[發明專利]使用模塊化電子模塊的電源的包裝

有效

• 申請號: 201280040766.1
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN103748778B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: K.D.威斯納;E.A.諾瓦克
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 謝強

相關申請的交叉引用

本申請要求2011年6月29日提交的名稱為“使用模塊化電子模塊的電源的包裝”的美國臨時專利申請No.61/502,593的優先權權益。

背景技術

本公開涉及電源的構建和包裝。更具體地，本公開涉及使用模塊化電子模塊的三相電源的構建和包裝。

配置為用于控制在第一交流(AC)系統和第二AC系統之間的能量流動的電源被用于大量商業和工業應用。例如，電源典型地用于AC電機控制和操作系統。不同的電源將能量從第一頻率和電壓轉換到第二頻率和電壓。實現這樣的電源的一種方法是包括一個或多個功率單元的驅動器，每個功率單元包括多個具有中間直流(DC)連接的固態開關。包含了這樣的功率單元的一個示例系統在授予Hammond的美國專利5625545(‘545專利)中討論。

典型地，諸如在‘545專利中討論的電源被包裝在單個封裝中以便容易運輸和設置。圖1示出了包裝于一個多柜封裝102中的電源100。封裝102將電源100的各個組件以線性方式布置。在封裝102一端，提供了輸入連接器104以用于將電源100可操作地連接到多相輸入。在該例子中，輸入連接器104被配置用于三相電源輸入。輸入連接器104可操作地連接到在封裝102中被包含于變壓器柜內的變壓器106。變壓器106典型地包括單個初級繞組和多個次級繞組。如在‘545專利中討論的，這樣的變壓器的一個例子包括單個初級繞組和九個次級繞組。

多個功率單元108被包括于封裝102中的功率單元柜內。每個功率單元108連接至變壓器106的單個次級繞組。每個功率單元108包括一個底架、一個散熱片、多個電容器、多個母線(bus bar)、不同的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)和多個二極管，布置并且配置為使得功率單元響應于多相輸入來產生一個單相輸出。

每個功率單元可以包括一個H橋式布置，如在圖1b和1c中所示的那些。如在圖1b中所示，半橋設計120可以包括例如互相串聯連接但是與電容器121并聯的一對固態開關122、123。替換地，如圖1b所示，完美無諧波(Perfect Harmony)H橋型設計130可以包括兩對固態開關124a、124b和125a、125b，可以與電容器121并聯連接。

各個功率單元108可以被布置為列或行，每個列或行涉及功率單元的單個級或相位。例如，四個功率單元108被布置為行110a，四個功率單元被布置為行110b，并且四個功率單元被布置為行110c。在任何給定的行中四個功率單元108的每個可操作地連接并且配置為對單個輸出作出貢獻。例如，每個功率單元108可以被配置為產生750伏特。因此，功率單元行110a在第一相處產生3000伏特的最大相電壓，功率單元行110b在第二相處產生3000伏特的最大相電壓，功率單元行110c在第三相處產生3000伏特的最大相電壓。如此處使用的，3000伏特相電壓可以相應于5196伏特的線電壓。由功率單元行110a、110b和110c的三相電源輸出被傳遞到三相輸出連接器(圖1中未示出)，在那里負載、例如電機，可以被可操作地連接到電源100。

電源100也包括各個控制電路112。控制電路112被配置為監視在變壓器106的初級繞組處的輸入，監視次級繞組的輸出，監視每個功率單元108的操作，并且執行涉及了電源的操作的其他各個功能，諸如控制穿過封裝102的通風。控制電路112典型地可操作地連接到外部的控制板或遠程計算設備。用戶可以在控制板或遠程計算設備處監視電源的操作，并且改變電源操作的各個方面。

圖1d示出了使用M2C半橋布置(諸如在圖1b中示出的布置120)的裝置，其中兩個或多個模塊化多電平變流器系統141、142被并聯連接到DC電源(通過P-N輸入識別)，以形成向兩個或多個負載143、144輸送功率的變流器。每個系統包括三個由一組串聯連接的變流器子模塊148a,…148n組成的變流器分支145、146、147。盡管圖11示出了在每個分支中的八個子模塊，但是任何數量的子模塊都是可能的。