CN202906749U - 一种中压大功率变频器功率模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种中压大功率变频器功率模块，它包括一个IGCT组件位于模块前部，两个二极管组件左右对称地布置在模块后部，两组共4个箝位电容均为高压无感电容，通过母排直接安装在二极管组件上，两组共6个限流电阻均为高压低感水冷电阻，通过高压电缆连接二极管组件，高压隔离电源模块输出端与IGCT组件通过高压电缆连接；还包括两组分水管。该功率模块具有功率密度大、结构紧凑、互换性好、可靠性高和可维修性好等优点，主要应用于四象限大功率变频器。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种中压大功率变频器功率模块，它是中点箝位式三电平四象限变频器的一个功率单元。
背景技术
传统交-直-交变频器中，整流输入端常采用二极管等不控整流桥结合直流滤波电容的电路结构，其含有较丰富的低次谐波；此外，由于二极管的物理特性，能量只能单向流动，应用于位能性负载场合时，再生能量在直流母线累积，产生较高的泵升电压，造成系统无法正常工作，限制了传统变频器的应用场合。四象限变频器具有功率控制灵活、输出谐波含量小、交流侧电流正弦性更好等优点，广泛用于柔性直流输电和电力系统等领域，其研究热点是减小网侧电流谐波，降低开关器件所承受的电压和开关频率，增加其使用寿命。与两电平四象限变频器相比，三电平四象限变频器具有以下优点：每个功率器件所承受的关断电压仅为直流侧电压的一半；在同样的开关频率及控制方式下，输出电压或电流的谐波远小于两电平四象限变频器；输入侧的电流波形即使在开关频率很低时，也能保证一定的正弦度。因此，对于三电平四象限大功率变频器的研制很有必要。
实用新型内容
为了克服传统交-直-交变频器及两电平四象限变频器应用上的局限性，本实用新型提供一种中压大功率变频器功率模块，具有结构紧凑、功率密度大、互换性好等特点，在保证可靠性及可维修性的前提下，能用作三电平四象限大功率变频器功率模块。
本实用新型通过以下技术方案实现：
一种中压大功率变频器功率模块，其特征在于，它包括一个IGCT组件位于模块前部，两个二极管组件左右对称地布置在模块后部，两组共4个箝位电容均为高压无感电容，通过母排直接安装在二极管组件上，两组共6个限流电阻均为高压低感水冷电阻，通过高压电缆连接二极管组件，高压隔离电源模块输出端与IGCT组件通过高压电缆连接；还包括两组分水管：一组为进水管，另一组为出水管；进水管与功率组件的水冷换热器和限流电阻连接。
所述IGCT组件由上至下由组件上底板、水冷散热器、IGCT、绝缘子和组件下底板压装而成。
所述二极管组件由上至下由组件上底板、水冷散热器、二极管、绝缘子和组件下底板压装而成。
所述的高压隔离电源模块输入端通过电缆与外部220V的工频交流电源连接，功率组件中的IGCT驱动板通过光纤与外部电路连接，同时状态信号通过光纤连接方式反馈给外部电路。
所述的进水管的一端通过水嘴用细软管与功率组件中的水冷散热器和限流电阻连接，另外一端通过宝塔接头用带快插接头的软管与水路中的主水管相连。
所述的限流电阻与功率组件用16mm2高压电缆连接，高压隔离电源模块输出端与IGCT组件中的IGCT驱动板用1mm2高压电缆连接。
对本实用新型的技术方案、原理和效果说明如下：所述的功率模块作为整流器时，输入输出母排为输入端；当模块作为逆变器时，输入输出母排为输出端；输入输出母排与电源模块安装位置可以左右调换，使得模块在柜体中的安装位置更灵活，且减少了备件模块数量。
本实用新型所提供的功率模块通过一对精密重载荷滑轨及托板安装在柜体内，滑轨固定在托板外侧，模块安装在托板上；安装维修时，只需将模块从柜体中拉出，将框架与托板间的连接螺栓松开即可。
本实用新型所提供的功率模块用作逆变器，输入端用二极管整流器时，可以组成普通三电平变频器；当该功率模块同时用作整流器时和逆变器时，可构成三电平四象限变频器。
本实用新型的功率模块具有功率密度大、结构紧凑、互换性好、可靠性高和可维修性好等优点，具体而言，有以下特点：
1、功率模块中水冷系统和结构设计巧妙的结合起来，实现了分支水管和功率组件的一体化设计，同时模块组件采用独特的stack压装技术，使模块结构变得更加紧凑。
2、功率模块通过精密高强度滑轨及托板与柜体连接，安装维修时，只需将模块从柜体中拉出，松开框架与托板间的连接螺栓即可，模块更换简便。
3、功率模块中输入输出母排与电源模块安装位置可以左右调换，使得模块在柜体中的安装位置更灵活，变频器中功率柜的匹配组合也更方便，且减少了备件模块数量。
附图说明
图1是四象限三电平变频器主回路原理图；
图2是功率模块的主视图；
图3是功率模块的俯视图；
图4是IGCT组件2压装结构图；
图5是二极管组件4压装结构图；
图6是二极管组件11压装结构图。
图中各图号的构件名称为：1—模块框架，2—IGCT组件， 3—箝位电容，4、11—二极管组件，5—分水管，6—托板，7—母排，8—限流电阻，9—高压隔离电源模块，10—重载荷滑轨，21、41、111—组件上底板，22、42、112—水冷散热器，23—IGCT，43、113—二极管，24、44、114—绝缘子，25、45、115—组件下底板。
具体实施方式
结合附图和实施例对功率模块的工作过程说明如下：
