CN205792235U - 逆变器功率堆栈 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种逆变器功率堆栈，其特征在于，所述逆变器功率堆栈包括三套功率单元、一套输出滤波器单元、一套直流母线电压滤波单元、一套低压控制单元、一台机芯框架、一组外部提供散热循环系统的进出水管，其中：所述三套功率单元直流侧与直流母线电压滤波单元连接，交流侧经输出滤波器单元连接外部负载设备，所述低压控制单元为系统提供逻辑控制，所述外部提供散热循环系统的进出水管连接功率单元及输出滤波器单元，该系统整体设计巧妙、结构更加紧凑，有效的减少电磁干扰等不利因素对系统造成的影响，能够更加快捷的实现快速安装维护，功率堆栈机芯各组件模块化。

Description

逆变器功率堆栈

技术领域

本实用新型涉及一种逆变器，具体涉及一种逆变器功率堆栈，属于逆变器结构部件技术领域。

背景技术

在现有技术中，申请号为CN201420283871.4的专利“一种三电平变频器水冷散热结构”虽然涉及一种大功率电气控制传动系统产品，但原方案整体结构在空间体积利用上比较低；整体结构布局比较不合理；内部各组成部分未实现模块化设计；母线电磁干扰较大；后期安装维护比较困难，因此，迫切的需要一种新的方案解决该技术问题。

发明内容

本实用新型正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种逆变器功率堆栈，该系统整体设计巧妙、结构更加紧凑，有效的减少电磁干扰等不利因素对系统造成的影响，能够更加快捷的实现快速安装维护，功率堆栈机芯各组件模块化。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下，一种逆变器功率堆栈，其特征在于，所述逆变器功率堆栈包括三套功率单元、一套输出滤波器单元、一套直流母线电压滤波单元、一套低压控制单元、一台机芯框架、一组外部提供散热循环系统的进出水管，其中：所述三套功率单元均布安装在机芯框架前侧，直流侧与直流母线电压滤波单元连接，交流侧经输出滤波器单元连接外部负载设备；所述输出滤波器单元安装在机芯框架的下侧；所述直流母线电压滤波单元安装在机芯框架后侧，所述低压控制单元安装在机芯框架顶部，为系统提供逻辑控制；所述外部提供散热循环系统的进出水管安装在机芯框架前侧下部位置，连接功率单元及输出滤波器单元。所述三套功率单元、输出滤波器单元、直流母线电压滤波单元、低压控制单元、外部提供散热循环系统的进出水管通过螺栓、导轨连接方式固定安装在机芯框架相应位置。

作为本实用新型的一种改进，所述三套功率单元采用二极管箝位式三电平拓扑原理为基础设计的单元结构；所述功率单元内部安装一块水冷板，在水冷板两侧均布四个IGBT、二个二极管功率模块，在功率模块上安装交流叠层母线，下部交流侧连接交流进出母线；水冷板为防水密封结构，外部水循环系统冷却液经过水冷板与 IGBT、二极管功率器件进行热交换达到功率器件散热需求。所述功率单元采用二极管箝位式三电平拓扑，逆变器输出电压du/dt大大降低，等效开关频率相比于两电平提高一倍（从功率器件平均开关损耗和输出电压畸变率角度），降低了功率器件开关应力，同时减小了对电机的慢性损坏。

作为本实用新型的一种改进，所述机芯框架采用C型材，在保证框架强度的基础上整体空间利用率更高。

作为本实用新型的一种改进，所述直流母线电压滤波单元由低电感直流叠层母线及电阻、电容等组成，由多个电容并联形成两组电容组分别连接在直流叠层母线正零、负零侧，平稳系统电压；2个电阻分别连接在直流叠层母线正零、负零侧，在系统停机后，快速释放电容组内储存的电能，杜绝系统内残存电能对维护人员造成伤害。而直流叠层母线采用硫化工艺，具有叠层母线低电感性能的同时，提高了母线绝缘、防尘性能。

作为本实用新型的一种改进，所述输出滤波器单元选择LC滤波方式。对于“变频器--长电缆--电机”系统，变频器输出的PWM波在变频器和电机之间的电缆上传输，必须充分考虑到长距离电缆造成的电压反射现象，以及电压反射现象带来的危害。

作为本实用新型的一种改进，所述三套功率单元交流叠层母线直流侧直接与直流母线电压滤波单元直流母线正、零、负端连接，减少二次连接等原因造成的电磁干扰等不利因素；所述功率单元交流进出母线输出侧经过输出滤波器单元连接外部负载提供安全、稳定、可控的交流输出。

作为本实用新型的一种改进，所述低压控制单元由变频器主控板、电源模组、电压传感器等元器件组成，通过特定的程序实现逆变器功率堆栈的自动化逻辑控制。变频器主控板全数字变频矢量控制器采用“DSP+FPGA”结构，以32位数字信号处理器为核心，实现：速度闭环控制、单位功率因数控制、变频矢量控制、电流闭环控制，故障诊断等功能；另外在三电平结构逆变系统中，鉴于三电平SVPWM控制方式比SPWM控制方式具有更高的直流电压利用率，可有效减小无源器件的尺寸，现已成为变频器调制算法的首选。而三电平变频器自身结构的复杂性导致其SVPWM调制算法也比两电平要复杂得多。为了兼顾控制器性能及提高系统的整体运行效率，本系统采用简化的SVPWM调制算法。

