RU2190919C2 - Power circuit of electric power inverter - Google Patents
Power circuit of electric power inverter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2190919C2 RU2190919C2 RU99109135A RU99109135A RU2190919C2 RU 2190919 C2 RU2190919 C2 RU 2190919C2 RU 99109135 A RU99109135 A RU 99109135A RU 99109135 A RU99109135 A RU 99109135A RU 2190919 C2 RU2190919 C2 RU 2190919C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conductor
- electric
- terminal
- output
- terminals
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к силовой цепи электрического силового преобразователя, который с помощью полупроводниковых устройств преобразует постоянный ток в переменный и переменный ток в постоянный и предназначен для промышленного использования в различных целях, в том числе и на железнодорожном транспорте. The invention relates to a power circuit of an electric power converter, which, using semiconductor devices, converts direct current into alternating current and alternating current into direct current and is intended for industrial use for various purposes, including in railway transport.
В силовой цепи электрического силового преобразователя можно использовать самые различные по конструкции полупроводниковые устройства. Полупроводниковое устройство, используемое в силовой цепи предлагаемого в настоящем изобретении преобразователя, выполнено в виде полупроводникового модуля, у которого вывод или выводы коллектора и вывод или выводы эмиттера расположены на одной и той же стороне модуля и залиты соответствующим герметиком в одно целое с остальными элементами модуля. In the power circuit of an electric power converter, a variety of semiconductor devices in design can be used. The semiconductor device used in the power circuit of the converter of the present invention is made in the form of a semiconductor module, in which the collector terminal or conclusions and the emitter terminal or conclusions are located on the same side of the module and are filled with the corresponding sealant in one piece with the rest of the module elements.
В качестве соединительных проводников в силовой цепи электрического силового преобразователя используются обычно длинные и узкие токопроводящие шины или соединительные провода, как это описано в JP 1-160373 (1989). As the connecting conductors in the power circuit of an electric power converter, usually long and narrow conductive busbars or connecting wires are used, as described in JP 1-160373 (1989).
Из-за большой индуктивности схемы соединений в таких силовых цепях возникает серьезная проблема, заключающаяся в резком возрастании, или броске, тока и напряжения при включении и выключении полупроводникового устройства. Due to the large inductance of the wiring diagram in such power circuits, a serious problem arises consisting in a sharp increase, or inrush, of the current and voltage when turning on and off a semiconductor device.
Для защиты полупроводникового устройства от таких бросков тока и напряжения к нему приходиться подключать имеющее большую емкость сглаживающее устройство, которое, как очевидно, увеличивает габариты аппаратуры. To protect the semiconductor device from such inrush currents and voltages, it is necessary to connect a smoothing device with a large capacity, which, obviously, increases the dimensions of the equipment.
Одним из известных способов снижения индуктивности схемы соединений является использование специальной схемы соединений, которую иногда называют схемой с параллельными плоскими пластинчатыми шинами и в которой шины с противоположным направлением течения тока расположены рядом друг с другом. One of the known ways to reduce the inductance of the circuitry is to use a special circuitry, sometimes called a circuit with parallel flat plate tires and in which buses with the opposite direction of current flow are located next to each other.
Преимущество такой схемы соединений с параллельными плоскими пластинчатыми шинами состоит в том, что изменения магнитного потока в шинах с противоположным направлением течения тока взаимно компенсируют друг друга и не проявляются на выходе схемы. The advantage of such a connection scheme with parallel flat plate tires is that changes in the magnetic flux in the tires with the opposite direction of the current flow mutually cancel each other out and do not appear at the output of the circuit.
Различные способы выполнения таких электрических соединений раскрыты в JP 7-131981 (1995), 9-47036 (1997), 6-327266 (1994), 7-245951 (1995) и 9-70184 (1997). Various methods for making such electrical connections are disclosed in JP 7-131981 (1995), 9-47036 (1997), 6-327266 (1994), 7-245951 (1995) and 9-70184 (1997).
В описанных в этих публикациях электрических соединениях с пониженной индуктивностью, расположенные рядом друг с другом плоские пластинчатые шины, образующие схему соединений с параллельными плоскими пластинчатыми шинами, отделены друг от друга слоем изоляции. In the low-inductance electrical connections described in these publications, flat plate busbars adjacent to each other forming a circuit diagram with parallel flat plate busbars are separated from each other by an insulation layer.
В таких схемах соединений обычно используются крепежные элементы или болты, соединяющие выводы полупроводникового устройства с соответствующими шинами, для установки которых в плоских шинах и в слоях изоляции необходимо выполнять сквозные отверстия. In such connection schemes, fasteners or bolts are usually used that connect the terminals of the semiconductor device to the respective tires, for which through holes must be made in flat tires and in insulation layers.
Для надежной изоляции такого соединительного болта, которая зависит от величины зазора между болтом и внутренней поверхностью отверстия в шине, диаметр этого отверстия должен быть достаточно большим. Уменьшение ширины шины при увеличении диаметра отверстия сопровождается повышенной концентрацией тока в этом месте шины и не позволяет обеспечить необходимую величину импеданса в таких местах схемы. For reliable isolation of such a connecting bolt, which depends on the size of the gap between the bolt and the inner surface of the hole in the tire, the diameter of this hole should be large enough. Reducing the width of the tire with increasing diameter of the hole is accompanied by an increased concentration of current in this place of the bus and does not allow to provide the necessary value of the impedance in such places of the circuit.
При нанесении изоляции на внутреннюю поверхность отверстия его диаметр можно уменьшить, однако при этом для изоляции определенного сечения проводника приходиться не только усложнять конструкцию самого проводника, но и использовать для этого специальный изоляционный материал. When applying insulation to the inner surface of the hole, its diameter can be reduced, however, in order to isolate a certain section of the conductor, you have to not only complicate the design of the conductor itself, but also use special insulating material for this.
С другой стороны, известно, что индуктивность схемы соединений можно уменьшить в известных пределах и за счет уменьшения расстояния между соседними электрическими проводниками. Известно, в частности, что при уменьшении расстояния между проводниками с 10 до 1 см индуктивность схемы соединений снижается весьма значительно, однако при уменьшении расстояния между проводниками с 1 см до 1 мм индуктивность схемы соединений практически не меняется. On the other hand, it is known that the inductance of the circuit can be reduced within certain limits and by reducing the distance between adjacent electrical conductors. It is known, in particular, that when the distance between the conductors is reduced from 10 to 1 cm, the inductance of the wiring diagram decreases quite significantly, however, when the distance between the conductors is reduced from 1 cm to 1 mm, the inductance of the wiring diagram does not practically change.
Иными словами, для снижения индуктивности схемы соединений за счет уменьшения расстояния между проводниками это расстояние не нужно уменьшать в максимально возможной степени, а достаточно уменьшить его, в частности, до толщины изолирующей пластины. In other words, in order to reduce the inductance of the wiring diagram by reducing the distance between the conductors, this distance does not need to be reduced as much as possible, but it is enough to reduce it, in particular, to the thickness of the insulating plate.
В описанных в JP 4-133669 (1992) и 6-225545 (1994) конструкциях, в которых используется плоский соединительный проводник без отверстия под соединительный болт, упомянутая выше проблема, связанная с необходимостью изоляции сквозного отверстия, отсутствует, при этом, однако возникает другая проблема, обусловленная необходимостью изгиба проводника. In the constructions described in JP 4-133669 (1992) and 6-225545 (1994), which use a flat connecting conductor without a hole for the connecting bolt, the above problem associated with the need to insulate the through hole is absent, however, however, another a problem due to the need to bend the conductor.
В JP 6-225545 (1994) упоминается также о наличии между электрическими проводниками не пропускающей электрический ток керамики, возможность применения которой весьма ограничена. JP 6-225545 (1994) also mentions the presence of ceramic that does not allow electric current to pass between the electrical conductors, the possibility of using which is very limited.
В JP 5-292756 (1993), 6-38507 (1994) и 9-117126 (1997) описан еще один способ снижения индуктивности схемы соединений полупроводниковых устройств силовой цепи с емкостным фильтром или фильтрами. JP 5-292756 (1993), 6-38507 (1994) and 9-117126 (1997) describe yet another way to reduce the inductance of the circuitry of semiconductor power circuit devices with a capacitive filter or filters.
