体元件(6)和栅极驱动元件(8)中的至少一个元件进行控制。

Description

模块化组件和部件单元

技术领域

本实用新型涉及强电技术，尤其涉及一种具有至少一个功率半导体元件和一个逻辑元件的模块化组件，本实用新型还涉及一种具有至少一个所述模块化组件的部件单元。

背景技术

部件单元(例如变换器柜或者变流器柜)具有例如若干功率半导体元件、一个用来控制功率半导体元件的逻辑电路以及一个栅极驱动电路元件，它们分别包括相应的冷却体。可将这种变换器柜或变流器柜理解成例如用来相互转换各种频率的交流电压的一种变流器。

例如可以使用一种部件单元将公用电网频率为50Hz的交流电流转变为频率为16.7Hz的轨道电流。

传统型部件单元可以具有直接安装在主框架上的功率半导体。可以对控制半导体的逻辑电路进行物理隔离，从而可以将其安装在部件单元内的其它位置上。采用直接安装在这种部件单元之上或之内的方式，将在装配、维护或者故障情况下难以够着各个部件。除此之外，由于采用物理隔离方式安装相互间可能存在逻辑关系的各个元件，因此在出现故障的情况下，需要完全关闭部件单元才能进行诊断和/或者维修工作。

实用新型内容

因此有必要拥有这样一种部件单元，能够在故障或者维护情况下易于接触那些相互间可能存在逻辑关系的各个元件或者元件子集。

本实用新型提供了这样一种模块化组件以及一种部件单元。

按照本实用新型的第一种实施形式，提供一种具有至少一个功率半导体元件、至少一个栅极驱动元件、至少一个相电容元件、至少一个逻辑元件以及一个支架元件的模块化组件。在支架元件上安装有至少一个功率半导体元件、至少一个栅极驱动元件、至少一个相电容元件以及至少一个逻辑元件。所述逻辑元件可对功率半导体元件和栅极驱动元件中的至少一个元件进行控制。

按照本实用新型的另一种实施形式，提供一种具有至少一个本实用新型所述模块化组件的部件单元。

可以将一个模块化组件(例如用于变换器单元和/或者逆变器单元的相模块)看成是一个封闭的独立单元，包括安装于支架元件上的功率半导体元件、必要时具有相应冷却体的栅极驱动元件、以及用来控制功率半导体和/或者栅极驱动元件的相应逻辑元件。

这种模块化组件还可以具有用来检测电流或电压值的传感器，例如逻辑元件可以使用这些值来控制半导体元件。

也可以配置至少一个电容元件，例如一个相电容。模块化组件还可以具有一些经过适当设置的连接元件，这些连接元件可以给工作状态下的模块化组件提供高压或者强电流。

模块化组件可以具有一个空气入口以及一个空气出口，使得空气流(例如冷却空气流)能够流入、流出、流过模块化组件。冷却体可以安装在模块化组件之中，例如至少部分安装在空气入口与空气出口之间的气流通道之中，使得冷却空气能够流过或扫过冷却体。

采用自动接通连接元件的方式，使得足以使进一步的布线工作仅限于例如传感器和/或者控制逻辑电路的低压电源、以及一对用来电隔离地传输模块化组件的测量数据与状态数据的光波导。

通过适当布置冷却体、半导体元件和驱动元件，并让足够的空气流过功率半导体元件以及栅极驱动电路的冷却体，就能保证充分冷却。

由于模块化组件为封闭构造，因此基本上可以快速更换损坏的模块化组件，例如用库存的备用组件进行更换，以便在出现故障的情况下，可保证或者迅速恢复部件单元的可用性。

例如在使用逻辑元件的情况下，模块化组件还可以检测工作状况或者所需的工作模式。因此可将模块化组件灵活应用于整流器或者逆变器之中，并且可将其设置到相应的整流器或者逆变器模式下。因此集成逻辑电路可以检测位置或者使用地点。

支架元件经过特殊设计，可以从上方或者从某一侧够着模块化组件中的所有部件或者一部分部件。这样就可以在装配或者拆卸过程中避免翻倒模块化组件。在模块化组件中仅使用一种类型的螺丝，因此便于进行安装。

