[發明專利]一種大功率半導體變流器功能單元柜

在審

• 申請號: 201310498724.9
• 申請日: 2013-10-22
• 公開（公告）號: CN103532348A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 胡家喜;李彥涌;楊進峰;孫保濤;羅凌波;朱武;姚磊;劉海濤;羅劍波;周偉軍;劉少奇;馬振宇
• 申請（專利權）人: 南車株洲電力機車研究所有限公司
• 主分類號: H02M1/00
• 分類號: H02M1/00;H02M5/42
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，具體而言，涉及一種大功率半導體器件變流器功能單元柜。

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頻器系統，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是一種高效率、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。目前市場上出現的多數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。

目前市場上出現的基于三電平電路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、逆變單元、斬波單元、冷卻單元、終端單元（可選）等基本單元。由于IGCT器件應用要求比較苛刻，在整個系統如何有效分配多個單元的組合上，出現了很多方案，多數為單體式結構或者一體式結構，但這兩種結構明顯存在著多種弊端。

單體式結構柜僅包含IGCT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系統可靠性也將面臨很大的風險，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，極大降低裝配效率，而且接線一旦錯誤，往往會損害變流器；同時若將大量信號電纜分為2部分連接，也會大大降低控制線纜對電磁的抗干擾能力，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IGCT三電平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。

在IGCT器件組成的三電平電路的變頻器系統中，對各個功能單元組合上應用較多的兩種組合方式相比較：一種是功能單元完全整合成一個柜體，這樣組成的系統非常龐大，運輸和安裝困難，而且出現故障時不容易實現故障的排除和隔離；另一種是功能單元完全分離，這樣分配組合雖然解決了單個單元柜體積變小運輸比較方便，但是在現場安裝時，因為功能單元的分離，接線比較繁瑣，而且容易出錯，給調試帶來麻煩。

因此，在系統功能單元的分配整合上，一個亟待解決的問題是需要提供一種通用的變頻器系統布局設計，使得其既可以滿足運輸和維護的方便性又能保證系統安裝的簡易性。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出了一種大功率半導體變流器功能單元柜，其包括由頂架和底架構成的框架，在所述頂架和所述底架之間設有多個隔檔，相鄰兩個隔檔之間依次對稱地安裝逆變單元、第一控制單元、斬波單元、第二控制單元、整流單元，其中各個單元之間相關的線路在安裝之前進行適配連接后整體打包配置以免去使用時需要的二次調試。

根據本發明的變流器功能單元柜，其還包括輸入濾波單元，所述輸入濾波單元固定安裝在所述整流單元一側，用于對進入所述功能單元柜的交流信號進行濾波。

根據本發明的變流器功能單元柜，其還包括輸出濾波單元，所述輸出濾波單元固定安裝在所述逆變單元一側，用于對所述功能單元柜輸出的交流信號進行濾波。

根據本發明的變流器功能單元柜，其還包括水冷單元，所述水冷單元設在所述輸出濾波單元或者所述輸入濾波單元一側，用于消散所述功能單元柜中的各個單元工作時產生的熱量。

根據本發明的變流器功能單元柜，所述功能單元柜中的功率器件為整流管、晶閘管、IGBT、IEGT或IGCT中的任意組合。

根據本發明的變流器功能單元柜，為滿足容量的需求，所述整流單元為兩個，所述逆變單元為兩個，斬波單元為一個。

本發明正是設計一種有效的基于IGCT器件的三電平變頻器系統布局，通過功能單元的有效分離和組合，完成不同需求的變頻器系統需求，同時以打包的方式進行運輸和安裝，保證系統的完整性，在某塊出現故障時又可以隔離和替換的方式更換各個功能單元，有效的解決了變頻器系統如何布局的問題。