В этих заявках описана схема соединений с параллельными плоскими шинами, в которой вывод полупроводникового устройства соединяется с электрическим проводником через отверстие в изолирующем слое, который отделяет одни электрические проводники от других. These applications describe a parallel flat bus connection diagram in which a semiconductor device terminal is connected to an electrical conductor through an opening in an insulating layer that separates one electrical conductor from another.
Однако в конструкции, имеющей упомянутое выше сквозное отверстие, для того, чтобы расстояние от электрического проводника со сквозным отверстием до вывода полупроводникового устройства, соединенного с другим электрическим проводником через сквозное отверстие, могло обеспечить необходимую изоляцию проводников, это отверстие должно быть достаточно большим. При большом диаметре отверстия в суженном месте проводника, где выполнено это отверстие, происходит концентрация тока, которая требует решения достаточно сложной задачи, связанной с тем, что импеданс на этом участке схемы должен иметь вполне определенное значение. However, in the structure having the through hole mentioned above, in order for the distance from the electrical conductor with the through hole to the output of the semiconductor device connected to the other electrical conductor through the through hole to provide the necessary insulation of the conductors, this hole should be large enough. With a large diameter of the hole in the narrowed place of the conductor where this hole is made, a current concentration occurs, which requires the solution of a rather complicated problem, related to the fact that the impedance in this section of the circuit must have a definite value.
При нанесении изоляции на внутреннюю поверхность сквозного отверстия его диаметр можно уменьшить, однако при этом для изоляции определенного сечения проводника приходиться и усложнять конструкцию самого проводника, и использовать для этого специальный изоляционный материал. When applying insulation to the inner surface of the through hole, its diameter can be reduced, however, to isolate a certain section of the conductor, it is necessary to complicate the design of the conductor itself and use special insulation material for this.
Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача снизить индуктивность электрического соединения и создать имеющую простую конструкцию силовую цепь электрического преобразователя мощности. Based on the foregoing, the present invention was based on the task of reducing the inductance of an electrical connection and to create a power circuit of an electric power converter having a simple construction.
Задачей настоящего изобретения является также снижение индуктивности схемы соединений, соединяющей емкостной фильтр или фильтры с полупроводниковыми устройствами силовой цепи. An object of the present invention is also to reduce the inductance of a connection circuit connecting a capacitive filter or filters with semiconductor power circuit devices.
Предлагаемое в настоящем изобретении решение позволяет использовать в силовой цепи малогабаритное сглаживающее устройство или же вообще отказаться от использования такого устройства, которое можно считать необязательным для использования. The solution proposed in the present invention allows the use of a small-sized smoothing device in the power circuit, or even eliminates the use of such a device, which can be considered optional for use.
Указанные выше задачи решаются согласно изобретению с помощью силовой схемы, особенности выполнения которой описаны ниже. The above tasks are solved according to the invention using a power circuit, the implementation of which is described below.
Предлагаемая в изобретении силовая схема электрического силового преобразователя содержит по крайней мере два полупроводниковых модуля для одной фазы переменного тока, плюсовый электрический проводник (электрический П-проводник), соединяющий коллекторный вывод (ПК-вывод) одного из полупроводниковых модулей с плюсовой клеммой силового источника постоянного тока, минусовый электрический проводник (электрический М-проводник), соединяющий эмиттерный вывод (ПЭ-вывод) одного из полупроводниковых модулей с минусовой клеммой силового источника постоянного тока, и электрический проводник переменного тока (электрический ПТ-проводник), соединяющий эмиттерный вывод (ПЭ-вывод) одного из полупроводниковых модулей и коллекторный вывод (МК-вывод) другого полупроводникового модуля с линией переменного тока, при этом плюсовый электрический проводник, минусовый электрический проводник и электрический проводник переменного тока выполнены в виде плоских шин, которые, будучи изолированными друг от друга, крепятся к модулям в определенном порядке, который определяется расположением выводов полупроводниковых модулей, и в этой силовой схеме при расположении коллекторного вывода (ПК-вывод), эмиттерного вывода (ПЭ-вывод), второго коллекторного вывода (МК-вывод) и второго эмиттерного вывода (МЭ-вывод) полупроводниковых модулей в одну линию в такой последовательности плюсовый электрический проводник (электрический П-проводник), электрический проводник переменного тока (электрический ПТ-проводник) и минусовый электрический проводник (электрический М-проводник) располагаются относительно полупроводниковых модулей в такой или обратной последовательности. The power circuit of an electric power converter according to the invention comprises at least two semiconductor modules for one phase of alternating current, a positive electric conductor (electric P-conductor) connecting the collector terminal (PC output) of one of the semiconductor modules to the positive terminal of the DC power source , negative electrical conductor (electric M-conductor) connecting the emitter terminal (PE terminal) of one of the semiconductor modules with the negative terminal of the power source a direct current nickel, and an alternating current electrical conductor (electrical PT-conductor) connecting the emitter terminal (PE terminal) of one of the semiconductor modules and the collector terminal (MK terminal) of another semiconductor module with an alternating current line, wherein the positive electric conductor, the negative electric conductor and the AC electric conductor are made in the form of flat buses, which, being isolated from each other, are attached to the modules in a certain order, which is determined by the location the conclusions of the semiconductor modules, and in this power circuit when the collector output (PC-output), emitter output (PE-output), the second collector output (MK-output) and the second emitter output (ME-output) of the semiconductor modules in one line in of this sequence, the positive electric conductor (electric P-conductor), the electric AC conductor (electric PT-conductor) and the negative electric conductor (electric M-conductor) are located relative to the semiconductor modules in such th or reverse sequence.
В выполненной таким образом силовой схеме при соединении одного электрического проводника с выводом полупроводникового модуля с помощью болта в другом электрическом проводнике сквозное отверстие можно не предусматривать. In the power circuit constructed in this way, when connecting one electrical conductor to the terminal of the semiconductor module with a bolt in another electrical conductor, a through hole may not be provided.
В настоящем изобретении предлагается также конструкция силовой схемы силового электрического преобразователя с несколькими объединенными друг с другом полупроводниковыми модулями, в которой имеется плюсовая клемма и минусовая клемма, через которые схема соединена с линией постоянного тока, и клемма переменного тока, через которую схема соединена с линией переменного тока, и емкостной фильтр или фильтры, включенный в схему между плюсовой клеммой и минусовой клеммой через плюсовый электрический проводник и минусовый электрический проводник, и в которой плюсовый электрический проводник и минусовый электрический проводник выполнены в виде плоских пластинчатых шин с соединительными участками, расположенными в их противоположных углах, плюсовый электрический проводник и минусовый электрический проводник расположены параллельно друг другу и линии тока, соединяющие клеммы плюсового электрического проводника, пересекают друг друга, одни из клемм плюсового электрического проводника и минусового электрического проводника соединены с емкостным фильтром или фильтрами, а другие клеммы плюсового электрического проводника и минусового электрического проводника соединены соответственно с плюсовой и минусовой клеммами силовой схемы. The present invention also provides a power circuit design of a power electric converter with several semiconductor modules connected to each other, in which there is a positive terminal and a negative terminal through which the circuit is connected to the direct current line and an alternating current terminal through which the circuit is connected to the alternating line current, and a capacitive filter or filters included in the circuit between the positive terminal and the negative terminal through the positive electric conductor and the negative electric a water conductor, and in which the positive electric conductor and the negative electric conductor are made in the form of flat plate tires with connecting sections located at their opposite corners, the positive electric conductor and the negative electric conductor are parallel to each other and the current lines connecting the terminals of the positive electric conductor intersect each other, one of the terminals of the positive electric conductor and the negative electric conductor connected to a capacitive filter or filters, and the other terminals of the positive electrical conductor and the negative electrical conductor are connected respectively to the positive and negative terminals of the power circuit.
