RU2750914C1 - Intelligent power module and converter system - Google Patents

Intelligent power module and converter system Download PDF

Info

Publication number
RU2750914C1
RU2750914C1 RU2020144284A RU2020144284A RU2750914C1 RU 2750914 C1 RU2750914 C1 RU 2750914C1 RU 2020144284 A RU2020144284 A RU 2020144284A RU 2020144284 A RU2020144284 A RU 2020144284A RU 2750914 C1 RU2750914 C1 RU 2750914C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power module
intelligent power
controller
power
buses
Prior art date
Application number
RU2020144284A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дамир Альмирович Рахимов
Денис Яковлевич Губанов
Алексей Геннадьевич Коротченко
Виктор Евгеньевич Чудиновских
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Горизонт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Горизонт" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Горизонт"
Priority to RU2020144284A priority Critical patent/RU2750914C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2750914C1 publication Critical patent/RU2750914C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/007—Physical arrangements or structures of drive train converters specially adapted for the propulsion motors of electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20218—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures

Abstract

FIELD: current conversion systems.SUBSTANCE: group of inventions relates to current conversion devices. The intelligent power module of the voltage converter contains a cooler with IGBT modules installed on it, connected to low-inductive and phase buses, drivers, voltage and temperature sensors. The power module additionally contains a controller. In this case, the low-inductive DC bus contains contacts for connecting capacitors located directly near the IGBT modules. The phase buses are located between the DC buses. The converter system contains at least two intelligent power modules connected directly to each other, forming a common DC bus and a distributed control system. EFFECT: improved technical characteristics of the power module of the voltage converter.9 cl, 2 dwg

Description

Группа изобретений относится к областям электротехники и может быть использовано в различных преобразователях напряжения (DC-AC, AC-DC, DC-DC). Изобретение может быть использовано в составе тяговых, вспомогательных и других преобразователей для железнодорожного транспорта, тяжелого машиностроения и общепромышленного применения.The group of inventions relates to the field of electrical engineering and can be used in various voltage converters (DC-AC, AC-DC, DC-DC). The invention can be used as a part of traction, auxiliary and other converters for railway transport, heavy engineering and general industrial applications.

Из уровня техники известен тяговый преобразователь для электровозов по патенту РФ 89036 на полезную модель с датой публикации 27.11.2009. В описании тягового преобразователя раскрыт силовой модуль, характеризующийся наличием одинаковых жидкостных охладителей с переключающими IGBT-модулями, соединенными попарно параллельно и попарно последовательно и образующими фазы двух трехфазных автономных инверторов, входами «плюс» и «минус» подключенных к соответствующим выводам батареи конденсаторов, снабженной зажимами для связи с контактной сетью, а выходами подключенных к фазным выводам двух трехфазных электродвигателей, и двух тормозных регуляторов, входами «плюс» и «минус» подключенных к соответствующим выводам батареи конденсаторов, а выходами подключенных к тормозным резисторам.From the prior art, a traction converter for electric locomotives is known according to RF patent 89036 for a utility model with a publication date of 11/27/2009. In the description of the traction converter, a power module is disclosed, characterized by the presence of the same liquid coolers with switching IGBT modules connected in pairs in parallel and in pairs in series and forming the phases of two three-phase autonomous inverters, inputs "plus" and "minus" connected to the corresponding terminals of a capacitor bank equipped with clamps for communication with the contact network, and outputs connected to the phase terminals of two three-phase electric motors, and two brake regulators, inputs "plus" and "minus" connected to the corresponding terminals of the capacitor bank, and outputs connected to the braking resistors.

