[實(shí)用新型]水冷型三相二極管箝位型三電平逆變功率模塊

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020111981.4
• 申請日: 2010-02-08
• 公開（公告）號(hào): CN201616760U
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何湘寧;汪鋆;婁益豐;辛同磊;楊兵建;徐枝新;趙榮祥
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué);杭州臥龍電氣研究院有限公司
• 主分類號(hào): H02M1/00
• 分類號(hào): H02M1/00;H05K7/20
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種大功率三電平交流傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種針對三相二極管箝位型三電平逆變拓?fù)涞乃湫凸β誓K的主電路結(jié)構(gòu)和布局。

背景技術(shù)

基于IGBT的大功率二極管箝位型三電平變頻器是目前廣泛應(yīng)用的中壓交流傳動(dòng)系統(tǒng)方案之一，現(xiàn)今國內(nèi)外一些企業(yè)已經(jīng)有0.3～7.2MVA的工業(yè)產(chǎn)品。相比級聯(lián)H橋拓?fù)涠裕粫?huì)有復(fù)雜的多繞組變壓器，系統(tǒng)可靠性更高，并且單直流母線系統(tǒng)使得多臺(tái)不同功率等級的三電平逆變器可以由一臺(tái)整流器供能，大大節(jié)約了資源。但由于不同客戶的特定需求，裝置即便電氣原理相同往往也要經(jīng)過重新設(shè)計(jì)，尤其是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，需耗費(fèi)大量的時(shí)間和物資投入。電力電子變流模塊(Power?Electronics?BuildingBlock，PEBB)的應(yīng)用可以省去許多重復(fù)工作。它可獨(dú)立運(yùn)行亦可組合使用，是當(dāng)今大功率變頻器設(shè)計(jì)的趨勢，標(biāo)準(zhǔn)化的軟硬件接口和精簡的體積使其擁有很強(qiáng)的通用性、擴(kuò)展性和優(yōu)良的電磁兼容特性，受到設(shè)計(jì)者和市場的廣泛歡迎。目前，工業(yè)界在多電平級聯(lián)H橋逆變器的PEBB應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。而在二極管箝位型三電平IGBT逆變器PEBB的研制中，少數(shù)國外公司和高校也已有相關(guān)產(chǎn)品或工業(yè)樣機(jī)，但國內(nèi)自主研發(fā)仍然不足。

二極管箝位型三電平變流模塊設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是元件的布局和疊層母線排的應(yīng)用。大功率器中分布雜散電感對功率器件關(guān)斷特性有重要影響，疊層母線排能在很大程度上減小雜散電感，有效地抑制各功率器件關(guān)斷電壓尖峰，省去冗雜的阻容吸收電路，使結(jié)構(gòu)緊湊，并減小對敏感電路的干擾。但是，考慮到功率等級，IGBT和功率二極管模塊體積較大，端子間距離較遠(yuǎn)。而該拓?fù)溆质沟脜⑴c換流的功率器件數(shù)量較多，因而減小換流回路雜散電感具有相當(dāng)難度；另一方面，出于成本考慮一般選用鋁電解電容支撐母線直流電壓。由于其耐壓等級低，需要大量串并聯(lián)，連接線路上的雜散電感會(huì)造成各并聯(lián)電容間高頻電流分布不均勻，距離功率器件較近的電容會(huì)承受高于額定值的電流而急劇發(fā)熱。因此這兩者是工業(yè)工程應(yīng)用中的主要問題，將在本發(fā)明專利中得到解決。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型提供一種功率密度高、關(guān)斷電壓尖峰小且電解電容不易發(fā)熱的水冷型三相二極管箝位型三電平逆變功率模塊

本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種三相二極管箝位型三電平逆變拓?fù)涞乃湫凸β誓K，包括：

底部帶有底層鋼板的支撐架；

電解電容組，位于底層鋼板上；

第二疊層母排，鋪設(shè)在電解電容組上，所述的電解電容組通過第二疊層母排相互連接；

水冷散熱器，架設(shè)在第二疊層母排上方；

第一疊層母排，架設(shè)在水冷散熱器上方，第一疊層母排與第二疊層母排相對應(yīng)的齒狀連接端子之間分別通過第二吸收電容組相連；

功率器件、平衡電阻和電壓傳感器，均位于第一疊層母排和水冷散熱器之間且固定在水冷散熱器的上表面，功率器件、平衡電阻和電壓傳感器均通過第一疊層母排相互連接；

第一吸收電容組，位于第一疊層母排上方，通過第一疊層母排相互連接。

所述的第一疊層母排構(gòu)成了二極管箝位型三電平拓?fù)洌谝化B層母排分為四層：

最下層(最鄰近水冷散熱器的一層)是三相交流輸出母排；

最下層上方是直流中點(diǎn)層；

直流中點(diǎn)層上方的一層包括處于同一平面的第一正極母排和第一負(fù)極母排；

最上層是連接IGBT和箝位二極管的母排。

第一疊層母排中的直流中點(diǎn)層、正極母排和負(fù)極母排的側(cè)邊設(shè)有交錯(cuò)分布的齒狀的連接端子向下延伸出來，用來與第二疊層母排相對應(yīng)的連接端子相連接。

所述的第二疊層母排分為兩層：

下層(最鄰近底層鋼板的一層)包括電解電容串聯(lián)母排和直流中點(diǎn)母排，其中所述的直流中點(diǎn)母排位于中心，電解電容串聯(lián)母排分布在直流中點(diǎn)母排的兩側(cè)各兩塊；

上層包括第二正極母排和第二負(fù)極母排。

第二疊層母排中的直流中點(diǎn)層、正極母排和負(fù)極母排的側(cè)邊設(shè)有交錯(cuò)分布的齒狀的連接端子延伸出來，用來與第一疊層母排相對應(yīng)的齒狀連接端子相連接。

第一疊層母排的三相通過大面積直流中點(diǎn)層、第一正極母排和第一負(fù)極母排連為整體，并在側(cè)面向上翻起形成連接端子以便在功率器件附近安裝第二吸收電容組。

直流輸入、交流輸出和制動(dòng)端子(共8條)均位于整個(gè)水冷型功率模塊的同側(cè)，以便連接；而水冷散熱器的進(jìn)出水端口在水冷型功率模塊的相反的一側(cè)，避免外接水路與電路的交錯(cuò)。