Ниже изобретение более подробно поясняется описанием примеров нескольких вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны:
на фиг. 1 - вид сбоку первого варианта выполнения предлагаемого в настоящем изобретении силового преобразователя,
на фиг. 2 - электрическая схема одной из фаз силового преобразователя, конструктивное выполнение которой показано на фиг.1,
на фиг. 3А, 3Б, 3В - изображения плюсового электрического проводника, электрического проводника переменного тока и минусового электрического проводника силового преобразователя, показанного на фиг.1,
на фиг. 4А, 4Б - виды сбоку второго варианта выполнения предлагаемого в настоящем изобретении силового преобразователя,
на фиг. 5А, 5Б - виды сбоку и сверху третьего варианта выполнения предлагаемого в настоящем изобретении силового преобразователя,
на фиг. 6А - вид сверху четвертого варианта предлагаемого в настоящем изобретении силового преобразователя,
на фиг.6Б - вид сбоку силового преобразователя по фиг.6А,
на фиг.6В - вид силового преобразователя по фиг.6А с другой стороны,
на фиг. 7 - электрическая схема одной из фаз трехуровневого электрического силового преобразователя,
на фиг.8А - вид сверху пятого варианта выполнения предлагаемого в настоящем изобретении силового преобразователя, на котором изображена одна из фаз трехуровневого электрического силового преобразователя, вид сбоку которого с разных сторон показан на фиг. 8Б и 8В,
на фиг. 9А, 9Б, 9В - изображение минусового электрического проводника, второго находящегося под промежуточным напряжением электрического проводника, плюсового проводника, первого находящегося под промежуточным напряжением электрического проводника и находящегося под промежуточным напряжением электрического проводника,
на фиг. 10А, 10Б - вид спереди и вид сбоку шестого варианта выполнения предлагаемого в настоящем изобретении силового преобразователя,
на фиг. 11А, 11Б - изображение распределения тока в плюсовом электрическом проводнике 72 и минусовом электрическом проводнике 73 в силовом преобразователе по фиг.10А, 10Б,
на фиг. 12 - изображение плюсового электрического проводника 25 и минусового электрического проводника 35, выполненных по седьмому варианту, и
на фиг. 13А, 13Б - изображение распределения тока в плюсовом электрическом проводнике 25 и минусовом электрическом проводнике 35, которые показаны на фиг.12.Below the invention is explained in more detail by describing examples of several options for its implementation with reference to the accompanying drawings, which show:
in FIG. 1 is a side view of a first embodiment of a power converter according to the present invention,
in FIG. 2 is an electrical diagram of one of the phases of a power converter, the structural implementation of which is shown in figure 1,
in FIG. 3A, 3B, 3B are images of a positive electric conductor, an alternating current electric conductor, and a negative electric conductor of the power converter shown in FIG. 1,
in FIG. 4A, 4B are side views of a second embodiment of a power converter according to the present invention,
in FIG. 5A, 5B are side and top views of a third embodiment of a power converter proposed in the present invention,
in FIG. 6A is a plan view of a fourth embodiment of a power converter of the present invention,
on figb is a side view of the power Converter of figa,
on figv is a view of the power converter of figa on the other hand,
in FIG. 7 is an electrical diagram of one of the phases of a three-level electric power converter,
on figa is a top view of a fifth embodiment of the power converter proposed in the present invention, which shows one of the phases of a three-level electric power converter, a side view of which is shown from different sides in FIG. 8B and 8B,
in FIG. 9A, 9B, 9B is an image of a negative electric conductor, a second under an intermediate voltage of an electrical conductor, a positive conductor, a first under an intermediate voltage of an electric conductor and under an intermediate voltage of an electric conductor,
in FIG. 10A, 10B is a front view and a side view of a sixth embodiment of a power converter according to the present invention,
in FIG. 11A, 11B is an image of the current distribution in the positive
in FIG. 12 is an image of a positive
in FIG. 13A, 13B is an image of a current distribution in a positive
Указанные выше чертежи используются для описания различных вариантов выполнения изобретения. Во всех этих вариантах в полупроводниковом модуле используется биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ). Помимо такого транзистора в полупроводниковом модуле в предлагаемых в изобретении силовых преобразователях можно использовать и другие транзисторы, например, транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник (МОП-структурой) или другой биполярный транзистор. The above drawings are used to describe various embodiments of the invention. All of these options use an insulated gate bipolar transistor (IGBT) in the semiconductor module. In addition to such a transistor in a semiconductor module, other transistors can be used in the power converters of the invention, for example, a metal-oxide-semiconductor (MOS) transistor or other bipolar transistor.
На фиг. 1, иллюстрирующей первый вариант выполнения предлагаемого в изобретении электрического силового преобразователя, показан вид сбоку конструкции одной из его фаз. In FIG. 1, illustrating a first embodiment of an electric power converter according to the invention, a side view of one of its phases is shown.
Позицией 1 на этом чертеже обозначен плюсовый БТИЗ-модуль, позицией 2 обозначен минусовый БТИЗ-модуль, позицией 3 обозначен плюсовый электрический проводник (называемый в дальнейшем П-проводником), позицией 4 обозначен проводник переменного тока (называемый в дальнейшем ПТ-проводником), позицией 5 обозначен минусовый проводник (называемый в дальнейшем М-проводником), позициями 6-9 обозначены болты, а позициями 10-13 обозначены распорные втулки выводов.
Коллекторный вывод БТИЗ-модуля 1 обозначен как ПК, а его эмиттерный вывод - как ПЭ. Аналогичным образом коллекторный и эмиттерный выводы БТИЗ-модуля 2 обозначены как МК и МЭ соответственно. The collector output of the
В этом варианте плюсовый и минусовый БТИЗ-модули одной фазы силового преобразователя соединены с электрическими проводниками по схеме, показанной на фиг.2, а их коллекторные и эмиттерные выводы лежат на одной линии. In this embodiment, the plus and minus IGBT modules of one phase of the power converter are connected to the electrical conductors according to the circuit shown in FIG. 2, and their collector and emitter terminals are on the same line.
На фиг.2 показана электрическая схема одной фазы электрического преобразователя, который работает либо как инвертор и преобразует постоянный ток в переменный, либо как выпрямитель и преобразует переменный ток в постоянный. Figure 2 shows the electrical circuit of one phase of an electric converter, which operates either as an inverter and converts direct current into alternating current, or as a rectifier and converts alternating current into direct current.