Недостатками тягового преобразователя с таким силовым модулем являются ограничения возможности питания нескольких фаз, так как силовой модуль содержит только два IGBT-модуля и обеспечивает питание только одной фазы трехфазного инвертора. Поскольку один трехфазный инвертор состоит из трех силовых модулей, то это увеличивает общие габариты преобразователя и снижает надежность за счет большего количества жидкостных соединений.The disadvantages of a traction converter with such a power module are the limitations of the possibility of supplying several phases, since the power module contains only two IGBT modules and supplies power to only one phase of a three-phase inverter. Since one three-phase inverter consists of three power modules, this increases the overall dimensions of the inverter and reduces reliability due to the greater number of liquid connections.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретения является устройство управления комплектом тягового электрооборудования для транспортных средств, известное из патента РФ 158664 на полезную модель с датой публикации 20.01.2016. Устройство содержит корпус и закрепленные в нем систему жидкостного охлаждения силовых преобразователей и соединенные шинами силовые преобразователи, представляющие собой блоки инверторов с их контроллерами, по крайней мере один блок выпрямителя. Силовые ключи инверторов выполнены на силовых интегрированных интеллектуальных IGBT-модулях полуприжимной конструкции без паянного основания с объединенными в едином конструктиве цифровыми драйверами силовых ключей и датчиками напряжения, тока и температуры, соединенными с аналого-цифровым преобразователем. Непосредственно на выходных зажимах IGBT модулей установлены снабберные конденсаторы. Контроллеры каждого силового преобразователя соединены с драйверами силовых модулей линиями связи с применением средств подавления помех, а силовые модули в силовых преобразователях объединены низкоиндуктивными ламинарными шинами постоянного тока с установленными на них пленочными конденсаторами с минимальной паразитной индуктивностью.The closest analogue to the claimed invention is a control device for a set of traction electrical equipment for vehicles, known from RF patent 158664 for a utility model with a publication date of 01/20/2016. The device contains a housing and a liquid cooling system of power converters fixed in it and power converters connected by buses, which are blocks of inverters with their controllers, at least one rectifier block. The power switches of the inverters are made on power integrated intelligent IGBT modules of a semi-clamp design without a soldered base with digital drivers of power switches and voltage, current and temperature sensors connected to an analog-to-digital converter combined in a single structure. Snubber capacitors are installed directly on the output terminals of the IGBT modules. The controllers of each power converter are connected to the drivers of the power modules by communication lines using noise suppression means, and the power modules in the power converters are connected by low-inductance laminar DC buses with film capacitors installed on them with minimal parasitic inductance.

В качестве средств подавления помех на линиях связи между управляющим контроллером каждого силового преобразователя и драйверами силовых модулей использованы проводники в виде экранированных витых пар и ферритовые фильтры, применяется цифровая передача сигналов, а сигнальные линии имеют минимально возможные длины между блоками и максимально разнесены с силовыми цепями.As a means of suppressing interference on the communication lines between the control controller of each power converter and the drivers of the power modules, conductors in the form of shielded twisted pairs and ferrite filters are used, digital signal transmission is used, and the signal lines have the shortest possible length between the blocks and are maximally separated from the power circuits.

Силовые преобразователи состоят из силовых ячеек, каждая из которых включает в себя наряду с силовыми интегрированными интеллектуальными IGBT-модулями со снабберными конденсаторами на их выходных зажимах также силовые конденсаторы, объединенные в единую емкость низкоиндуктивной ламинарной шиной, причем указанные емкости силовых ячеек объединены через соединительную шину звена постоянного тока.Power converters consist of power cells, each of which includes, along with power integrated intelligent IGBT modules with snubber capacitors at their output terminals, also power capacitors, combined into a single capacitance by a low-inductance laminar bus, and these capacities of the power cells are combined through the link bus direct current.

При этом вышеописанные силовые преобразователи могут компоноваться, образуя преобразовательную систему.In this case, the above-described power converters can be arranged to form a converter system.

Недостатками известного устройства управления комплектом тягового электрооборудования, а также преобразовательной системы, являются:The disadvantages of the known control device for a set of traction electrical equipment, as well as a converter system, are:

- высокая индуктивность низкоиндуктивной шины, требующая применения снабберных конденсаторов для снижения импульсов перенапряжения приводят к дополнительным резонансным колебаниям тока;- high inductance of a low-inductance bus, requiring the use of snubber capacitors to reduce overvoltage pulses, lead to additional resonant current fluctuations;

- силовой модуль содержит конденсаторы (снабберные или силовые), что существенно увеличивает габариты сменного модуля;- the power module contains capacitors (snubber or power), which significantly increases the dimensions of the replaceable module;

- конструкция силового модуля требует дополнительную DC-шину, что увеличивает габариты и вес конечного устройства;- the design of the power module requires an additional DC bus, which increases the dimensions and weight of the final device;

- силовой модуль в своем составе не содержит блок контроллера, выполняющего управление преобразователем, что требует установки внешнего контроллера, а также дополнительного увеличения кабельной сети и снижения помехоустойчивости.- the power module does not contain a controller unit that controls the converter, which requires the installation of an external controller, as well as an additional increase in the cable network and decrease in noise immunity.