可通过连接元件(例如插接接触或者滑接触)实现电气连接。因此在拆卸或安装时，只要用手连接或者断开低压电源的电缆以及光波导对即可。因此不需要分断电源电路。

以下将分别参照模块化组件以及部件单元来阐述本实用新型的首选实施形式。但相关实施形式同样也涉及该部件单元以及模块化组件。

按照本实用新型的另一种实施形式，模块化组件还可以具有至少一个接触元件，所述接触元件可使得外部电源与至少一个功率半导体元件相互耦合。

所述接触元件可以是例如插塞连接、滑移或滑动接触，这样就能以简单方式在电源和功率半导体元件之间建立连接。

按照本实用新型的另一种实施形式，模块化组件还可以具有空气入口、空气出口以及安装于功率半导体元件上的冷却体。第一空气入口可用来使空气流进入模块化组件，第一空气出口则可用来使空气流从模块化组件向外流出。可以使用空气流来冷却冷却体。

同样也可以在冷却体上安装来自栅极驱动元件、电容元件以及逻辑元件中的另一个元件。

由此在空气入口与空气出口之间设计一种气流通道，使得冷却体最好在该气流通道之中，从而能够形成空气或者冷却空气环流。

按照本实用新型的另一种实施形式，模块化组件还可以具有至少一个传感元件，所述传感元件可检测模块化组件的至少一个电流值和/或者电压值。

这样就可以使用传感元件来检测工作状态或者控制及调节变量，然后将其用来调整模块化组件的运行状态，使之符合当前应用领域的规定。

按照本实用新型的另一种实施形式，逻辑元件可用来检测模块化组件是否符合所需要的工作状态，模块化组件则可用来调整工作状态，使之符合所要求的工作状态。所述工作状态可以是整流器工作状态和逆变器工作状态组成的组中的一种状态。

例如可以侦测模块化组件在某一个活动整流器或者某一个逆变器中的安装。之后可以使用关于所希望的使用地点或者工作状态的信息来调整组件的适合于该安装的工作状态。因此模块化组件可以具有适用于两个使用地点的工作状态，可自行识别工作状态，并且可在必要时进行相应配置或调整。这样就可以不必针对不同的使用地点或者工作状态储备某一类型的模块化组件。

按照本实用新型的另一种优选实施形式，模块化组件可以具有低压电源元件和光波导元件组成的组中的至少另一个连接元件。

此外，由于使用自动化接触元件进行外部的自动接线或者连接电源，因此只要给模块化组件配置另一个例如用于传感器和/或者逻辑元件的低压电源，可在维修或者装配时将其连接或断开，不会增加风险。光波导元件可用来实现一种电隔离通信网络，以便给模块化组件提供控制或调节数据以及配置数据，或者回送有关运行状态或当前工作模式的反馈信息。

按照本实用新型的另一种实施形式，模块化组件可以在某一个部件单元之中的第一位置和第二位置之间移动。尤其在使用至少一个接触元件的情况下，当进入第一位置时，外部电源可以与至少一个功率半导体元件自动耦合；而当进入第二位置时，则会自动去耦。

因此模块化组件可在安装到某一个部件单元之中时与某一个可能危险的电源自动耦合，或者在拆卸时自动去耦。这样就能明显提高例如维修工程师执行操作或维护工作时的安全性。

按照本实用新型的另一种优选实施形式，模块化组件被设计成相模块形式。

按照本实用新型的另一种优选实施形式，部件单元还可以具有一个运动装置，所述运动装置可在第一位置和第二位置之间移动至少一个模块化组件。

所述运动装置在这里可以是一个轨道元件、转动元件或者一般的移位元件，适合于以机械方式将模块化组件可靠固定于或者支撑于第一位置以及第二位置，同时还能够在第一和第二位置之间进行运动。

按照本实用新型的另一种优选实施形式，模块化组件在第一位置与部件单元形成电耦合，在第二位置则与部件单元断开电去耦。所述第一位置在这里尤其是一个工作位置，而第二位置则尤其是一个装配位置和/或者维护位置。

按照本实用新型的另一种优选实施形式，部件单元还可以具有一个第二空气出口和一个第二空气入口，运动装置可使得至少一个模块化组件在从第一位置进入第二位置时与部件单元之间自动形成机械和/或者电去耦；且运动装置可使得至少一个模块化组件在从第二位置进入第一位置时与部件单元之间自动形成机械和/或者电耦合。机械耦合以及/或者去耦还包括耦合或者去耦第一空气入口与第二空气出口，以及耦合或者去耦第一空气出口与第二空气入口。