В показанной на фиг.2 схеме плюсовый электрический проводник 3 соединен с положительным полюсом источника постоянного тока (и с показанным на фиг.2 емкостным фильтром 71) и с ПК-выводом БТИЗ-модуля 1, электрический проводник 4 переменного тока соединен с не показанной на схеме линией переменного тока и с ПЭ-выводом БТИЗ-модуля 1 и с МК-выводом БТИЗ-модуля 2, а минусовой электрический проводник 5 соединен с отрицательным полюсом источника постоянного тока (и соответственно с показанным на фиг. 2 емкостным фильтром 71) и с МЭ-выводом БТИЗ-модуля 2. In the circuit shown in FIG. 2, the positive
Электрический проводник, который на фиг.1 расположен ближе к БТИЗ-модулям 1 и 2, условно называется нижним слоем схемы соединений, а проводник, расположенный на максимальном расстоянии от них, называется верхним слоем схемы соединений. The electrical conductor, which in Fig. 1 is closer to the
В электрическом преобразователе, показанном на фиг. 1, в нижнем слое расположен плюсовый электрический проводник 3, который соединен с ПК-выводом БТИЗ-модуля 1 через болт 6 и распорную втулку 10. In the electrical converter shown in FIG. 1, in the lower layer there is a positive
В этом устройстве болт 6 и распорная втулка 10 являются электрическими проводниками и должны обеспечивать не только электрическое соединение ПК-вывода модуля с плюсовым электрическим проводником 3, но и механическое крепление этого плюсового электрического проводника 3. In this device, the
Непосредственно над плюсовым электрическим проводником 3 расположен электрический проводник 4 переменного тока. При этом расстояние между плюсовым электрическим проводником 3 и электрическим проводником 4 переменного тока больше высоты головки болта 6. Directly above the positive
Такое расположение электрического проводника 4 переменного тока исключает необходимость выполнения в нем отверстия под болт 6. This arrangement of the
Электрический проводник 4 переменного тока электрически и механически соединен с ПЭ-выводом БТИЗ-модуля 1 болтом 7 через распорную втулку 11 и с МК-выводом БТИЗ-модуля 2 болтом 8 через распорную втулку 12. The
Минусовый электрический проводник 5 расположен над электрическим проводником 4 переменного тока выше головок болтов 7 и 8 и электрически и механически соединен с МЭ-выводом БТИЗ-модуля 2 болтом 9 через распорную втулку 13. The minus
Такое расположение минусового электрического проводника 5 исключает необходимость выполнения в нем отверстий под головки болтов 7 и 8. This arrangement of the negative
В электрическом преобразователе, показанном на фиг. 1, использован следующий, начиная от нижнего слоя схемы, порядок расположения электрических проводников: плюсовый электрический проводник 3, электрический проводник 4 переменного тока и минусовый электрический проводник 5. In the electrical converter shown in FIG. 1, the following order has been used, starting from the bottom layer of the circuit, the arrangement of electrical conductors: a positive
Следует также заметить, что с точки зрения снижения индуктивности схемы соединений такой же эффект может быть получен и при другом взаимном расположении образующих ее электрических проводников, т.е. при расположении в нижнем слое схемы минусового электрического проводника 5, в промежуточном слое - электрического проводника 4 переменного тока, а в верхнем слое - плюсового электрического проводника 3. It should also be noted that from the point of view of reducing the inductance of the wiring diagram, the same effect can be obtained with a different mutual arrangement of the electrical conductors forming it, i.e. when the minus
При этом, однако, необходимо учитывать, что расположение в верхнем слое схемы соединений плюсового электрического проводника 3 легко может привести при попадании на этот проводник постороннего предмета к короткому замыканию схемы. In this case, however, it must be borne in mind that the location in the upper layer of the connection diagram of a positive
Поэтому с этой точки зрения в самом верхнем слое схемы предпочтительно расположить не плюсовый, а минусовый электрический проводник 5. Therefore, from this point of view, it is preferable to arrange in the uppermost layer of the circuit not the plus, but the minus
В электрическом преобразователе, показанном на фиг.1, электрические проводники 3, 4, 5 выполнены в виде плоских шин, а выводы БТИЗ-модулей 1 и 2 расположены на их верхней стороне. In the electrical converter shown in FIG. 1, the
Очевидно, что из нескольких размещенных рядом друг с другом практически без зазора поперечно ориентированных преобразователей, изображенных на фиг. 1, можно собрать многофазный силовой электрический преобразователь очень небольшого размера. Obviously, from several transversely oriented transducers depicted in FIG. 1, it is possible to assemble a very small size multiphase power transducer.
На фиг.3А, 3Б, 3В показана форма электрических проводников 3, 4, 5, используемых в преобразователе, изображенном на фиг.1 (в плане с той стороны модулей, на которой расположены их выводы). Все эти проводники выполнены в виде плоских шин с отверстиями 32, 42, 43, 52 под болты 6-9, которыми они крепятся к соответствующим выводам БТИЗ-модулей. On figa, 3B, 3B shows the shape of the
Кроме того, в верхней части электрических проводников 3, 4, 5 имеются выходные клеммы соответственно 30, 40 и 50 с отверстием под соединительный болт, с помощью которых соответствующий проводник соединяется с не показанной на чертеже внешней схемой. In addition, in the upper part of the
Предлагаемая в этом варианте изобретения силовая цепь, схема соединений которой образована параллельными плоскими пластинчатыми электрическими проводниками 3, 4, 5, обладает по сравнению с обычной силовой цепью, схема соединений которой образована длинными и узкими проводниками, существенно меньшей индуктивностью. The power circuit proposed in this embodiment of the invention, the connection diagram of which is formed by parallel flat plate-like
Кроме того, из-за отсутствия в электрических проводниках 4, 5 сквозных отверстий под головки болтов 6, 7, 8 дополнительная изоляция этих участков проводников становится излишней. In addition, due to the lack of through holes in the
Электрические проводники 3, 4, 5 очень просты по конструкции, т.к. вырубаются из плоской пластины, в которой сверлится крепежное отверстие, по этой причине имеют низкую стоимость изготовления и существенно облегчают процесс сборки преобразователя.
Следует также обратить внимание и на то, что в предлагаемом преобразователе выходные клеммы всех электрических проводников (электрического М-проводника, электрического П-проводника и ПТ-проводника) расположены, если смотреть на них сверху, начиная слева, в определенном порядке относительно друг друга, как это показано на фиг.3. It should also be noted that in the proposed converter, the output terminals of all electrical conductors (electrical M-conductor, electrical P-conductor and PT-conductor) are located when viewed from above, starting from the left, in a certain order relative to each other, as shown in figure 3.
Расположенные в такой схеме рядом и друг против друга выходные клеммы электрических М- и П-проводников позволяют значительно снизить индуктивность схемы и обеспечить необходимую стабилизацию тока. The output terminals of the electric M- and P-conductors located next to and against each other in such a circuit can significantly reduce the inductance of the circuit and provide the necessary current stabilization.
В рассмотренном выше и показанном на фиг.1 варианте предлагаемого в изобретении преобразователя между соответствующими плоскими шинами, образующими электрические проводники схемы соединений, имеется определенный зазор, который обеспечивает необходимую изоляцию проводников друг от друга и который можно регулировать изменением высоты распорных втулок 10, 11, 12 и 13 и заполнять соответствующим изолирующим материалом. In the embodiment of the converter described above and shown in FIG. 1, there is a certain gap between the respective flat busbars forming the electrical conductors of the connection circuit, which provides the necessary insulation of the conductors from each other and which can be adjusted by changing the height of the
На фиг.4 изображен другой вариант конструкции предлагаемого в настоящем изобретении преобразователя. При этом на фиг.4А показан вид его сбоку, а на фиг. 4Б показана форма электрического проводника 4 переменного тока, который используется в этом преобразователе. Figure 4 shows another design option proposed in the present invention, the Converter. In this case, FIG. 4A shows a side view thereof, and FIG. 4B shows the shape of the AC
Основное отличие этого преобразователя от преобразователя, выполненного по первому варианту, заключается в расположении выходной клеммы проводника 4, которая в отличие от выходных клемм плюсового электрического проводника 3 и минусового электрического проводника 5 направлена поперек продольной оси преобразователя. The main difference between this converter and the converter, made according to the first embodiment, is the location of the output terminal of the
В этом преобразователе электрические проводники 3 и 4 расположены в одном и том же слое схемы соединений, а электрический проводник 5 расположен над ними. In this converter, the
По сравнению с первым вариантом электрические проводники 3 и 5 расположены ближе друг к другу, что еще больше уменьшает индуктивность схемы соединений. При этом одновременно уменьшается и высота всего преобразователя. Compared with the first embodiment, the
Как показано на фиг.4Б, выходная клемма электрического проводника 4 в этом варианте преобразователя выходит за его правый (или левый) край. As shown in FIG. 4B, the output terminal of the
При сборке из нескольких показанных на фиг.4А преобразователей, у которых выходные клеммы электрических проводников 3 и 5 выходят за его верхний, а выходная клемма электрического проводника 4 выходит за правый или за левый край многофазного электрического силового преобразователя, такой преобразователь в поперечном направлении будет иметь относительно большой размер, поскольку в собранном преобразователе между соседними модулями в поперечном направлении должны располагаться выходные клеммы проводников 4. When assembling from several converters shown in FIG. 4A, in which the output terminals of the
Поэтому такая конструкция может оказаться целесообразной только в тех случаях, когда габариты преобразователя в поперечном направлении не ограничены, а его высоту и индуктивность схемы соединений нужно уменьшить. Therefore, this design may be appropriate only in cases where the dimensions of the transducer in the transverse direction are not limited, and its height and inductance of the connection circuit must be reduced.
На фиг.5А показан вид сбоку третьего варианта выполнения предлагаемого в изобретении преобразователя, а на фиг.5Б этот преобразователь показан в плане. On figa shows a side view of a third embodiment of the proposed invention, the Converter, and figv this converter is shown in plan.