Технической задачей заявляемой группы изобретений является создание многофункционального модуля и преобразовательной системы для реализации различных топологий силовых преобразователей и систем.The technical task of the claimed group of inventions is to create a multifunctional module and a converter system for the implementation of various topologies of power converters and systems.

Техническими результатами интеллектуального силового модуля являются:The technical results of the intelligent power module are:

- уменьшение индуктивности шины постоянного тока;- reducing the inductance of the DC bus;

- уменьшение массы и габаритов силового модуля;- reducing the weight and dimensions of the power module;

- повышение помехоустойчивости модуля;- increasing the noise immunity of the module;

- уменьшение помехоэмиссии;- reduction of noise emission;

- повышение надежности модуля за счет сокращения жидкостных соединений;- increasing module reliability by reducing fluid connections;

- повышение ремонтопригодности за счет снижения массы модуля и возможности производить оперативную замену модуля без необходимости диагностирования вышедшего из строя элемента.- improving maintainability by reducing the weight of the module and the ability to quickly replace the module without the need to diagnose a failed element.

Техническими результатами преобразовательной системы являются:The technical results of the converter system are:

- повышение надежности преобразовательной системы за счет образования распределенной системы управления;- increasing the reliability of the converter system due to the formation of a distributed control system;

- уменьшение пульсаций в силовых цепях;- reduction of ripple in power circuits;

- обеспечение параллельного непосредственного подключения нескольких силовых модулей для образования общей шины постоянного тока;- providing parallel direct connection of several power modules to form a common DC bus;

- возможность дискретного наращивания мощности преобразовательной системы;- the possibility of a discrete increase in the power of the conversion system;

- возможность гибкого обеспечения требуемой мощности и конфигурации преобразовательной системы.- the possibility of flexible provision of the required power and configuration of the converter system.

Заявленные технические результаты обеспечиваются за счет осуществления и использования интеллектуального силового модуля преобразователя напряжения, содержащего охладитель с установленными на нем IGBT модулями, соединенными с низкоиндуктивными шинами постоянного тока и фазными шинами, датчиком напряжения, датчиком температуры и драйверами. Дополнительно интеллектуальный силовой модуль содержит контроллер, при этом низкоиндуктивные шины постоянного тока содержат контакты для подключения конденсаторов, расположенные непосредственно возле IGBT-модулей, при этом фазные шины расположены между низкоиндуктивными шинами постоянного тока. Датчик напряжения выполнен с гальванической развязкой.The claimed technical results are achieved through the implementation and use of an intelligent power module of a voltage converter containing a cooler with IGBT modules installed on it, connected to low-inductance DC buses and phase buses, a voltage sensor, a temperature sensor and drivers. Additionally, the intelligent power module contains a controller, while the low-inductance DC buses contain contacts for connecting capacitors located directly next to the IGBT modules, while the phase buses are located between the low-inductance DC buses. The voltage sensor is galvanically isolated.

Охладитель может быть снабжен быстроразъемными соединениями, что обеспечивает сокращение времени замены модуля.The cooler can be equipped with quick-disconnect couplings, which shortens the module replacement time.

Контроллер может быть выполнен с возможностью управления преобразования из постоянного тока в переменный ток, либо из постоянного тока в постоянный ток, либо из переменного в постоянный ток.The controller may be configured to control conversion from DC to AC, or DC to DC, or AC to DC.

Интеллектуальный силовой модуль может быть выполнен с возможностью управления двунаправленной передачей энергии.The intelligent power module can be configured to control bi-directional power transmission.

