CN202840972U - 一种基于iegt的大容量变流器水冷却模块化h桥结构 - Google Patents

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谢化安
罗瑞彬
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刘锦宁
许树楷
胡玉岚
魏伟
王春岩
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Abstract

一种基于IEGT的大容量变流器水冷却模块化H桥结构，其左右对称，包括：箱型框架；左相模块单元、左电容模块处在框架内左侧前、后部；旁路模块、电压撬杠电路处在框架内前、后部的中间；隔离电源固定在框架后面；左放电电阻，固定在框架后面的左侧；左水冷电阻散热器固定在左放电电阻上；左模块驱动单元连接在左相模块单元前端；出水管和进水管分别横向布置在框架后面的上下；左相模块进水分管和左相模块出水分管；左控制单元、左电源单元和左充电单元，在框架左侧从前往后依次固定。本H桥结构可应用于多种高压大容量变流器中，能装满足现代电力电子高压大容量装机需要，且结构轻简，可批量模块化生产，装配、调试和维护方便。

Description

一种基于IEGT的大容量变流器水冷却模块化H桥结构
技术领域
本实用新型涉及一种电力电子行业中的变流器H桥结构，特别是一种基于IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor电子注入增强栅晶体管)大容量变流器水冷却模块化H桥结构（以下简称H桥结构）。
背景技术
能源的开发利用是人类进步的标志。其中，以电力能源形式的终端消耗占很大比重。由于发电、输电、配电和用电等为电力行业的重大环节，在每个环节能量传递的过程中，对电能的质量均有要求。为改善电能质量常采用诸多有效措施，其中以无功补偿装置为用量最多。而当前由于新型大功率器件的出现，如IEGT，使得STATCOM大功率无功补偿装置得到了发展。
在STATCOM大功率无功补偿设备中基于IEGT的大容量变流器的采用是目前电网应用较为广泛的配套设备，H桥是其中核心装备部件，根据电气设计要求，把其中的电气结构单元件拼装起来，安装在固定的结构体中，再通过结构之间的连接，确保STATCOM设备的电气原件能够正常可靠运转。H桥的结构在不断的改进，以保证电气设计的要求，同时能满足设备向大功率集成化，集约型发展。
在现有技术中，H桥框架结构多局限于小容量装机设备，并不适合高压（35kV）大容量（200Mvar）、模块化生产要求。
现有技术的H桥结构多为IGBT功率器件，且不是模块化单元结构。如《一种基于级联型变流器的多功能快速开关装置》（申请号为：201110341235.3），仅给出H桥电路原理图。而《基于IGBT模块并联的大功率变流器》（申请号为：201010624224.1），没有给出H桥结构。
目前没有见到采用IEGT的大容量变流器水冷却模块化H桥结构。只有本课题组已申请的《一种基于IEGT的功率相模块》（专利号为：ZL201010121677.2）实用新型专利结构（见图5和图6）和《一种基于全控型变流器件IEGT的大容量H桥功率单元》（专利号为：ZL201020128033.1）实用新型专利电路原理图（见图4）均已授权。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种基于IEGT的大容量变流器水冷却模块化H桥结构，这种H桥结构可应用于多种高压大容量变流器中，能装满足现代电力电子高压大容量装机需要，且结构轻简，可批量模块化生产，装配、调试和维护方便。
解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案实现：
一种基于IEGT的大容量变流器水冷却模块化H桥结构，其特征是：结构左右对称，组成包括：
箱型框架（1）；
左相模块单元（2），处在框架内左侧前部并设有A插件板（3-1）；
左电容模块（5），处在框架内左侧后部，设有B插件板（6-1）；
旁路模块(4)，处在框架内前部的中间并设有接入铜排(4-1)和接出铜排(4-2)；
电压撬杠电路(7)，处在框架内后部的中间位于旁路模块(4)后；
隔离电源(14)，固定在框架后面的隔离电源固定板(15)上；
左放电电阻（17），固定在框架后面的左侧；
左水冷电阻散热器(16)，固定在左放电电阻（17）上；
左模块驱动单元（9），连接在所述的左相模块单元前端；
出水管和进水管（24和23），分别横向布置在框架后面的上下；
左相模块进水分管（12），从进水管左端接出，经框架左侧外引至前面，通过水管快速接头进入左相模块；
左相模块出水分管（13），从左相模块前面通过水管快速接头接出，经框架左侧外引至出水管左端；
左控制单元、左电源单元和左充电单元，在框架左侧从前往后依次固定。
在上述基础上，本实用新型还可以做如下进一步的改进：
所述的箱型框架（1）底面的中间设有两纵向支承板、后面设有两横向支承板，顶面前部设有一横向加强板。
所述的左电容模块（5）由两只高压大容量电容器（5-1）用夹板固定并联而成。
所述的水冷系统的水管快速接头是一种仅用手即可接通或断开，断开后水不会溢出。
所述的A插件板和B插件板相互电连接。
所述的旁路模块(4)通过伸出铜排与相模块电连接固定。
图1为STATCOM逻辑原理图，图2为STATCOM H桥水冷系统示意图，图3为H桥逻辑原理图，图4为H桥电路原理图，图5和图6分别是本实用新型的现有技术的相模块立体结构图和平面结构图。