В рассмотренных выше первом и втором вариантах коллекторные и эмиттерные выводы БТИЗ-модулей 1, 2 расположены на одной линии. In the first and second embodiments discussed above, the collector and emitter terminals of the
В третьем варианте предлагаемого преобразователя коллектор БТИЗ-модуля 1 расположен в виде сверху справа, а эмиттер этого модуля расположен слева и коллектор нижнего БТИЗ-модуля 2 расположен слева, а его эмиттер расположен справа, при этом очевидно, что с точки зрения взаимного расположения и сами модули, и их коллекторы и эмиттеры можно поменять местами. In the third embodiment of the proposed converter, the collector of the
При такой компоновке БТИЗ-модулей все выходные клеммы соединительных электрических проводников можно расположить на одной и той же стороне преобразователя, при этом электрические проводники 3 и 4 можно расположить в одном и том же слое, а электрический проводник 5 расположить над ними и изготовить преобразователь с двухслойной схемой соединений очень небольшой толщины. Такая конструкция позволяет одновременно уменьшить индуктивность схемы соединений. With this arrangement of IGBT modules, all output terminals of the connecting electrical conductors can be located on the same side of the converter, while the
По сравнению с преобразователем, выполненным по первому варианту и показанным на фиг. 1, преобразователь, выполненный по этому варианту, имеет больший размер в поперечном направлении, но одновременно меньший размер в продольном направлении. Compared to the converter of the first embodiment and shown in FIG. 1, a transducer according to this embodiment has a larger dimension in the transverse direction, but at the same time a smaller dimension in the longitudinal direction.
На фиг. 6А, 6Б, 6В (сверху, спереди и сбоку) показан преобразователь, выполненный по четвертому варианту настоящего изобретения. In FIG. 6A, 6B, 6B (top, front, and side) shows a converter made in the fourth embodiment of the present invention.
Показанный на этих чертежах преобразователь состоит из трех отдельных собранных из БТИЗ-модулей (по одному на каждую фазу U, V, W), которые установлены на отводящей тепло пластине 101 и вместе с емкостным фильтром 71 образуют силовую цепь трехфазного силового преобразователя. The converter shown in these drawings consists of three separate assembled from IGBT modules (one for each phase U, V, W), which are mounted on a heat-removing
Каждая фаза этого трехфазного преобразователя имеет модульную конструкцию и состоит из трех соединенных параллельно БТИЗ-модулей, электрическая схема которого показана на фиг.2. Each phase of this three-phase converter has a modular design and consists of three parallel IGBT modules, the electrical circuit of which is shown in figure 2.
С целью более наглядно пояснить всю схему соединений проводников в той части преобразователя, которая образует фазу U, сверху показан плюсовый электрический проводник 3, а минусовый электрический проводник 5 и проводник 4 переменного тока условно не показаны, в той части преобразователя, которая образует фазу V, сверху показан электрический проводник 4 переменного тока, а условно не показан минусовый проводник 5, а в той части, которая образует фазу W, сверху показан минусовый электрический проводник 5. In order to more clearly explain the entire wiring diagram of the conductors in that part of the converter that forms phase U, the plus
Кроме того, показанный на фиг. 6Б емкостной фильтр 71, расположен против минусового электрического проводника 5, а его плюсовая и минусовая клеммы соединены с минусовым проводником 5 и плюсовым проводником 3 шинами 72, 73, отделенными друг от друга изоляционной прокладкой 104. Also shown in FIG. 6B, a
Отличия этого варианта выполнения изобретения от первого, второго и третьего состоят в следующем. The differences of this embodiment of the invention from the first, second and third are as follows.
(1) На одном из концов плоских пластинчатых электрических проводников 3, 4, 5 имеются вырезы (3s-5s) определенной глубины и отогнутые лапки (3f-5f) определенной длины. Кроме того, на конце каждой такой лапки имеется клемма, которая болтом соединяется с соответствующим выводом БТИЗ-модуля. (1) At one end of the flat plate
(2) Расстояние между электрическими проводниками 3, 4, 5 определяется высотой их отогнутых лапок, и при этом в нижнем слое схемы соединений расположен плюсовый проводник 3, в среднем - минусовый проводник 4, а в верхнем - проводник 5 переменного тока. (2) The distance between the
(3) Выходная клемма плюсового проводника 3 расположена в его средней части, выходная клемма минусового проводника 4 расположена справа, а выходная клемма проводника 5 переменного тока распложена соответственно слева. (3) The output terminal of the
(4) Между электрическими проводниками 3 и 4 и 4 и 5 расположены изоляционные прокладки 14, 15. (4) Between
Указанные выше отличия (1) и (2) этого варианта от показанного на фиг.1, которые требуют изгиба проводников, исключают необходимость в использовании распорных втулок и позволяют уменьшить количество деталей, необходимых для изготовления такого преобразователя. The above differences (1) and (2) of this option from that shown in FIG. 1, which require bending of the conductors, eliminate the need for spacer sleeves and reduce the number of parts needed to make such a converter.
Кроме того, наличие в проводниках 3-5 вырезов 3s, 4s, 5s, расположенных между соседними выводами БТИЗ-модулей, позволяет обеспечить выравнивание протекающих через выводы БТИЗ-модулей токов. При параллельном соединении БТИЗ-модулей и большом количестве выводов, как это показано на фиг.6А, 6Б, 6В, выравнивание протекающих через них токов имеет существенное значение. In addition, the presence in the conductors of 3-5
Разная индуктивность каждого вывода приводит к разной величине протекающего через них тока. Если, например, говорить об электрическом проводнике 3, то протекающий через него ток определяется сопротивлением БТИЗ-модуля 1 и сопротивлением самого проводника 3. The different inductance of each terminal leads to a different value of the current flowing through them. If, for example, we talk about
Иными словами, ток в этой цепи протекает в направлении 3f --> 3 --> 3f --> внутренняя цепь БТИЗ-модуля 1. In other words, the current in this circuit flows in the
При наличии выреза 3s общая длина этой цепи, по которой течет ток, возрастает и одновременно возрастает ее индуктивность, в результате чего величина тока снижается, что позволяет обеспечить необходимое равенство токов в соединенных параллельно элементах схемы. In the presence of a 3s cut-out, the total length of this circuit along which the current flows increases and its inductance increases at the same time, as a result of which the current decreases, which ensures the necessary equality of currents in the circuit elements connected in parallel.
То же самое, как очевидно, относится и к электрическому проводнику 4 переменного тока, и к минусовому проводнику 5. The same, as is obvious, applies to the
Указанные выше отличия (2) и (3), которые касаются того, что плюсовый электрический проводник 3 расположен в самом нижнем слое схемы соединений, позволяют выполнить этот проводник самым коротким из всех соединительных проводников. При этом минусовый проводник 5 наоборот имеет самую большую из всех проводников длину. The above differences (2) and (3), which relate to the fact that the positive
При расположении проводника 3 в самом нижнем слое схемы соединений, когда расстояние между его выходной клеммой и выводом БТИЗ-модуля мало, любая незначительная разница в длине участков затрудняет выравнивание протекающих через них токов. When the
Для выравнивания токов, протекающих через соединенные параллельно элементы схемы, выходную клемму соответствующего проводника предпочтительно расположить в его средней части. To equalize the currents flowing through the parallel connected elements of the circuit, the output terminal of the corresponding conductor is preferably located in its middle part.
Выходная клемма плюсового проводника 3 и выходная клемма минусового проводника 5 расположены в непосредственной близости друг от друга, что позволяет свести к минимуму возникающую в схеме соединений при переключении БТИЗ-модуля 1 или 2 индуктивность. The output terminal of the
Кроме того, очевидно, что такого же эффекта можно добиться, если выходные клеммы проводника, расположенного в среднем слое, и выходные клеммы проводника, расположенного в верхнем слое, поменять местами справа налево. In addition, it is obvious that the same effect can be achieved if the output terminals of the conductor located in the middle layer and the output terminals of the conductor located in the upper layer are interchanged from right to left.
При другом расположении проводников с минусовым электрическим проводником, расположенным в нижнем слое схемы соединений, а плюсовым электрическим проводником, расположенным в ее верхнем слое, для выравнивания токов в средней части следует расположить выходную клемму нижнего проводника. With a different arrangement of conductors with a negative electric conductor located in the lower layer of the wiring diagram, and a positive electric conductor located in its upper layer, to align the currents in the middle part, arrange the output terminal of the lower conductor.
