[發(fā)明專利]一種三電平變流器的模塊化結(jié)構(gòu)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310032906.7
• 申請(qǐng)日: 2013-01-29
• 公開（公告）號(hào): CN103107724A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張魯華;吳競(jìng)之;薛兆強(qiáng);宋小亮;尹正兵;陳國(guó)棟;董祖毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海電氣集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號(hào): H02M7/483
• 分類號(hào): H02M7/483;H02M7/00;H05K7/20
• 代理公司: 上海兆豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(有限合伙) 31241
• 代理人: 章蔚強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種功率器件，尤其涉及一種三電平變流器的模塊化結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，變流器功率越來(lái)越高。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的效率，減小系統(tǒng)的熱損耗，大功率的變流器系統(tǒng)趨于采用中高壓的電壓等級(jí)。鑒于當(dāng)前電力電子器件的發(fā)展水平，如果繼續(xù)采用兩電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在中高壓場(chǎng)合需要多只電力電子器件的串聯(lián)，而串聯(lián)電力電子器件的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的均壓?jiǎn)栴}解決起來(lái)比較困難，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由于采用了鉗位二極管，順利地解決了均壓的問(wèn)題，使得低電壓等級(jí)的電力電子器件在中高壓變流器系統(tǒng)的應(yīng)用成為可能。由于電容鉗位的三電平拓?fù)渲秀Q位電容的電平控制比較復(fù)雜，當(dāng)前應(yīng)用中多采用二極管鉗位的三電平結(jié)構(gòu)。

IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是電壓敏感型器件，如果換流回路中的雜散電感過(guò)大，IGBT關(guān)斷時(shí)有可能造成過(guò)電壓而損壞。尤其是三電平變流器的器件多、連線復(fù)雜，三電平電路中功率模塊的合理布局可有效減小換流回路，從而降低回路的雜散電感。

三電平變流器多工作在逆變狀態(tài)，此時(shí)外管的損耗大約為內(nèi)管損耗的3-4倍，因此功率器件的均勻散熱設(shè)計(jì)也是系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種三電平變流器的模塊化結(jié)構(gòu)，它可以有效地減小電流回路，并且保證功率器件均勻散熱，方便地進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)和拓展。

實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：

一種三電平變流器的模塊化結(jié)構(gòu)，所述三電平變流器包括三個(gè)并聯(lián)的單相三電平電路，每個(gè)單相三電平電路包括第一IGBT至第四IGBT、第一鉗位二極管及第二鉗位二極管，其中，第一IGBT的發(fā)射極分別連接第二IGBT的集電極和第一鉗位二極管的陰極；第二IGBT的發(fā)射極連接第三IGBT的集電極；第三IGBT的發(fā)射極分別連接第四IGBT的集電極和第二鉗位二極管的陽(yáng)極；第一鉗位二極管的陽(yáng)極連接第二鉗位二極管的陰極；

針對(duì)每個(gè)單相三電平電路：

所述第一IGBT至第四IGBT、第一鉗位二極管和第二鉗位二極管均固定在一個(gè)內(nèi)含水道的水冷基板的表面；

所述第一IGBT至第四IGBT分別固定于所述水冷基板的四角，并以第一IGBT和第二IGBT為一列、第一IGBT和第四IGBT對(duì)角的形式設(shè)置；

所述第一鉗位二極管和第二鉗位二極管呈一列并固定于所述水冷基板的中部，并且第一鉗位二極管的陰極和第二鉗位二極管的陰極一一對(duì)應(yīng)地對(duì)著第一IGBT和第二IGBT所在側(cè)。

上述的三電平變流器的模塊化結(jié)構(gòu)，其中，所述第一IGBT至第四IGBT均以集電極在內(nèi)側(cè)，發(fā)射極在外側(cè)的方式布置。

上述的三電平變流器的模塊化結(jié)構(gòu)，其中，所述第一IGBT至第四IGBT各自的驅(qū)動(dòng)安裝在各自發(fā)射極的旁側(cè)。

上述的三電平變流器的模塊化結(jié)構(gòu)，其中，所述內(nèi)置于水冷基板內(nèi)部的水道包括豎向進(jìn)水水道、頂部橫向水道、底部橫向水道以及三個(gè)豎向冷卻水道，其中：

所述豎向進(jìn)水水道位于所述水冷基板的左側(cè)，其下端口接一進(jìn)水口，其上端口接通所述頂部橫向水道；

所述三個(gè)豎向冷卻水道分別接通所述頂部橫向水道和底部橫向水道，并且一一對(duì)應(yīng)于所述第一IGBT和第二IGBT所在列、第一鉗位二極管和第二鉗位二極管所在列以及第三IGBT和第四IGBT所在列；

所述底部橫向水道的右端口接一出水口。

上述的三電平變流器的模塊化結(jié)構(gòu)，其中，所述第一IGBT位于所述水冷基板的左上角或者右上角。

上述的三電平變流器的模塊化結(jié)構(gòu)，其中，所述第一IGBT位于所述水冷基板的右上角；所述第二IGBT位于所述水冷基板的右下角；所述第三IGBT位于所述水冷基板的左下角；所述第四IGBT位于所述水冷基板的左上角；所述第一鉗位二極管位于所述水冷基板的中部下方；所述第二鉗位二極管位于所述水冷基板的中部上方。

上述的三電平變流器的模塊化結(jié)構(gòu)，其中，

從所述水冷基板的下方，自第二IGBT和第三IGBT的連接線引出交流引出線；

從所述水冷基板的上方，自第一IGBT的集電極引出直流正線，自第四IGBT的發(fā)射極引出直流負(fù)線，自第一鉗位二極管和第二鉗位二極管的連接線引出直流中線。

上述的三電平變流器的模塊化結(jié)構(gòu)，其中，所述第一IGBT位于所述水冷基板的左下角；第二IGBT位于所述水冷基板的左上角；第三IGBT位于所述水冷基板的右上角；第四IGBT位于所述水冷基板的右下角；第一鉗位二極管位于所述水冷基板的中部上方；第二鉗位二極管位于所述水冷基板的中部下方。