这样就能以简单方式在某一个部件单元中安装或者拆卸某一个模块化组 件，尤其也能保证为模块化组件提供模块化组件工作所需的冷却空气流。

按照本实用新型的另一种实施形式，可将部件单元设计成变换器柜和/或者变流器柜形式。

由于使用了模块化组件，尤其是相模块形式的模块化组件，因此可使装配过程基本上实现自动化，同时可建立电气和/或者机械连接以及连接冷却空气。

附图说明

附图所示均为本实用新型的实施例，其中详细描述、解释了本实用新型的这些及其它特征。

附图所示均为示意图。在不同的附图中均以相同或类似的附图标记标识相同或类似的元件。

这些附图并非按照比例绘制，但能够反映定性的尺寸比例。

附图1a，b示出本实用新型的模块化组件的一种实施形式；

附图2示出本实用新型的部件单元的一种实施形式。

具体实施方式

继续参照附图1描述本实用新型所述模块化组件的一种实施形式。

附图1a所示是以变换器单元或逆变器单元的相模块为例描述的一个模块化组件2。模块化组件2具有支架元件4，例如用螺丝相互固定在一起的各个元件(例如金属板)，上面安装有模块化组件的各个部件。

如附图1a所示，模块化组件2具有一个电容元件10(例如一个相电容)以及一个逻辑元件14。例如可将逻辑元件14看成是一个相间元件(PhaseINT)，可将其作为控制系统与半导体控制器之间的接口。还可以设定必须在输出端上产生何种电压水平，并且可执行所需的转变、按照规定接通及断开半导体模块。此外逻辑元件14还可读取、处理电流及电压测量值，然后发送给上级控制系统。

模块化组件2还具有接触元件18，这里举例是四个接触元件18。所述接触元件18具有滑触面或插接面，可以还与电气连接元件20自动形成耦合。

附图1a中所示的第一空气入口22可使得空气流进入模块化组件2，尤其是模块化组件2的下侧。固定装置32可用来将模块化组件安装在例如导轨上，以便在例如第一位置和第二位置之间移动模块化组件2。

附图1b所示为附图1a所示的模块化组件2，但没有侧壁以及逻辑元件 14。在电容元件10旁边是安装于冷却体16上的功率半导体元件6。冷却体16具有层状构造，使得空气流可以从第一空气入口22经过冷却体16流向第一空气出口24。

栅极驱动元件8譬如安装在模块化组件2的支架元件4的外壁上，且同样也可与冷却体16连接。传感元件12用来测量或检测模块化组件或逻辑元件的电流值和/或者电压值，以便能够获得有关工作状态的信息或者调整工作状态。模块化组件2可测量例如相电容的电压，视在整流器或逆变器中的位置而定，要么测量正中间电路电压、负中间电路电压，或者测量中点电压。还可测量输出电流。此外还可在逆变器工作模式下在模块化组件2中对输入滤波器中的滤波电流进行电流测量。为此可在变换器柜中安装同样与PhaseINT相间元件相连的其它传感器。

附图1b所示是一个电流互感器30。模块化组件2的螺丝均可以例如具有统一连续的规格。

继续参照附图2描述本实用新型所述部件单元的一种实施形式。

附图2所示的部件单元36具有用来安装模块化组件2的四个容纳装置34。譬如有一个模块化组件2已装入容纳装置34a之中，而容纳装置34b则空着。

在容纳装置34b中可看见位于容纳装置34后壁上的第二空气入口28，该空气入口适合用来接受从模块化组件2的第一空气出口24流出的空气流。

通过运动装置或者轨道元件32将组件2装入到容纳装置34a之中。接触元件18分别与电气连接元件20形成导电接触，将模块化组件2推入到容纳装置34之中就会自动形成导电接触。

所述组件具有与第一空气出口24一起形成气流通道38的第一空气入口22。冷却体16安装在气流通道38之中，在冷却体上安装有例如功率半导体元件6。在附图2中没有绘出这些元件，因为支架元件4的正面将其遮住。气流通道38可用来通过第二空气入口28借助一种吸入效应产生空气流或者冷却空气流。可想而知，还可将用于第二空气出口26的一个独立部件安装到第一空气入口22上。附图2中没有绘出这种第二空气出口部件26。

模块化组件2还利用低压电源40以及两个光波导元件42与部件单元36相连。可以从模块化组件2的正面，或者在模块化组件2的正面连接低压 电源40以及光波导元件42。

因此，在将模块化组件2装入到部件单元36之中使其进入第一位置之后，或者在将模块化组件2从所装入的第一位置中拆下或使其进入第二位置之前而使该模块化组件离开第一位置之后，在装配或拆卸模块化组件2时基本上只要连接或断开低压电源40以及光波导元件42。这样就能快速交换或替换某一个模块化组件，例如对于维修工程师而言，可提高安全性。这里，电气连接元件20基本上布置在容纳装置34之内的深处，以便有效防止意外接触电气连接元件。当模块化组件2被推入到容纳装置34之中时，接触元件18就会与电气连接元件20自动连接。之后当需要启动模块化组件时，仅需连接低压电源40和/或者光波导元件42即可。