Благодаря наличию изолирующей прокладки, о которой при рассмотрении отличий различных вариантов сказано выше в (4), в данном варианте в отличие от первого и второго вариантов расстояние между соответствующими проводниками не должно быть больше высоты головки болтов 6а-9с, которые используются для крепления шин к выводам модулей, что позволяет, уменьшив расстояние между шинами, снизить индуктивность схемы соединений. Due to the presence of an insulating gasket, which was considered above in (4) when considering the differences between the various options, in this embodiment, in contrast to the first and second options, the distance between the respective conductors should not be greater than the height of the
Рассмотренные ниже схема и конструкция трехуровневого инвертора иллюстрируют конкретный пример применения предлагаемой в изобретении силовой цепи. The scheme and construction of a three-level inverter discussed below illustrate a specific example of the application of the power circuit proposed in the invention.
Трехуровневый инвертор представляет собой электрический силовой преобразователь, который предназначен для инверсии или преобразования постоянного тока в переменный и имеет три уровня плюсового, минусового и промежуточного потенциала (П, М, Пр) емкостного делителя напряжения, соединенного параллельно с источником постоянного тока, который на схеме одной фазы преобразователя, изображенной на фиг.7, не показан. A three-level inverter is an electric power converter, which is designed to invert or convert direct current to alternating current and has three levels of plus, minus and intermediate potential (P, M, Pr) of a capacitive voltage divider connected in parallel with a direct current source, which is in a single circuit the phase of the converter shown in Fig.7 is not shown.
Конструкция силовой цепи одной из фаз трехуровневого инвертора, электрическая схема которой изображена на фиг.7, показана на фиг.8. The design of the power circuit of one of the phases of a three-level inverter, the electrical circuit of which is shown in Fig.7, is shown in Fig.8.
Схема соединений отдельных элементов этой силовой цепи показана, как уже было сказано выше, на фиг.7. The connection diagram of the individual elements of this power circuit is shown, as already mentioned above, in Fig.7.
На этой схеме показаны плюсовый емкостной фильтр 210 и минусовый емкостной фильтр 211, которые соединены друг с другом последовательно. This diagram shows a
К точке П плюсовой шины емкостного фильтра 210 последовательно подключены БТИЗ-модули 201, 202, 203, 204.
Каждый из этих БТИЗ-модулей 201, 202, 203, 204, как и в варианте, показанном на фиг.6, имеет три группы коллекторных и эмиттерных выводов. Each of these
В схеме имеется также плюсовый фиксирующий диод 205, включенный между нулевой точкой Пр, расположенной между емкостными фильтрами 210 и 211, и точкой, в которой БТИЗ-модули 201 и 202 соединены друг с другом, и минусовый фиксирующий диод 206, включенный между точкой Пр и точкой, в которой соединены друг с другом БТИЗ-модули 203 и 204. The circuit also has a
Плюсовый электрический проводник 3 соединяет точку П с коллекторным выводом ПК1 БТИЗ-модуля 201, проводник 4 переменного тока соединяет эмиттерный вывод ПЭ2 БТИЗ-модуля 202 и коллекторный вывод МК3 БТИЗ-модуля 203 с не показанной на схеме нагрузкой, а минусовый проводник 5 соединяет эмиттерный вывод МЭ4 БТИЗ-модуля 204 с точкой М. A positive
Электрический проводник 207 соединяет эмиттерный вывод ПЭ1 БТИЗ-модуля 201 и коллекторный вывод ПК2 БТИЗ-модуля 202 с катодом ПДК плюсового фиксирующего диода 205, электрический проводник 208 соединяет эмиттерный вывод МЭ3 БТИЗ-модуля 203 и коллекторный вывод МК4 БТИЗ-модуля 204 с анодом ПДА минусового фиксирующего диода 206, а электрический проводник 209 соединяет точку Пр с анодным выводом ПДА фиксирующего диода 205 и катодным выводом МДК фиксирующего диода 206. An
Форма электрического проводника 4 переменного тока, который расположен в верхнем слое схемы, показана на фиг.8, при этом, однако, поскольку проводник переменного тока полностью закрывает нижние электрические проводники, по этому чертежу о форме нижних проводников судить нельзя. The shape of the AC
Форма электрических проводников 3, 207, 208 и 5, расположенных в нижних слоях схемы, в принципе показана на фиг.9А, 9Б, а форма электрического проводника 209, расположенного в среднем слое, показана на фиг.9В. The shape of the
Каждый их этих проводников имеет вырезы, расположенные между БТИЗ-модулями 201-204 и соединенные с ними клеммами проводники, наличие которых позволяет, как и в варианте, показанном на фиг.6, обеспечить необходимое равенство токов. Each of these conductors has cutouts located between the IGBT modules 201-204 and the conductors connected to them by terminals, the presence of which allows, as in the embodiment shown in Fig. 6, to provide the necessary equal currents.
Кроме того, проводник 4 имеет большой вырез 49е, который расположен между его клеммой, соединенной с выводом БТИЗ-модуля 202, и клеммой, соединенной с выводом БТИЗ-модуля 203. In addition, the
В такой конструкции несколько увеличивается длина участков, по которым ток протекает к БТИЗ-модулям 202 и 203, и соответственно несколько возрастает индуктивность схемы на этих участках, при этом, однако, и в этой конструкции можно обеспечить равенство токов, протекающих через выводы БТИЗ-модулей 202 и 203. In this design, the length of the sections along which the current flows to the
В проводниках 207 и 208 предусмотрены окна 2070 и 2080. Назначение этих окон состоит в том, чтобы электрические проводники 207, 208 не касались выводов 2091, 2092 фиксирующих диодов и чтобы к фиксирующим диодам 205, 206 можно было подсоединить проводник 209.
Вместо такого окна в проводнике можно выполнить соответствующие вырезы. Instead of such a window in the conductor, you can make appropriate cutouts.
В этом варианте преобразователя выходная клемма 30 проводника 3 расположена в нижнем слое схемы и имеет небольшую длину, а выходная клемма 50 проводника 5, если смотреть со стороны вывода БТИЗ-модулей 201 и 204, расположена, как и в варианте, показанном на фиг.6, в среднем слое схемы, при этом обеспечивается необходимое равенство токов, протекающих через все БТИЗ-модули преобразователя. In this version of the converter, the
С целью уменьшить индуктивность схемы соединений силовой цепи трехуровневого инвертора выходную клемму 30 плюсового электрического проводника 3 и выходную клемму 2090 нулевого электрического проводника 209 или выходную клемму 50 минусового электрического проводника и выходную клемму 2090 нулевого электрического проводника 209 следует расположить как можно ближе друг к другу. In order to reduce the inductance of the power circuit of a three-level inverter, the
Именно по этой причине, когда, как было сказано выше, выходные клеммы 30 и 50 расположены в средней части соответствующего проводника, выходная клемма 2090 нулевого проводника 209 и располагается между ними. It is for this reason, when, as mentioned above, the
Такая конструкция не только позволяет сбалансировать токи, но и обеспечить соответствующее снижение индуктивности схемы соединений. This design not only allows you to balance the currents, but also provide a corresponding decrease in the inductance of the wiring diagram.
У электрического проводника 4 переменного тока выходная клемма разделена на две клеммы, которые расположены справа и слева от выходных клемм электрических проводников 3, 5. Такая конструкция этого проводника хорошо обеспечивает необходимое равенство токов. For AC
В рассмотренной выше конструкции силовой цепи трехуровневого инвертора при всей ее относительной простоте обеспечивается низкая индуктивность схемы соединений и необходимое равенство токов, протекающих через ее отдельные элементы. In the above-considered design of the power circuit of a three-level inverter, with all its relative simplicity, a low inductance of the connection circuit and the necessary equality of the currents flowing through its individual elements are ensured.
Точно такой же эффект с точки зрения уравновешивания токов можно получить, если выходные клеммы электрического проводника 4 переменного тока расположить между электрическими проводниками 3 и 5, а выходную клемму электрического проводника 209 разделить на две части, расположенные у его левого и правого краев. Exactly the same effect from the point of view of balancing currents can be obtained if the output terminals of the AC
Показанные на фиг.6А, 6Б, 6В и 8А, 8Б, 8В БТИЗ-модули с тремя группами коллекторных и эмиттерных выводов лишь иллюстрируют изобретение, возможные варианты выполнения которого могут иметь и другое количество соединенных параллельно БТИЗ-модулей. Shown in figa, 6B, 6B and 8A, 8B, 8B IGBT modules with three groups of collector and emitter conclusions only illustrate the invention, possible embodiments of which may have another number of parallel connected IGBT modules.