根据高压大容量变流器原理拓扑电路的设计要求（见图1），变流器每相应选用若干个IEGT的大容量变流器水冷却模块化H桥单元，按照变流器原理拓扑电路的设计要求将H桥接入设计的系统中，其变流器H桥单元的整体水冷却系统原理见图2，I为总进水口，O为总出水口。
H桥（见图3）主要由两个相模块、两个电容模块、电压撬杠电路、旁路模块、水冷却系统及框架等部件组成，参见图4，第一电容模块（C3）、第二电容模块（C4）分别并联在第一相模块、第二相模块与正负母排的连接端口上，电压撬杠电路连接在正负母排端口，其包括反向并联的两个晶闸管后并串联一电阻（R4），旁路模块连接在第一相模块、第二相模块的输出端口上，其包括两个反并联的晶闸管（SCR1）后并连一接触器（SCR2）。
H桥中的相模块（见图4中的原理电路和图5中的IEGT相模块立体结构和IEGT相模块结构的平面图，即A10），由IEGT高压大功率管、二极管、电感、电容、电阻、水冷却系统及框架组成（此相模块已授权实用新型专利，专利号为：ZL201010121677.2）；
现有技术的相模块包括两个IEGT器件，每个IEGT器件均并联有续流二极管，两个IEGT器件串联在一起，中间连接端引出为输出端；相模块设有缓冲吸收电路，其包括电感、电阻、二极管及电容，二极管正极端与电感相连、负极端与电阻一端相连，电阻另一端与电感相连；二极管的负极端还连接电容一端，电容另一端与负母排相连接，与电感相连的二极管正极端还与正母排相连。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1）本H桥是基于高压大电流全控型器件IEGT的功率单元，具有超強的通用性、灵活性和可靠性，可用作多种功能的高压大电流变流器，如，35kV±200MvarSTATCOM高压大功率无功补偿；又如，10kV 25MW超大容量高压变频器；
2）本H桥是一种高压大容量水冷却模块化结构的功率单元，组装快，方便大批量生产；
3）本H桥釆用相控模块并联方式水冷却系统，使功率器件冷却均衡，保证了功率系统运行的可靠性；
4）本H桥结构进行了多种优化，确保电气单元连接的准确性、合理性，结构十分紧凑，标准化和集成度高，体积小，功耗低，便于系统集装箱紧凑结构的实现；
5）本H桥结构中，采用了水管快速接头，可以在压力水的情况下进行断开或接通，因为快速接头断开时，快速接头自行封闭，接通时，自行打开，无漏水现象。这项功能可安全、方便的更換任意一个H桥单元。
附图说明
图1.STATCOM逻辑原理图；
图2.STATCOM H桥水冷系统示意图；
图3.H桥逻辑原理图；
图4.H桥电路原理图；
图5.A10是IEGT相控模块立体结构图；
图6.A10是IEGT相控模块平面结构图；
图7.H桥结构图的前视图；
图8.H桥结构图的后视图；
图9为框架立体示意图。
图6(A10)中：A11-水管快速接头 A12-蝶簧 A13-绝缘片 A14-金属管 A15-水冷圆盘接头 A16-水冷缓冲电感 A17-IEGT器件 A18-水冷散热器 A19-上分水器20-二极管器件 A21-下分水器 A22-水冷散热器 A23-二极管器件 A24-压装式电阻 A25-绝缘片 A26-蝶簧。
其余图中：1-框架，2-左相模块单元，3-右相模块单元，3-1-插件板A，4-旁路模块，4-1-接入铜排，4-2-接出铜排，5-左电容模块，5-1-电容，6-右电容模块，6-1插件板B，7-电压撬杠，8-模块固定板，9-模块驱动单元，10-右相模块进水分管，11-右相模块出水分管，12-左相模块进水分管，13-左相模块出水分管，14-隔离电源，15-隔离电源固定板，16-水冷电阻散热器，17-放电电阻，18-水冷散热器连接管，19-水冷散热器进出水管，20-充电单元，21-电源单元，22-控制单元，23-进水管，24-出水管。
具体实施方式
如图7和图8、图9所示，为本实用新型的基于IEGT的大容量变流器水冷却模块化H桥结构，结构左右对称，以下对称部分只描述左半部，组成包括：
箱型框架1，箱型框架1底面的中间设有两纵向支承板、后面设有两横向支承板，顶面前部设有一横向加强板，参见图9；
左相模块单元2，处在框架内左侧前部并设有A插件板3-1（图上只画出右边的此构件，可结构是左右对称的，虽看不到左边实际上也有此构件）；
左电容模块5，由两只高压大容量电容器5-1用夹板固定并联而成，处在框架内左侧后部，设有B插件板6-1（图上只画出右边的此构件，可结构是左右对称的，虽看不到左边实际上也有此构件）；
A插件板和B插件板相互电连接。
旁路模块(4)，处在框架内前部的中间并设有接入铜排(4-1)和接出铜排(4-2)；
旁路模块(4)通过伸出铜排与相模块电连接固定；
电压撬杠电路(7)，处在框架内后部的中间位于旁路模块(4)后；
隔离电源(14)，固定在框架后面的隔离电源固定板(15)上；
左放电电阻17，固定在框架后面的左侧；
左水冷电阻散热器(16)，固定在左放电电阻17上；
左模块驱动单元9，连接在所述的左相模块单元前端；
出水管和进水管24和23，分别横向布置在框架后面的上下；
左相模块进水分管12，从进水管左端接出，经框架左侧外引至前面，通过水管快速接头进入左相模块；
左相模块出水分管13，从左相模块前面通过水管快速接头接出，经框架左侧外引至出水管左端；
水管快速接头是一种仅用手即可接通或断开，断开后水不会溢出。
左控制单元、左电源单元和左充电单元，在框架左侧从前往后依次固定。
本实用新型的H桥结构设计，采用框架结构，使之能完全满足电气单元结构的批量模块化生产的需要，采用静态结构分析校核结构。设计遵循结构简单、拆卸方便、安全高效、连接紧凑稳固、布局合理，走线方便等原则。