需补充指出：“具有”或者“包括”并不排除其它元件或步骤，且“一个”并不排除存在多个。此外还应注意：参考上述某一个实施例所述的特征也能与上述其它实施例的特征组合使用。相关权利要求中的附图标记并无任何限制作用。

附图标记清单

2模块化组件

4支架元件

6功率半导体元件

8栅极驱动元件

10(相)电容元件

12传感元件

14逻辑元件

16冷却体

18接触元件

20电气连接元件

22第一空气入口

24第一空气出口

26第二空气出口

28第二空气入口

30电流互感器

32轨道元件/运动装置

34a，b容纳装置

36部件单元

38气流通道

40低压电源

42光波导元件。

Claims (15)

1.模块化组件(2)，具有

至少一个功率半导体元件(6)；

至少一个栅极驱动元件(8)；

至少一个电容元件(10)；

至少一个逻辑元件(14)；以及

支架元件(4)；

其特征在于，在所述支架元件(4)上安装有至少一个功率半导体元件(6)、至少一个栅极驱动元件(8)、至少一个电容元件(10)和至少一个逻辑元件(14)；并且

所述逻辑元件(14)用来对功率半导体元件(6)和栅极驱动元件(8)中的至少一个元件进行控制。

2.根据上述权利要求1所述的模块化组件，还具有

至少一个接触元件(18)；

所述接触元件(18)使得将外部电源与至少一个功率半导体元件(6)相互耦合。

3.根据上述权利要求1所述的模块化组件，还具有

空气入口(22)；

空气出口(24)；以及

安装于功率半导体元件(6)上的冷却体(16)；

所述第一空气入口(22)用来将空气流(44)送入到模块化组件(2)之中；

所述第一空气出口(24)用来将空气流(44)从模块化组件(2)中向外送出；并且

可使用空气流(44)冷却所述的冷却体(16)。

4.根据上述权利要求1-3中任一项所述的模块化组件，还具有

至少一个传感元件(12)；

所述传感元件(12)用来检测模块化组件(2)的至少一个电流值和/或者电压值。

5.根据上述权利要求1-3中任一项所述的模块化组件， 

所述逻辑元件(14)用来检测模块化组件(2)是否符合所要求的工作状态；并且

所述模块化组件(2)用来根据所要求的工作状态调整工作状态。

6.根据权利要求5所述的模块化组件，

所述工作状态是整流器工作状态和逆变器工作状态所组成的组中的一种状态。

7.根据上述权利要求1-3中任一项所述的模块化组件，还具有

低压电源元件(38)和光波导元件(40)组成的组中的至少另一个连接元件(38，40)。

8.根据上述权利要求1-3中任一项所述的模块化组件，

所述模块化组件(2)可在一个部件单元(36)中的第一位置和第二位置之间移动；

当移动到第一位置时，外部电源与至少一个功率半导体元件(6)自动耦合；并且

当移动到第二位置时，外部电源与至少一个功率半导体元件(6)自动去耦。

9.根据上述权利要求1-3中任一项所述的模块化组件，

所述模块化组件(2)被设计成相模块形式。

10.部件单元，其特征在于，具有

至少一个上述权利要求中任一项所述的模块化组件(2)。

11.根据权利要求10所述的部件单元，还具有

运动装置(32)；

所述运动装置(32)用来使至少一个模块化组件(2)在第一位置和第二位置之间移动。

12.根据权利要求10～11中任一项所述的部件单元，

所述至少一个模块化组件(2)在第一位置与部件单元(36)形成电耦合，在第二位置则与部件单元(36)电去耦。

13.根据权利要求10～11中任一项所述的部件单元，

所述第一位置是一个工作位置，并且

所述第二位置是一个安装位置以及/或者维护位置。

14.根据权利要求10～11中任一项所述的部件单元，还具有 

第二空气出口(26)；以及

第二空气入口(28)；

所述运动装置(32)可在至少一个模块化组件(2)从第一位置进入第二位置时与部件单元(36)自动形成机械和/或者电去耦，并且

所述运动装置(32)可在至少一个模块化组件(2)从第二位置进入第一位置时与部件单元(36)自动形成机械和/或者电耦合；

所述机械耦合和/或者去耦包括耦合或去耦第一空气入口(22)和第二空气入口(26)，以及耦合或去耦第一空气出口(24)和第二空气出口(28)。

15.根据权利要求10～11中任一项所述的部件单元，

所述部件单元(36)被设计成变换器柜以及/或者变流器柜形式。 

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