Предлагаемая в изобретении силовая цепь будет иметь точно такую же конструкцию и при использовании в ней соединенных параллельно БТИЗ-модулей с одним выводом. The power circuit proposed in the invention will have exactly the same design when using IGBT modules connected in parallel with one output.
В рассмотренных выше вариантах электрические проводники были выполнены в виде плоских шин, которые очень удобны при использовании предлагаемых преобразователей тока в различных транспортных средствах, в частности, в электромобилях. In the above options, the electrical conductors were made in the form of flat tires, which are very convenient when using the proposed current converters in various vehicles, in particular in electric vehicles.
Под действием вибраций корпуса автомобиля электрические проводники, используемые в их электрических преобразователях, могут служить источником нежелательного шума и причиной выхода из строя отдельных элементов схемы при их ударе друг о друга. Under the influence of vibrations of the car body, the electrical conductors used in their electric converters can serve as a source of unwanted noise and cause the failure of individual circuit elements when they hit each other.
Увеличение толщины таких плоских соединительных шин снижает, как очевидно, их вибрации, но одновременно увеличивает общий вес преобразователя. An increase in the thickness of such flat busbars reduces, obviously, their vibration, but at the same time increases the overall weight of the converter.
Выполнив на шине канавку (ребро) и установив имеющую отогнутый край шину на изоляционное основание, даже при относительно небольшой толщине шины можно устранить ее вибрации и избежать возникновения нежелательного шума и возможного повреждения отдельных элементов схемы. By making a groove (rib) on the tire and installing the tire with a curved edge on the insulating base, even with a relatively small thickness of the tire, you can eliminate its vibration and avoid the occurrence of unwanted noise and possible damage to individual elements of the circuit.
В рассмотренном ниже варианте изобретения описана конструкция силовой цепи полупроводникового модуля и емкостного фильтра, схема которой показана на фиг.2. In the embodiment of the invention described below, a power circuit design of a semiconductor module and a capacitive filter is described, the circuit of which is shown in FIG. 2.
На фиг. 10А показан вид спереди конструкции одной фазы силовой цепи полупроводникового модуля, показанного на фиг.1 и соединенного с емкостным фильтром, а на фиг.10Б показан вид сбоку этой конструкции. In FIG. 10A shows a front view of the design of one phase of the power circuit of the semiconductor module shown in FIG. 1 and connected to a capacitive filter, and FIG. 10B shows a side view of this structure.
На этих чертежах показаны плюсовая шина 72, которая соединяет плюсовой электрический проводник 3 с плюсовой клеммой емкостного фильтра 71, минусовая шина 73, которая соединяет минусовой электрический проводник 5 с минусовой клеммой емкостного фильтра 71, клемма 74, через которую плюсовая шина 72 соединена с плюсовой клеммой емкостного фильтра 71, клемма 75, через которую минусовая шина 73 соединена с минусовой клеммой емкостного фильтра 71, клемма 76, через которую плюсовая шина 72 соединена с плюсовым соединительным электрическим проводником 3, и клемма 77, через которую минусовая шина 73 соединена с минусовым электрическим проводником 5. The drawings show a
Минусовая шина 73 выполнена в виде прямоугольной токопроводящей пластины с выступающими расположенными в ее противоположных углах клеммами, одна из которых 75 соединена с минусовой клеммой емкостного фильтра 71, а другая 77 соединена с минусовым электрическим проводником 5. The
Плюсовая шина 72 выполнена в виде такой же прямоугольной токопроводящей пластины и повернута на 180o относительно расположенной над ней минусовой шины 73.The
Плюсовая шина 72 таким же способом, как и минусовая шина 73, соединена через клемму 74 с плюсовым выводом емкостного фильтра 71, а через клемму 76 - с плюсовым электрическим проводником 3. The
Центральные прямоугольные участки плюсовой шины 72 и минусовой шины 73 расположены параллельно один над другим, а линии, соединяющие их клеммы 75 и 77 и 74 и 76, пересекают друг друга. The central rectangular sections of the
При таком расположении клемм и пути тока, протекающего через плюсовую 72 и минусовую 73 шины, пересекают друг друга. With this arrangement of the terminals and the path of the current flowing through the
В этой цепи, кроме того, ширина W перекрывающих друг друга участков плюсовой и минусовой шин 72 и 73 больше расстояния L между плюсовой и минусовой клеммами емкостного фильтра 71, а зазор между плюсовой и минусовой шинами 72 и 73 исключает возможность их короткого замыкания. Установив между шинами 72, 73 прокладку из изоляционного материала, этот зазор можно уменьшить. In this circuit, in addition, the width W of the overlapping sections of the plus and
На фиг.11А, 11Б показано распределение тока, протекающего через плюсовую 72 и минусовую 73 шины. Пути протекания тока в этих шинах изображены на фиг. 11А, 11Б кривыми линиями, и чем меньше расстояние между этими кривыми, тем больше плотность тока на этом участке шины. On figa, 11B shows the distribution of the current flowing through the
Ток в показанной на фиг.11А плюсовой шине течет от клеммы 74, соединенной с плюсовым выводом емкостного фильтра 71, к клемме 76, соединенной с плюсовым электрическим проводником 3. The current in the positive bus shown in FIG. 11A flows from the terminal 74 connected to the positive terminal of the
Ток в показанной на фиг.11Б минусовой шине течет от клеммы 77, соединенной с минусовым электрическим проводником 5, к клемме 75, соединенной с минусовым выводом емкостного фильтра 71. The current in the negative bus shown in FIG. 11B flows from the terminal 77 connected to the negative
При этом расстояние между линиями тока и в плюсовой, и в минусовой шинах 72 и 73 по мере удаления от клемм постепенно увеличивается. At the same time, the distance between the current lines in the plus and
Увеличение расстояния между линиями протекающего через проводник тока происходит вследствие того, что электрический ток в одном из проводников 72 стремится пройти через те участки этого проводника, которые расположены против участков с максимальной плотностью тока другого проводника 73, т.е. против одной клеммы 75 проводника 73, которой он соединен с емкостным фильтром 71, и против его другой клеммы 77, которой он соединен с наиболее близко расположенным к БТИЗ-модулям 1, 2 плюсовым проводником 3. The increase in the distance between the lines of the current flowing through the conductor is due to the fact that the electric current in one of the
При расширении линий тока в средней части шины индуктивность силовой цепи между емкостным фильтром 71 и полупроводниковым модулем снижается. With the expansion of the current lines in the middle part of the bus, the inductance of the power circuit between the
Кроме того, из-за того, что токи в плюсовой шине 72 и минусовой шине 73 пересекают друг друга, то создаваемые ими магнитные потоки взаимно компенсируют друг друга, что сопровождается снижением индуктивности схемы соединений. In addition, due to the fact that the currents in the
На фиг. 12, которая схематично иллюстрирует еще один вариант выполнения изобретения, показана конфигурация плюсовой шины 25 и минусовой шины 35, которые соединяют емкостной фильтр с силовой цепью полупроводникового модуля с тремя фазными блоками, при этом соединение емкостного фильтра с одной из фаз полупроводникового модуля в этом варианте осуществляется по схеме, показанной на фиг. 2. In FIG. 12, which schematically illustrates another embodiment of the invention, shows the configuration of the
Плюсовая шина 25 имеет выступающие клеммы 74u, 74v, 74w, соединенные с плюсовыми выводами емкостных фильтров 71u-71w соответствующих фазных блоков, и выступающие клеммы 76u, 76v, 76w, соединенные с плюсовыми выводами соответствующих фаз полупроводниковой силовой цепи. The
Точно так же и минусовая шина 35 имеет выступающие клеммы 75u, 75v, 75w, соединенные с минусовыми выводами емкостных фильтров 71u-71w соответствующих фазных блоков, и выступающие клеммы 77u, 77v, 77w, соединенные с минусовыми выводами полупроводниковой силовой цепи. Similarly, the
По сравнению с вариантом, показанным на фиг.10, в котором в каждой фазе имеется плюсовая шина 72 и минусовая шина 73, которые расположены между емкостным фильтром соответствующей фазы и полупроводниковой силовой цепью соответствующей фазы, в этом варианте для соединения емкостных фильтров и полупроводниковых силовых цепей всех трех фаз используется только одна плюсовая шина 25 и только одна минусовая шина 35. Compared to the embodiment shown in FIG. 10, in which there is a
На фиг. 13А и 13Б показано распределение тока в показанных на фиг.12 плюсовой шине 25 и минусовой шине 35, при этом на фиг.13А показано распределение тока в плюсовой шине, в которой он течет от клемм 74u, 74v, 74w, которыми она соединена с плюсовыми выводами емкостных фильтров соответствующих фаз, к клемме 76v, которой она соединена с плюсовым электрическим проводником соответствующей полупроводниковой силовой цепи фазы V, а на фиг. 13Б показано распределение тока в минусовой шине, в которой он течет от клемм 77u, 77v и 77w, которыми она соединена с минусовым электрическим проводником соответствующей полупроводниковой силовой цепи фазы U, фазы V и фазы W, к клемме 77v, которой она соединена с минусовым выводом соответствующего емкостного фильтра. In FIG. 13A and 13B show the current distribution in the
В этом варианте изобретения для соединения соответствующих полупроводниковых силовых цепей в фазах U, V и W с соответствующими емкостными фильтрами используется одна плюсовая шина 24 и одна минусовая шина 35, что уменьшает общее количество деталей силовой цепи. In this embodiment of the invention, one plus bus 24 and one
Кроме того, происходящее в этом варианте такое же, как и показанное на фиг. 11А, 11Б, постепенное увеличение по мере удаления от клемм расстояния между путями токов обеспечивает необходимое снижение индуктивности схемы соединений силовой цепи. In addition, what is happening in this embodiment is the same as that shown in FIG. 11A, 11B, a gradual increase as the distance between the current paths moves away from the terminals provides the necessary reduction in the inductance of the power circuit connections.