Заявленные технические результаты обеспечиваются за счет объединения и использования по меньшей мере двух интеллектуальных силовых модулей, непосредственно соединенных друг с другом и образующих общую шину постоянного тока, представляющую собой преобразовательную систему, содержащую распределенную систему управления, образованную за счет наличия в каждом силовом модуле контроллера.The claimed technical results are achieved by combining and using at least two intelligent power modules directly connected to each other and forming a common DC bus, which is a converter system containing a distributed control system formed by the presence of a controller in each power module.

При этом преобразовательная система может содержать контроллер, выполненный с возможностью осуществления параллельной работы преобразователей напряжения для дискретного наращивания мощности преобразовательной системы.In this case, the converter system may contain a controller configured to perform parallel operation of voltage converters for discrete increase in the power of the converter system.

При этом преобразовательная система может содержать контроллер, выполненный с возможностью синхронизации по меньшей мере двух интеллектуальных силовых модулей преобразователей напряжения для уменьшения пульсаций в силовых цепях.In this case, the converter system may contain a controller configured to synchronize at least two intelligent power modules of voltage converters to reduce ripple in power circuits.

На фигуре 1 представлен интеллектуальный силовой модуль преобразователя напряжения.Figure 1 shows an intelligent power module for a voltage converter.

Заявленный интеллектуальный силовой модуль преобразователя напряжения содержит охладитель 1, на котором установлены силовые полупроводниковые приборы 2 (IGBT-модули), соединенные с фазными шинами 3, 4, 5 и низкоиндуктивными шинами 6 постоянного тока, датчиком напряжения 7, датчиком температуры 8, а также с драйверами 9. Фазные шины 3, 4, 5 расположены между низкоиндуктивными шинами 6 постоянного тока. Конструкция низкоиндуктивных шин 6 постоянного тока имеет контакты 10 для внешних подключений. На охладителе 1 расположен датчик напряжения 7 с гальванической развязкой, подключенный к низкоиндуктивным шинам 6 постоянного тока. На охладителе 1 установлен контроллер 13, соединенный с драйверами 9, датчиком напряжения 7 и датчиком температуры 8, при этом контроллер 13 может быть выполнен с возможностью управления преобразованием из постоянного тока в переменный, либо постоянного в постоянный, либо из переменного в постоянный. Интеллектуальный силовой модуль преобразователя напряжения может быть выполнен с возможностью двунаправленной передачи энергии за счет программного обеспечения контроллера 13 и использования внешней коммутации фазных шин (выводов) 3, 4, 5. Охладитель 1, соединенный с общей внешней системой охлаждения, может быть выполнен с быстроразъемными соединениями 14 для входа и выхода охлаждающей жидкости, обеспечивающими возможность оперативной замены модуля без слива охлаждающей жидкости, что влияет на повышение его ремонтопригодности.The declared intelligent power module of the voltage converter contains a cooler 1, on which power semiconductors 2 (IGBT modules) are installed, connected to phase buses 3, 4, 5 and low-inductance DC buses 6, a voltage sensor 7, a temperature sensor 8, as well as drivers 9. Phase buses 3, 4, 5 are located between low-inductance buses 6 DC. The design of the low inductance DC busbars 6 has pins 10 for external connections. On the cooler 1 there is a voltage sensor 7 with galvanic isolation, connected to low-inductive DC buses 6. The cooler 1 has a controller 13 connected to the drivers 9, a voltage sensor 7 and a temperature sensor 8, while the controller 13 can be configured to control the conversion from DC to AC, or DC to DC, or AC to DC. The intelligent power module of the voltage converter can be made with the possibility of bi-directional energy transfer due to the software of the controller 13 and the use of external switching of phase buses (outputs) 3, 4, 5. Cooler 1, connected to a common external cooling system, can be made with quick-disconnect connections 14 for the inlet and outlet of the coolant, providing the possibility of quick replacement of the module without draining the coolant, which affects the increase in its maintainability.

