[發明專利]一種模塊化功率柜

有效

• 申請號: 201110081709.5
• 申請日: 2011-04-01
• 公開（公告）號: CN102158057A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 胡家喜;楊進峰;李彥涌;唐林;宋嬌;孫保濤;姚磊;和紹君;向言豐;劉旭君
• 申請（專利權）人: 株洲南車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: H02M1/00
• 分類號: H02M1/00;H05K5/00
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所 31251
• 代理人: 王法男

技術領域

本發明涉及一種功率裝置的柜體，尤其是涉及一種應用于中高壓大功率電力電子成套裝置的通用模塊化功率柜。

背景技術

隨著現代電力電子技術及計算機控制技術的迅速發展，交流調速逐步取代了直流調速，特別是近些年來，隨著半導體器件技術的迅速發展，尤其是以絕緣柵雙極晶體管（IGBT）、電子注入增強門極晶體管（IEGT）、門控晶閘管（GTO）、集成門極換向晶閘管（IGCT）為代表的大功率全控器件得到急速發展，由它們構成的中高壓變流器系統，性能優異，可以實現PWM逆變和PWM整流，不僅具有諧波小，功率因數也有很大程度的提高。其中，IGCT和IGBT作為目前高效率、高可靠性的新型電力半導體器件，在現代中高壓變頻器系統中應用最多。

其中，IGCT集成門極換流晶閘管(Intergrated?Gate?Commutated?Thyristors)和絕緣柵雙極晶體管（IGBT）都是用于中高壓大功率電力電子成套裝置中的新型電力半導體器件。IGBT和IGCT等大功率開關器件的應用使變流裝置在功率、可靠性、開關速度、效率、成本、重量和體積等方面都取得了巨大進展，給電力電子成套裝置帶來了新的飛躍，已經廣泛的應用于中高壓變流、變頻功率裝置。目前市場上出現的多數IGBT或IGCT中高壓功率柜主要應用于中高壓變頻器，有效的實現了電機調速，在節能環保方面取得了非常顯著的效果。

常用的變頻器系統多數由若干個功率單元構成，一般分為控制單元、整流單元和逆變單元的三個基本單元。由于大功率開關器件的應用要求比較苛刻，在整個系統如何有效分配這個三個單元的組合上，出現了很多方案，大體分成了兩大類，一類是整個系統集合成一個一體式結構的系統柜；另一類是完全拆分成三個小單元柜的單體式結構。但這兩種結構明顯存在著多種弊端。

單體式結構柜僅包含功率模塊及與之關聯的主電路連線，這種結構雖然能將功率柜做到最小尺寸，但是在實際應用中不僅裝配麻煩，而且因為控制部分與功率柜分開，在應用中需要在現場對所有控制線纜和光纖進行連接，大量的線纜連接不僅費時費力，極大降低了現場安裝調試效率，而且接線一旦錯誤，往往會損壞變流器關鍵部件，甚至導致整機故障，給安裝調試帶來麻煩；同時若將大量信號電纜分為兩部分連接，也會大大降低控制線纜的抗電磁干擾能力，以至在極端情況下干擾信號會造成系統誤報故障而導致停機。

一體式結構的功率柜是將整流、逆變和控制三部分集成在一個柜體之內，由于采用了不可拆卸的整體結構方案，體積和重量都非常龐大，運輸、吊裝和安裝都非常困難，同時這種結構的功率柜僅能實現單個電機的單傳動應用，無法滿足目前工業領域中常用的多傳動、冗余傳動及雙重化傳動等應用需求。因此，如何實現整個功率系統的有效組合分配，方便整個系統的運輸、安裝和檢修成了目前功率柜應用的首要難題，對此國內外均沒有很好的解決方案。

發明內容

本發明的目的是提供一種模塊化功率柜，該裝置實現了功率單元和控制單元的有效整合，既解決了一體式結構的功率柜系統龐大而不利運輸和安裝的問題，又使得接線及調試更為方便和可靠。

本發明具體提供了一種模塊化功率柜的具體實施方式，一種模塊化功率柜，包括：控制箱，輔助電路，電抗器，相模塊，柜體，低感母排A，母排，低感母排B，支撐電容，出水管路，進水管路，柜體劃分為高壓區和低壓區，低壓區和高壓區之間有金屬板進行隔離，高壓區包括相模塊、電抗器和支撐電容，相模塊和電抗器自上而下分布于柜體內，低壓區包括控制箱和輔助電路，控制箱和輔助電路通過柜體布線與包括相模塊在內的高壓區的弱電部分相連，低壓區的控制箱和高壓區相模塊的功率器件通過電纜或光纖連接，由出水管路和進水管路組成的水冷卻管路分布在柜體的上下兩端。功率單元和控制單元的有效整合，解決了功率柜龐大而不利運輸和安裝的問題，通用性更強，集成度更高。

作為本發明一種模塊化功率柜進一步的實施方式，電抗器，相模塊和支撐電容通過低感母排實現電路連接，低感母排之間采用母排或電纜連接。

作為本發明一種模塊化功率柜進一步的實施方式，電抗器和相模塊通過低感母排A和母線連接在一起，自上至下分三層均布在柜體中，通過抽屜式推拉結構組裝在柜體中；支撐電容分布在控制箱的后部，分三層均布在柜體中，通過抽屜式推拉結構組裝在柜體中，支撐電容和相模塊通過低感母排B連接在一起；電抗器，支撐電容和相模塊后通過連接母排連接在一起，實現整個電路的連接。

作為本發明一種模塊化功率柜進一步的實施方式，相模塊為IGCT或IGBT相模塊。

作為本發明一種模塊化功率柜進一步的實施方式，控制箱，輔助電路分布在支撐電容的前方。