相对于现有技术，本实用新型的优点如下：1）整个系统设计巧妙，结构紧凑，该方案可以实现具有独立运行、稳定可靠、功能完整的直-交转换功能的逆变器；2）该方案实现快速安装维护、功率堆栈机芯模块化，3）该技术方案中功率单元采用二极管箝位式三电平拓扑，逆变器输出电压du/dt大大降低，等效开关频率相比于两电平提高一倍（从功率器件平均开关损耗和输出电压畸变率角度），降低了功率器件开关应力，同时减小了对电机的慢性损坏。4）直流母线电压滤波单元由低电感直流叠层母线及电阻、电容等组成，由多个电容并联形成两组电容组分别连接在直流叠层母线正零、负零侧，平稳系统电压；2个电阻分别连接在直流叠层母线正零、负零侧，在系统停机后，快速释放电容组内储存的电能，杜绝系统内残存电能对维护人员造成伤害。而直流叠层母线采用硫化工艺，具有叠层母线低电感性能的同时，提高了母线绝缘、防尘性能。5）输出滤波器单元选择LC滤波方式，对于“变频器--长电缆--电机”系统，变频器输出的PWM波在变频器和电机之间的电缆上传输，必须充分考虑到长距离电缆造成的电压反射现象，以及电压反射现象带来的危害。为此输出滤波器单元202选择LC方式滤波器。6）三套功率单元201交流叠层母线直流侧直接与直流母线电压滤波单元直流母线正、零、负端连接，减少二次连接等原因造成的电磁干扰等不利因素。功率单元输出侧经过输出滤波器单元连接外部负载提供安全、稳定、可控的交流输出，输出滤波器单元安装在强冷风道内。7）变频器主控板全数字变频矢量控制器采用“DSP+FPGA”结构，以32位数字信号处理器为核心，实现：速度闭环控制、单位功率因数控制、变频矢量控制、电流闭环控制，故障诊断等功能；另外在三电平结构逆变系统中，鉴于三电平SVPWM控制方式比SPWM控制方式具有更高的直流电压利用率，可有效减小无源器件的尺寸，现已成为变频器调制算法的首选。而三电平变频器自身结构的复杂性导致其SVPWM调制算法也比两电平要复杂得多。为了兼顾控制器性能及提高系统的整体运行效率，本系统采用简化的SVPWM调制算法。逆变器功率堆栈可以实现具有独立运行、稳定可靠、功能完整的直-交转换功能的逆变器。在空间体积利用上设计更加合理、紧凑，能够有效的实现快速安装维护、功率堆栈模块机芯化。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为功率单元结构示意图；

图中：201、三套功率单元，202、输出滤波器单元，203、直流母线电压滤波单元，204、低压控制单元，205、机芯框架。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解和认识，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述和介绍。

实施例1：参见图1，一种逆变器功率堆栈，所述逆变器功率堆栈包括三套功率单元201、一套输出滤波器单元202、一套直流母线电压滤波单元203、一套低压控制单元204、一台机芯框架205、一组外部提供散热循环系统的进出水管，其中：所述三套功率单元201均布安装在机芯框架前侧，直流侧与直流母线电压滤波单元203连接，交流侧经输出滤波器单元202连接外部负载设备；所述输出滤波器单元202安装在机芯框架205的下侧；所述直流母线电压滤波单元203安装在机芯框架205后侧，所述低压控制单元204安装在机芯框架205顶部，为系统提供逻辑控制；所述外部提供散热循环系统的进出水管安装在机芯框架前侧下部位置，连接功率单元201及输出滤波器单元202。该逆变器功率堆栈在空间体积利用上结构更加紧凑，有效的减少电磁干扰等不利因素对系统造成的影响，能够更加快捷的实现快速安装维护，功率堆栈机芯各组件模块化；实现具有独立运行、稳定可靠、功能完整的直-交转换功能的逆变器；所述三套功率单元、输出滤波器单元、直流母线电压滤波单元、低压控制单元、外部提供散热循环系统的进出水管通过螺栓、导轨连接方式固定安装在机芯框架相应位置。

实施例2：参见图1、图2，作为本实用新型的一种改进，所述三套功率单元采用二极管箝位式三电平拓扑原理为基础设计的单元结构；所述功率单元内部安装一块水冷板1，在水冷板两侧均布四个IGBT、二个二极管功率模块，在功率模块上安装交流叠层母线2，下部交流侧连接交流进出母线3；水冷板为防水密封结构，外部水循环系统冷却液经过水冷板与IGBT、二极管功率器件进行热交换达到功率器件散热需求。所述功率单元采用二极管箝位式三电平拓扑，逆变器输出电压du/dt大大降低，等效开关频率相比于两电平提高一倍（从功率器件平均开关损耗和输出电压畸变率角度），降低了功率器件开关应力，同时减小了对电机的慢性损坏。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例3：参见图1，作为本实用新型的一种改进，所述机芯框架205采用C型材，在保证框架强度的基础上整体空间利用率更高。