Интеллектуальный силовой модуль дополнительно содержит контроллер, выполненный с возможностью управления преобразованием из постоянного тока в переменный ток, из постоянного тока в постоянный ток, из переменного в постоянный ток, что реализует многофункциональность модуля и преобразовательной системы для реализации различных топологий силовых преобразователей и систем.The intelligent power module additionally contains a controller capable of controlling the conversion from direct current to alternating current, from direct current to direct current, from alternating to direct current, which realizes the multifunctionality of the module and the converter system for implementing various topologies of power converters and systems.

Интеллектуальный силовой модуль выполнен с возможностью управления двунаправленной передачи энергии, что обеспечивает параллельное непосредственное подключения нескольких силовых модулей для образования общей шины постоянного тока, что в свою очередь, уменьшает индуктивность шины постоянного тока.The intelligent power module is configured to control bi-directional power transmission, which allows multiple power modules to be directly connected in parallel to form a common DC bus, which in turn reduces the inductance of the DC bus.

Низкоиндуктивная шина постоянного тока содержит контакты для подключений конденсаторов, расположенные непосредственно возле IGBT-модулей, что обеспечивает уменьшение индуктивности шины постоянного тока, а также параллельное непосредственное подключения нескольких силовых модулей для образования общей шины постоянного тока, что в свою очередь, уменьшает индуктивность шины постоянного тока.The low inductance DC bus contains capacitor pins located directly next to the IGBT modules to reduce the DC bus inductance, as well as direct parallel connection of multiple power modules to form a common DC bus, which in turn reduces the DC bus inductance ...

Конструкция низкоиндуктивных шин 6 постоянного тока интеллектуального силового модуля 15 преобразователя напряжения 16 имеет контакты 10, обеспечивающие непосредственное подключение нескольких интеллектуальных силовых модулей 15 преобразователя напряжения для образования общей шины постоянного тока, а также контакты 11, 12 для подключения силовых конденсаторов 17.The design of the low-inductance DC buses 6 of the intelligent power module 15 of the voltage converter 16 has contacts 10 that provide direct connection of several intelligent power modules 15 of the voltage converter to form a common DC bus, as well as contacts 11, 12 for connecting the power capacitors 17.

Работа интеллектуального силового модуля преобразователя напряжения осуществляется следующим образом.The operation of the intelligent power module of the voltage converter is as follows.

Напряжение постоянного тока с силового конденсатора через контакты 11, 12, а также через низкоиндуктивные шины 6 постоянного тока поступает на IGBT-модули 2, образующие фазную полумостовую сборку, и с помощью их коммутации осуществляются различные виды преобразования на стороне фазных шин (выводов) 3, 4, 5. При этом тепло, выделяемое IGBT-модулями 2, отводится с помощью охладителя 1 за счет непосредственного контакта с охладителем 1. Охладитель 1, соединенный с общей внешней системой охлаждения, имеет вход и выход охлаждающей жидкости через быстросъемные соединения 14. При этом различные виды преобразования обеспечиваются посредством управляющего программного обеспечения контроллера 13, который осуществляет коммутацию IGBT-модулей 2 через драйверы 9. Датчик напряжения 7, подключенный к контроллеру 13, осуществляет измерение напряжения на силовых конденсаторах. Датчик температуры 8 измеряет температуру IGBT-модулей 2 с целью их защиты от перегрева.The DC voltage from the power capacitor through contacts 11, 12, as well as through low-inductance DC buses 6, is supplied to the IGBT modules 2, forming a phase half-bridge assembly, and by means of their commutation, various types of conversion are carried out on the side of the phase buses (terminals) 3, 4, 5. In this case, the heat generated by the IGBT modules 2 is removed using the cooler 1 due to direct contact with the cooler 1. The cooler 1, connected to a common external cooling system, has a coolant inlet and outlet through quick-detachable connections 14. In this case various types of conversion are provided by the control software of the controller 13, which commutes the IGBT modules 2 through the drivers 9. The voltage sensor 7, connected to the controller 13, measures the voltage across the power capacitors. Temperature sensor 8 measures the temperature of IGBT modules 2 in order to protect them from overheating.