Предлагаемая конструкция шин обеспечивает также выравнивание токов, протекающих в фазах U, V и W электрических силовых преобразователей. The proposed tire design also provides equalization of currents flowing in phases U, V and W of electric power converters.
Как уже было отмечено выше, в соответствующих электрических проводниках, используемых в соответствии с настоящим изобретением в силовых электрических преобразователях, нет необходимости выполнять отверстие под головку соединительного болта, и поэтому в таких преобразователях не требуется специально изолировать расположенный в зоне головки болта участок проводника. Тем самым изоляция таких силовых цепей обеспечивается достаточно просто, что повышает надежность всего преобразователя. As already noted above, in the corresponding electrical conductors used in accordance with the present invention in power electrical converters, there is no need to make a hole for the head of the connecting bolt, and therefore, such converters do not need to specifically isolate the conductor section located in the area of the bolt head. Thus, the isolation of such power circuits is simple enough, which increases the reliability of the entire converter.
При создании электрического силового преобразователя с параллельно соединенными полупроводниковыми модулями с равным по величине током, протекающим через каждое полупроводниковое устройство, каждое полупроводниковое устройство можно использовать в максимальной степени, существенно снизив за счет этого габариты всего преобразователя. When creating an electric power converter with parallel-connected semiconductor modules with an equal current flowing through each semiconductor device, each semiconductor device can be used to the maximum extent, thereby significantly reducing the dimensions of the entire converter.
Предлагаемая в изобретении конструкция позволяет существенно снизить индуктивность схемы соединения соответствующих полупроводниковых модулей и схемы соединения модуля с емкостным фильтром, уменьшить броски напряжения, возникающие в схеме при переключениях полупроводниковых устройств, и с максимальным эффектом использовать возможности всех элементов силовой цепи преобразователя. При этом одновременно появляется возможность либо существенно уменьшить габариты схемы сглаживания, либо вообще отказаться от ее использования. The design proposed in the invention allows to significantly reduce the inductance of the connection circuit of the corresponding semiconductor modules and the connection circuit of the module with a capacitive filter, reduce the voltage surges that occur in the circuit when switching semiconductor devices, and use the capabilities of all elements of the converter power circuit with maximum effect. At the same time, it becomes possible either to significantly reduce the dimensions of the smoothing scheme, or to completely abandon its use.
Claims (16)
28.04.1998 по пп.1-11;
27.04.1999 по пп.12-14;
24.08.1998 по пп.15 и 16.Priority on points:
04/28/1998 according to claims 1-11;
04/27/1999 according to claims 12-14;
08.24.1998 according to paragraphs 15 and 16.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13440298 | 1998-04-28 | ||
| JP10-134402 | 1998-04-28 | ||
| JP23763998A JP3830669B2 (en) | 1998-08-24 | 1998-08-24 | Power converter |
| JP10-237639 | 1998-08-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99109135A RU99109135A (en) | 2001-02-10 |
| RU2190919C2 true RU2190919C2 (en) | 2002-10-10 |
Family
ID=26468531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99109135A RU2190919C2 (en) | 1998-04-28 | 1999-04-27 | Power circuit of electric power inverter |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (3) | CN101854127B (en) |
| RU (1) | RU2190919C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2808309C1 (en) * | 2023-05-11 | 2023-11-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Method for connecting busbar system to parallel branches of single-phase-ac converter arm |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6413523B2 (en) * | 2014-09-09 | 2018-10-31 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device |
| JP6643972B2 (en) * | 2016-12-13 | 2020-02-12 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Bus bar structure and power conversion device using the same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06233554A (en) * | 1993-01-28 | 1994-08-19 | Fuji Electric Co Ltd | Inverter device |
-
1999
- 1999-04-27 RU RU99109135A patent/RU2190919C2/en not_active IP Right Cessation
- 1999-04-28 CN CN 201010156482 patent/CN101854127B/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-04-28 CN CN2010101564747A patent/CN101860247B/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-04-28 CN CN 99105382 patent/CN1233880B/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2808309C1 (en) * | 2023-05-11 | 2023-11-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Method for connecting busbar system to parallel branches of single-phase-ac converter arm |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101854127B (en) | 2013-06-26 |
| CN101860247B (en) | 2012-07-25 |
| CN101854127A (en) | 2010-10-06 |
| CN1233880B (en) | 2010-06-09 |
| CN1233880A (en) | 1999-11-03 |
| CN101860247A (en) | 2010-10-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10153708B2 (en) | Three-level power converter | |
| US5132896A (en) | Inverter unit with improved bus-plate configuration | |
| US9538680B2 (en) | Laminated busbar for power converter and the converter thereof | |
| US8422230B2 (en) | Power converter | |
| JP4920677B2 (en) | Power conversion device and assembly method thereof | |
| WO2019123818A1 (en) | Power converter | |
| JP2001286158A (en) | Semiconductor device and power converter | |
| JP4209421B2 (en) | Main circuit structure of power converter | |
| WO2019043849A1 (en) | Main circuit wiring member and power conversion device | |
| JP6804326B2 (en) | Power converters, photovoltaic power conditioner systems, power storage systems, non-disruptive power supply systems, wind power generation systems, and motor drive systems | |
| JP3046276B2 (en) | Power converter | |
| US10284111B2 (en) | Power conversion apparatus having connection conductors having inductance which inhibits ripple current | |
| RU2190919C2 (en) | Power circuit of electric power inverter | |
| JP3811878B2 (en) | Main circuit structure of power converter | |
| JP2004056984A (en) | Power converting device | |
| JP2013046468A (en) | Bus bar module and power conversion apparatus | |
| JP4828170B2 (en) | Power converter | |
| JP7364103B2 (en) | power converter | |
| JP2015216717A (en) | Power converter | |
| AU2016217603B2 (en) | Circuit module and inverter device using same | |
| JP2015089185A (en) | Three-level power conversion device | |
| US10873268B2 (en) | Main circuit wiring member and power conversion device | |
| CN108233730B (en) | Input terminal of double-sided cooling power module | |
| JP2024101333A (en) | Power Conversion Equipment | |
| JP2021061692A (en) | Power conversion device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150428 |