[實(shí)用新型]一種背靠背式三電平靜止變頻器的功率組件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201020249645.6
• 申請(qǐng)日: 2010-06-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN201708701U
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張海燕;鄭旻;時(shí)代;逯乾鵬;李守法;程德倪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院;上海科達(dá)機(jī)電控制有限公司;上海斯隆能源技術(shù)服務(wù)有限公司
• 主分類號(hào): H02M5/45
• 分類號(hào): H02M5/45;H05K7/20
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;柏子雵

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種三電平靜止變頻器的功率組件。

背景技術(shù)

靜止變頻器是一種運(yùn)行可靠、性能優(yōu)良的起動(dòng)裝置。它的提出已有幾十年的時(shí)間，國(guó)外已進(jìn)入普遍應(yīng)用階段，運(yùn)行于燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組、抽水蓄能電站、高爐鼓風(fēng)機(jī)等方面。一套起動(dòng)裝置能依次起動(dòng)若干臺(tái)大型機(jī)組，節(jié)省設(shè)備投資。另一方面，靜止變頻起動(dòng)裝置造價(jià)較高，系統(tǒng)復(fù)雜，要求較高的技術(shù)水平和維護(hù)水平。然而，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，這些問(wèn)題已日益得到解決。

與普通的二電平PWM變頻器相比，三電平靜止變頻器由于輸出線電壓電平數(shù)由2個(gè)增加到3個(gè)，每個(gè)電平幅值相對(duì)較低，由整個(gè)直流母線電壓降低為一半的直流母線電壓，輸出dv/dt也相應(yīng)下降；在同等開(kāi)關(guān)頻率的前提下，采用三電平結(jié)構(gòu)還可使輸出波形質(zhì)量有較大的改善。如輸入也采用對(duì)稱的三電平PWM整流結(jié)構(gòu)，可以做到輸入功率因數(shù)可調(diào)，輸入諧波較低，且可以四象限運(yùn)行，系統(tǒng)具有較高的動(dòng)態(tài)性能。

如今，變頻器的應(yīng)用在日益增加，對(duì)變頻器可靠性的要求越來(lái)越高。影響變頻器的可靠性指標(biāo)有多項(xiàng)，其中在設(shè)計(jì)過(guò)程中其散熱與通風(fēng)是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。一般來(lái)講，由于設(shè)備功率大，在正常工作時(shí)，仍要產(chǎn)生大量的熱量。為保證設(shè)備的正常工作，把大量的熱量散發(fā)出去，優(yōu)化散熱與通風(fēng)方案，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高效散熱，對(duì)于提高設(shè)備的可靠性是十分必要的。

變頻器在正常工作時(shí)，功率組件則是熱量的主要來(lái)源，其中作為主電路電子開(kāi)關(guān)的功率器件的散熱、功率組件的散熱設(shè)計(jì)相應(yīng)的變得最為重要。功率器件的耗散功率所產(chǎn)生的溫升需由散熱器來(lái)降低，通過(guò)散熱器增加功率器件的導(dǎo)熱和輻射面積、擴(kuò)張熱流以及緩沖導(dǎo)熱過(guò)渡過(guò)程，直接傳導(dǎo)或借助于導(dǎo)熱介質(zhì)將熱量傳遞到冷卻介質(zhì)中。目前在高壓變頻器中常用到的冷卻方式為強(qiáng)制空氣冷卻、循環(huán)水冷卻、熱管散熱器冷卻。由于采用水冷方式散熱有體積小、效率高、沒(méi)有污染等優(yōu)點(diǎn)，散熱器表面與流體的溫差比較小，一方面可以提高功率，另一方面可以降低芯片的溫度，提高其壽命。因此，采用水冷方式對(duì)變頻器進(jìn)行冷卻，是提高設(shè)備可靠性和縮小設(shè)備體積的一個(gè)重要措施。

設(shè)計(jì)三電平變頻器的功率組件時(shí)，在滿足散熱設(shè)計(jì)的同時(shí)，應(yīng)充分考慮到設(shè)備的裝卸、檢修及維護(hù)的方便問(wèn)題。但是目前為止還沒(méi)有一種能夠滿足要求的功率組件。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種適用于背靠背式三電平靜止變頻器的功率組件。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供了一種背靠背式三電平靜止變頻器的功率組件，其特征在于，包括相連接的兩個(gè)功率組件水冷散熱器，功率組件水冷散熱器通過(guò)水冷散熱器支撐柱設(shè)于功率組件支撐板上，每個(gè)功率組件水冷散熱器的兩端通過(guò)水冷散熱器連接頭分別直接連于主循環(huán)水管道的進(jìn)水管和回水管，在一個(gè)功率組件水冷散熱器的兩面各安裝一個(gè)IGBT模塊和一個(gè)二極管模塊，同時(shí)，在另一個(gè)功率組件水冷散熱器的兩面正反設(shè)有兩個(gè)IGBT模塊，四個(gè)IGBT模塊依次串聯(lián)在直流正極和直流負(fù)極之間組成兩個(gè)橋臂，在位于中間的兩個(gè)IGBT模塊之間引出有輸入/輸出端，在每個(gè)橋臂的中點(diǎn)與0點(diǎn)之間分別跨接有一個(gè)二極管模塊，在直流正極和直流負(fù)極與0點(diǎn)間分別跨接有一個(gè)吸收電容。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是：

1.結(jié)構(gòu)緊湊，采用“背靠背”式安裝。功率組件采用功率器件在功率組件水冷散熱器上兩面安裝，即“背靠背”式安裝，這種緊湊的結(jié)構(gòu)，使得功率組件在滿足其散熱要求，達(dá)到散熱效果的前提下，比使用兩個(gè)單面安裝散熱器的方案節(jié)省了一半的空間。因此，結(jié)構(gòu)的緊湊使得功率組件體積的縮小，從而可以極大的減小整機(jī)的尺寸。

2.統(tǒng)一的功率組件結(jié)構(gòu)。三電平變頻器整流部分與三電平變頻器逆變部分可設(shè)計(jì)為完全相同的兩部分，并且三電平變頻器整流部分和三電平變頻器逆變部分中的每一相可設(shè)計(jì)為共六個(gè)相同的功率組件。因此，功率組件的設(shè)計(jì)統(tǒng)一將功率器件安裝于功率組件水冷散熱器的兩面，再通過(guò)絕緣的水冷散熱器支撐柱固定于功率組件支撐板上，形成一個(gè)功率組件的整體，可以使功率組件形成一體化，方便裝配、檢修與維護(hù)，使三電平變頻器整流部分和三電平變頻器逆變部分使用相同的功率組件。

3.高標(biāo)準(zhǔn)的互換性。功率組件電路簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)清晰，技術(shù)成熟可靠。另外，采用模塊化結(jié)構(gòu)，三電平變頻器整流部分與三電平變頻器逆變部分的功率組件，由于其統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)，故可以在不進(jìn)行任何改動(dòng)的情況下互換，同時(shí)，裝配和維修也非常方便。