Уменьшение индуктивности шин 6 постоянного тока достигается за счет непосредственного подключения шин 6 постоянного тока к силовым конденсаторам через контакты 11, 12 и уменьшения площади токовых контуров между плюсовыми и минусовыми шинами 6. При этом повышение помехоустойчивости модуля достигается за счет сокращения длины управляющих сигналов от контроллера 13 до драйверов 9, помимо этого их размещение на другой стороне охладителя 1 позволяет уменьшить влияние силовых цепей, подключенных к IGBT-модулям 2, на цепи управления контроллера 13.A decrease in the inductance of the DC buses 6 is achieved by directly connecting the DC buses 6 to the power capacitors through contacts 11, 12 and by reducing the area of the current loops between the positive and negative buses 6. In this case, an increase in the module's noise immunity is achieved by reducing the length of the control signals from the controller 13 to drivers 9, in addition, their placement on the other side of the cooler 1 makes it possible to reduce the influence of the power circuits connected to the IGBT modules 2 on the control circuits of the controller 13.

Уменьшение массы и габаритов силового модуля достигается за счет объединения по меньшей мере двух фазных полумостовых сборок IGBT-модулей 2, а также контроллера управления 13 в один силовой модуль.Reducing the weight and dimensions of the power module is achieved by combining at least two phase half-bridge assemblies of the IGBT modules 2, as well as the control controller 13 into one power module.

Повышение надежности достигается за счет сокращения жидкостных соединений при расположении IGBT-модулей 2 на едином охладителе 1.Increased reliability is achieved by reducing fluid connections by placing IGBT modules 2 on a single cooler 1.

Конструкция модуля, созданного в виде заменяемой единицы с уменьшенными массой и габаритами, позволяет в случае отказа производить его замену без долгосрочного вывода из эксплуатации преобразователя напряжения или преобразовательной системы, а объединение в одном модуле составляющих элементов позволяет повысить ремонтопригодность за счет его замены без необходимости предварительного диагностирования отказавшего элемента.The design of the module, created in the form of a replaceable unit with reduced weight and dimensions, allows, in the event of a failure, to replace it without long-term decommissioning of the voltage converter or converter system, and combining the constituent elements in one module makes it possible to increase maintainability by replacing it without the need for preliminary diagnostics. failed item.

Расположение фазных шин 3, 4, 5 между шинами 6 постоянного тока уменьшает помехоэмиссию.The location of the phase buses 3, 4, 5 between the DC buses 6 reduces noise emissions.

Выполнение датчика напряжения 7 с гальванической развязкой и подключение его к шине 6 постоянного тока позволяет подключить его непосредственно к контроллеру 13 для осуществления управления преобразователем напряжения, в следствие чего, из-за близкого расположения, уменьшается длина кабелей и повышается помехоустойчивость модуля.The implementation of the voltage sensor 7 with galvanic isolation and its connection to the DC bus 6 allows it to be connected directly to the controller 13 to control the voltage converter, as a result of which, due to the proximity, the length of the cables decreases and the module's noise immunity increases.

На фигуре 2 представлена преобразовательная система.Figure 2 shows a converter system.

В случае непосредственного соединения друг с другом по меньшей мере двух интеллектуальных силовых модулей 15 преобразователей напряжения 16 образуется общая шина постоянного тока, представляющая собой преобразовательную систему, содержащую распределенную систему управления, образованную за счет наличия в каждом силовом модуле 15 контроллера 13, что повышает надежность преобразовательной системы, что позволяет обеспечить многофункциональность преобразовательной системы для реализации различных топологий силовых систем.In the case of direct connection to each other of at least two intelligent power modules 15 of the voltage converters 16, a common DC bus is formed, which is a converter system containing a distributed control system formed by the presence of a controller 13 in each power module 15, which increases the reliability of the converter systems, which allows to provide multifunctionality of the converter system for the implementation of various topologies of power systems.

При этом преобразовательная система может содержать контроллер 13, выполненный с возможностью осуществления параллельной работы преобразователей напряжения 16 для дискретного наращивания мощности преобразовательной системы, что позволяет обеспечить возможность гибкого обеспечения требуемой мощности и конфигурации преобразовательной системы.In this case, the converter system may contain a controller 13 configured to perform parallel operation of the voltage converters 16 for discrete increase in the power of the converter system, which makes it possible to flexibly provide the required power and configuration of the converter system.