Claims (3)

1.一种基于IEGT的大容量变流器水冷却模块化H桥结构，其特征是：结构左右对称，组成包括：
箱型框架（1）；
左相模块单元（2），处在框架内左侧前部并设有A插件板（3-1）；
左电容模块（5），处在框架内左侧后部，设有B插件板（6-1）；
旁路模块(4)，处在框架内前部的中间并设有接入铜排(4-1)和接出铜排(4-2)；
电压撬杠电路(7)，处在框架内后部的中间位于旁路模块(4)后；
隔离电源(14)，固定在框架后面的隔离电源固定板(15)上；
左放电电阻（17），固定在框架后面的左侧；
左水冷电阻散热器(16)，固定在左放电电阻（17）上；
左模块驱动单元（9），连接在所述的左相模块单元前端；
出水管和进水管（24和23），分别横向布置在框架后面的上下；
左相模块进水分管（12），从进水管左端接出，经框架左侧外引至前面，通过水管快速接头进入左相模块；
左相模块出水分管（13），从左相模块前面通过水管快速接头接出，经框架左侧外引至出水管左端；
左控制单元、左电源单元和左充电单元，在框架左侧从前往后依次固定。
2.根据权利要求1所述的基于IEGT的大容量变流器水冷却模块化H桥结构，其特征是：所述的箱型框架（1）底面的中间设有两纵向支承板、后面设有两横向支承板，顶面前部设有一横向加强板，所述的左电容模块（5）由两只高压大容量电容器（5-1）用夹板固定并联而成。
3.根据权利要求2所述的基于IEGT的大容量变流器水冷却模块化H桥结构，其特征是：所述的水冷系统的水管快速接头是一种仅用手即可接通或断开，断开后水不会溢出，所述的A插件板和B插件板相互电连接，所述的旁路模块(4)通过伸出铜排与相模块电连接固定。
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