如图1~6所示，一种中压大功率变频器功率模块，它有一个IGCT组件2位于模块前部，两个二极管组件4,11左右对称地布置在模块后部，两组共4个箝位电容3均为高压无感电容，通过母排7直接安装在二极管组件4,11上，两组共6个限流电阻8均为高压低感水冷电阻，通过高压电缆连接二极管组件4,11，高压隔离电源模块9输出端与IGCT组件2通过高压电缆连接；还包括两组分水管5：一组为进水管，另一组为出水管；进水管5与功率组件2,4,11的水冷换热器22,42,112和限流电阻8连接。所述IGCT组件2由上至下由组件上底板21、水冷散热器22、IGCT23、绝缘子24和组件下底板25压装而成。所述二极管组件4,11由上至下由组件上底板41，111、水冷散热器42，112、二极管43，113、绝缘子44，114和组件下底板45，115压装而成。所述高压隔离电源模块9输入端通过电缆与外部220V工频交流电源连接，IGCT组件2中的IGCT驱动板通过光纤与外部电路连接，同时状态信号通过光纤连接方式反馈给外部电路。所述的进水管5的一端通过水嘴用细软管与功率组件2、4、11中的水冷散热器22,42,112和限流电阻8连接，另外一端通过宝塔接头用带快插接头的软管与水路中的主水管相连。所述的限流电阻(8)与二极管组件4、11用16mm2高压电缆连接，高压隔离电源模块9输出端与IGCT组件2中的IGCT驱动板用1mm2高压电缆连接。
单个功率模块装配完成后，由六组该模块以共直流母线的连接方式组成一种中点箝位式三电平四象限逆变器。网侧交流电从输入母排进入并联的功率模块，经功率模块整流及直流支撑电容后，由柜体内公共直流母线提供给作为逆变器的各功率模块。功率模块后部有正、负、中点三组母排，它们作为整流器的输出端和逆变器的输入端与直流母线连接。逆变后的电流通过功率模块的输出母排输出，经滤波后给负载电机供电。
功率模块中，高压隔离电源模块9输入端通过电缆与外部220V的工频交流电源连接，给IGCT提供驱动电源。功率组件中的IGCT驱动板通过光纤与外部控制电路连接，接受控制信号，同时其状态信号通过光纤反馈给外部控制电路。IGCT本身就是一个集成的器件，包括晶闸管和驱动板，是一体化器件。
功率器件IGCT和二极管由水冷散热器22,42,112双面冷却，散热器既导电又散热。水冷柜中的冷却水经水泵加压后进入各功率柜中的主水管，由功率模块中的分水管经细软管分散给各水冷散热器和限流电阻。冷却水在散热器中完成热交换后汇聚到另一根分水管，经另一根主水管回到水冷柜。
进一步说明本实用新型的技术参数和效果如下：
采用本功率模块的三电平四象限大功率变频器，其直流侧母线电压可达6000V，输入输出侧电压可达3300V，通过功率单元并联等多种形式的模块匹配组合，可以满足多种不同功率等级四象限变频器的要求。
本实用新型权利要求保护范围不限于上述实施例。
Claims (6)
1.一种中压大功率变频器功率模块，其特征在于，它包括一个IGCT组件（2）位于模块前部，两个二极管组件（4,11）左右对称地布置在模块后部，两组共4个箝位电容（3）均为高压无感电容，通过母排（7）直接安装在二极管组件（4,11）上，两组共6个限流电阻（8）均为高压低感水冷电阻，通过高压电缆连接二极管组件（4,11），高压隔离电源模块（9）输出端与IGCT组件（2）通过高压电缆连接；还包括两组分水管（5）：一组为进水管，另一组为出水管；进水管(5)与功率组件（2,4,11）的水冷换热器(22,42,112)和限流电阻(8)连接。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述IGCT组件（2）由上至下由组件上底板（21）、水冷散热器（22）、IGCT（23）、绝缘子（24）和组件下底板（25）压装而成。
3.根据权利要求1或2所述的功率模块，其特征在于，所述二极管组件（4,11）由上至下由组件上底板（41，111）、水冷散热器（42，112）、二极管（43，113）、绝缘子（44，114）和组件下底板（45，115）压装而成。
4.根据权利要求1或2所述的功率模块，其特征在于，所述高压隔离电源模块(9)输入端通过电缆与外部220V工频交流电源连接，IGCT组件(2)中的IGCT驱动板通过光纤与外部电路连接，同时状态信号通过光纤连接方式反馈给外部电路。
5.根据权利要求1或2所述的功率模块，其特征在于，所述的进水管(5)的一端通过水嘴用细软管与功率组件(2、4、11)中的水冷散热器(22,42,112)和限流电阻(8)连接，另外一端通过宝塔接头用带快插接头的软管与水路中的主水管相连。
6.根据权利要求1或2所述的功率模块，其特征在于，所述的限流电阻(8)与二极管组件(4、11)用16mm2高压电缆连接，高压隔离电源模块(9)输出端与IGCT组件(2)中的IGCT驱动板用1mm2高压电缆连接。
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- 2012-11-27 CN CN 201220635669 patent/CN202906749U/zh not_active Expired - Lifetime
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