При этом преобразовательная система может содержать контроллер 13, выполненный с возможностью синхронизации по меньшей мере двух интеллектуальных силовых модулей 15 преобразователей напряжения 16 по любому из п.п. 1-6 заявленной формулы изобретения для уменьшения пульсаций в силовых цепях.In this case, the converter system may comprise a controller 13 configured to synchronize at least two intelligent power modules 15 of the voltage converters 16 according to any one of claims. 1-6 of the claimed claims to reduce ripple in power circuits.

Работа преобразовательной системы осуществляется следующим образом.The work of the converter system is carried out as follows.

Непосредственное соединение двух и более силовых модулей 15 друг с другом, посредством контактов 10 низкоиндуктивных шин 6 постоянного тока образует общую шину постоянного тока и позволяет гибко обеспечивать требуемую мощность и конфигурацию преобразовательной системы. При этом соединение является низкоиндуктивным, что исключает резонансные колебания тока между модулями 15.The direct connection of two or more power modules 15 to each other, through the contacts 10 of the low-inductance DC buses 6, forms a common DC bus and allows you to flexibly provide the required power and configuration of the converter system. In this case, the connection is low-inductive, which excludes resonant current fluctuations between the modules 15.

В составе каждого силового модуля 15 имеется контроллер 13, что в рамках преобразовательной системы позволяет создать распределенную систему управления, в которой неисправность одного модуля не влияет на работу другого.Each power module 15 has a controller 13, which within the converter system allows you to create a distributed control system in which the failure of one module does not affect the operation of the other.

Claims (9)

1. Интеллектуальный силовой модуль преобразователя напряжения, содержащий охладитель с установленными на нем IGBT-модулями, соединенными с низкоиндуктивной и фазной шинами, драйверами, датчиками напряжения и температуры, отличающийся тем, что дополнительно содержит контроллер, при этом шина постоянного тока содержит контакты для подключения конденсаторов, расположенные непосредственно возле IGBT-модулей, при этом фазные шины расположены между шинами постоянного тока.1. An intelligent power module of a voltage converter containing a cooler with IGBT modules installed on it, connected to low-inductance and phase buses, drivers, voltage and temperature sensors, characterized in that it additionally contains a controller, while the DC bus contains contacts for connecting capacitors located directly next to the IGBT modules, while the phase buses are located between the DC buses. 2. Интеллектуальный силовой модуль по п. 1, отличающийся тем, что контроллер выполнен с возможностью управления преобразованием из постоянного тока в переменный ток.2. Intelligent power module according to claim 1, characterized in that the controller is configured to control the conversion from direct current to alternating current. 3. Интеллектуальный силовой модуль по п. 1, отличающийся тем, что контроллер выполнен с возможностью управления преобразованием из постоянного тока в постоянный ток.3. The intelligent power module according to claim 1, wherein the controller is configured to control the conversion from direct current to direct current. 4. Интеллектуальный силовой модуль по п. 1, отличающийся тем, что контроллер выполнен с возможностью управления преобразованием из переменного в постоянный ток.4. An intelligent power module according to claim 1, wherein the controller is configured to control the conversion from AC to DC. 5. Интеллектуальный силовой модуль по п. 1, отличающийся тем, что выполнен с возможностью управления двунаправленной передачей энергии.5. Intelligent power module according to claim 1, characterized in that it is configured to control bi-directional energy transfer. 6. Интеллектуальный силовой модуль по п. 1, отличающийся тем, что охладитель снабжен быстроразъемными соединениями.6. Intelligent power module according to claim 1, characterized in that the cooler is equipped with quick connectors. 7. Преобразовательная система, содержащая по меньшей мере два интеллектуальных силовых модуля по любому из пп. 1-6, соединенных непосредственно друг с другом, образующих общую шину постоянного тока и распределенную систему управления.7. Converter system containing at least two intelligent power modules according to any one of paragraphs. 1-6 connected directly to each other, forming a common DC bus and distributed control system. 8. Преобразовательная система по п. 7, отличающаяся тем, что содержит контроллер, выполненный с возможностью осуществления параллельной работы преобразователей напряжения для дискретного наращивания мощности преобразовательной системы.8. The converter system according to claim 7, characterized in that it contains a controller configured to carry out parallel operation of voltage converters for discrete power increase of the converter system. 9. Преобразовательная система по п. 7, отличающаяся тем, что содержит контроллер, выполненный с возможностью синхронизации по меньшей мере двух интеллектуальных силовых модулей по любому из пп. 1-6 преобразователей напряжения.9. The converter system according to claim 7, characterized in that it contains a controller configured to synchronize at least two intelligent power modules according to any one of claims. 1-6 voltage converters.
RU2020144284A 2020-12-29 2020-12-29 Intelligent power module and converter system RU2750914C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020144284A RU2750914C1 (en) 2020-12-29 2020-12-29 Intelligent power module and converter system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020144284A RU2750914C1 (en) 2020-12-29 2020-12-29 Intelligent power module and converter system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2750914C1 true RU2750914C1 (en) 2021-07-06