实施例4：参见图1，作为本实用新型的一种改进，所述直流母线电压滤波单元由低电感直流叠层母线及电阻、电容等组成，由多个电容并联形成两组电容组分别连接在直流叠层母线正零、负零侧，平稳系统电压；2个电阻分别连接在直流叠层母线正零、负零侧，在系统停机后，快速释放电容组内储存的电能，杜绝系统内残存电能对维护人员造成伤害。而直流叠层母线采用硫化工艺，具有叠层母线低电感性能的同时，提高了母线绝缘、防尘性能。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例5：参见图1，作为本实用新型的一种改进，所述输出滤波器单元选择LC滤波方式。对于“变频器--长电缆--电机”系统，变频器输出的PWM波在变频器和电机之间的电缆上传输，必须充分考虑到长距离电缆造成的电压反射现象，以及电压反射现象带来的危害。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例6：参见图1，作为本实用新型的一种改进，所述三套功率单元交流叠层母线直流侧直接与直流母线电压滤波单元直流母线正、零、负端连接，减少二次连接等原因造成的电磁干扰等不利因素；所述功率单元交流进出母线输出侧经过输出滤波器单元连接外部负载提供安全、稳定、可控的交流输出。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例7：参见图1，作为本实用新型的一种改进，所述低压控制单元由变频器主控板、电源模组、电压传感器等元器件组成，通过特定的程序实现逆变器功率堆栈的自动化逻辑控制。变频器主控板全数字变频矢量控制器采用“DSP+FPGA”结构，以32位数字信号处理器为核心，实现：速度闭环控制、单位功率因数控制、变频矢量控制、电流闭环控制，故障诊断等功能；另外在三电平结构逆变系统中，鉴于三电平SVPWM控制方式比SPWM控制方式具有更高的直流电压利用率，可有效减小无源器件的尺寸，现已成为变频器调制算法的首选。而三电平变频器自身结构的复杂性导致其SVPWM调制算法也比两电平要复杂得多。为了兼顾控制器性能及提高系统的整体运行效率，本系统采用简化的SVPWM调制算法。其余结构和优点与实施例1完全相同。

本实用新型还可以将实施里2、3、4、5、6、7所述技术特征中的至少一个与实施例1组合形成新的实施方式。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本实用新型的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本实用新型权利要求所保护的范围。

Claims (7)

1.逆变器功率堆栈，其特征在于，所述逆变器功率堆栈包括三套功率单元、一套输出滤波器单元、一套直流母线电压滤波单元、一套低压控制单元、一台机芯框架、一组外部提供散热循环系统的进出水管，其中：所述三套功率单元直流侧与直流母线电压滤波单元连接，交流侧经输出滤波器单元连接外部负载设备，所述低压控制单元为系统提供逻辑控制，所述外部提供散热循环系统的进出水管连接功率单元及输出滤波器单元，所述三套功率单元、输出滤波器单元、直流母线电压滤波单元、低压控制单元、外部提供散热循环系统的进出水管均安装在机芯框架上。

2.根据权利要求1所述的逆变器功率堆栈，其特征在于，所述三套功率单元采用二极管箝位式三电平拓扑原理为基础设计的单元结构；所述功率单元内部安装一块水冷板，在水冷板两侧均布四个IGBT、二个二极管功率模块，在功率模块上安装交流叠层母线，下部交流侧连接交流进出母线；水冷板为防水密封结构，外部水循环系统冷却液经过水冷板与IGBT、二极管功率器件进行热交换达到功率器件散热需求。

3.根据权利要求2所述的逆变器功率堆栈，其特征在于，所述机芯框架采用C型材。

4.根据权利要求3所述的逆变器功率堆栈，其特征在于，所述直流母线电压滤波单元由低电感直流叠层母线、电阻及电容组成，电容由多个电容并联分成两组分别连接在直流叠层母线正零、负零侧；两组电阻分别连接在直流叠层母线正零、负零侧。

5.根据权利要求4所述的逆变器功率堆栈，其特征在于，所述输出滤波器单元选择LC方式滤波器。

6.根据权利要求1-5任一项所述的逆变器功率堆栈，其特征在于，所述三套功率单元交流叠层母线直流侧直接与直流母线电压滤波单元直流母线正、零、负端连接，减少二次连接等原因造成的电磁干扰不利因素；所述功率单元交流进出母线输出侧经过输出滤波器单元连接外部负载提供安全、稳定、可控的交流输出。

7.根据权利要求6所述的逆变器功率堆栈，其特征在于，所述低压控制单元由变频器主控板、电源模组、电压传感器等元器件组成。