Family

ID=76755890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020144284A RU2750914C1 (en) 2020-12-29 2020-12-29 Intelligent power module and converter system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2750914C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU87585U1 (en) * 2009-06-24 2009-10-10 Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") FREQUENCY CONVERTER
RU158664U1 (en) * 2015-06-03 2016-01-20 Александр Александрович Белоусов DEVICE FOR MANAGING A POWER TRACTION KIT FOR VEHICLES, PREFERREDLY CARRYING DUMPS
WO2017139872A1 (en) * 2016-02-17 2017-08-24 Tm4 Inc. Power inverter with dynamic current limiting
RU199116U1 (en) * 2020-01-15 2020-08-17 Дмитрий Валерьевич Хачатуров Power cell of multilevel frequency converter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU87585U1 (en) * 2009-06-24 2009-10-10 Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") FREQUENCY CONVERTER
RU158664U1 (en) * 2015-06-03 2016-01-20 Александр Александрович Белоусов DEVICE FOR MANAGING A POWER TRACTION KIT FOR VEHICLES, PREFERREDLY CARRYING DUMPS
WO2017139872A1 (en) * 2016-02-17 2017-08-24 Tm4 Inc. Power inverter with dynamic current limiting
RU199116U1 (en) * 2020-01-15 2020-08-17 Дмитрий Валерьевич Хачатуров Power cell of multilevel frequency converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20180111564A (en) Vehicle
US20140313671A1 (en) Power conversion apparatus
EP2717456B1 (en) Power conversion device
US7965526B2 (en) Self powered supply for power converter switch driver
EP2717455B1 (en) Power conversion device
EP2717457B1 (en) Power conversion device
WO1992022957A1 (en) Rectifier and inverter module
EP2717453B1 (en) Power converter
EP2717454B1 (en) Power conversion device
JP2016111748A (en) Power conversion device
RU158664U1 (en) DEVICE FOR MANAGING A POWER TRACTION KIT FOR VEHICLES, PREFERREDLY CARRYING DUMPS
TW201806278A (en) Power conversion system
CN105324924A (en) Mechanical bypass switch device, converter arm and power converter
CN105453370A (en) Energy storage device comprising a DC voltage supply circuit and method for providing a DC voltage from an energy storage device
CN108988655B (en) Electric power electronic controller and electric automobile
EP2717452B1 (en) Power conversion device
KR20150028696A (en) Power conversion system for electric vehicles
CN103858329A (en) Power converter
JP6996404B2 (en) Power converter
Hou et al. Family of hybrid dc-dc converters for connecting dc current bus and dc voltage bus
RU2750914C1 (en) Intelligent power module and converter system
RU2741318C1 (en) Power conversion device and electric railway vehicle equipped with power conversion device
CN212543672U (en) Power module, rectifier circuit, inverter circuit, chopper circuit and inverter chopper combined circuit
US9282677B2 (en) Power electronics device
JP5389221B2 (en) Vehicle power supply