[發明專利]一種多相H橋高功率密度變頻器功率模塊

有效

• 申請號: 202010049098.5
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111211699B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 汪正煒;汪勇;趙凱;江峰;尹傳濤
• 申請（專利權）人: 武漢船用電力推進裝置研究所（中國船舶重工集團公司第七一二研究所）
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00;H02M7/5387;H05K7/20
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 劉念濤;宋國榮

本發明公開了一種多相H橋高功率密度變頻器功率模塊，包括主體框架、設置在主體框架內的2N（N≥3）個單相H橋功率單元和N個支撐電容組件，每對H橋功率單元和一個支撐電容組件構成一層通過通長滑槽設置在主體框架內，所述的H橋功率單元主要由IGBT及其疊層母排、電器快插插座、引出銅排、水冷底板、航空插頭、光纖插頭、水路卡套接頭以及其它附件組成；本專利功率模塊立式臥式皆可安裝，同時根據電氣相數需要可設計成四層、五層或多個相同層數的模塊并聯來實現其靈活的擴展性，具有左右對稱、構架清晰、安裝靈活，結構緊湊、可擴展性好、可維修性好等優點。

技術領域

本發明屬于電力推進技術領域，具體涉及一種結構緊湊型多相H橋高功率密度變頻器水冷功率模塊。

背景技術

隨著電力電子技術及系統集成技術的飛速發展，船舶綜合電力推進技術備受關注。船舶綜合電力推進有著傳統推進方式所不可比擬的優點，在軍民用船舶中的應用也越來越多，大功率推進變頻器是船舶綜合電力推進系統的核心設備之一。

多相H橋逆變器是大功率傳動系統中應用最為廣泛的逆變器拓撲結構之一，它是由多個單相H橋逆變器組成的，通過多相數來提高系統可靠性。

目前多相大功率變頻器在船舶推進系統中應用比較廣泛，技術也日趨成熟，但常規的多相大功率變頻器體積大，且不能滿足船舶苛刻的使用環境和較小的維修空間要求，因此對新型結構緊湊型船用多相大功率變頻器的研制很有必要。

發明內容

為了克服常規研制的大功率變頻器在體積、功率密度及可維修性等方面的局限性，本發明提供了一種在保證可靠性和可維修性前提下，具有結構緊湊、功率密度大的船用多相H橋變頻器水冷功率模塊。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種多相H橋高功率密度變頻器功率模塊，包括作為基礎的一個金屬主體框架、分N層設置在主體框架內的2N（N≥3）個單相H橋功率單元和N個支撐電容組件及疊層母排，每對H橋功率單元和一個支撐電容組件構成一層通過通長滑槽設置在主體框架內，兩件H橋功率單元并列排在每一層的前部，支撐電容組件位于后部，主體框架每層都設置通長滑槽，所述的H橋功率單元模塊化設計，采用IGBT作為主功率器件，與驅動電路板組裝在封裝框架上，每層的兩個IGBT均固定在水冷底板上，所述的支撐電容組件由陣列式排布的多個標準的圓筒型薄膜鋁電容通過金屬的電容框架拼裝構成一個整體，必要時也可采用定制整體電容直接安裝，疊層母排將支撐電容組件和H橋功率單元并聯在一起，左右兩側伸出接口連接主框架后部兩側的直流輸入母排，和每層的疊層母排伸出接口相連，通過連接銅排連接到每層的疊層母排上給該層供電，主體框架左右兩側前部分布交流輸出銅排，主體框架前部倆角位置設置有冷卻主管路，冷卻主管路引出的冷卻支路管路分布在H橋功率單元前部兩角，緊貼主體框架前壁， 端部通過卡套接頭連通水冷底板，兩端皆為可拆卸螺紋連接，主體框架后部有與外部水路連接的法蘭接口。

所述的一種多相H橋高功率密度變頻器功率模塊，其電容框架上下側分別設置有軌道，以卡入對應的通長滑槽，電容框架背部設置多個方軸，支撐電容組件滑入到位后，方軸剛好插入主體框架后部的方孔實現定位。

所述的一種多相H橋高功率密度變頻器功率模塊，其疊層母排通過螺釘固定在支撐電容組件的正負極柱上，疊層母排前面裝有2套電器快插插頭，所述的水冷底板后部設置有與電器快插插頭對應的2套電器快插插座，作為IGBT的電流輸入口，可實現H橋功率單元和疊層母排快速連接和分離，疊層母排通過電器快插將支撐電容組件和H橋功率單元并聯在一起。

所述的一種多相H橋高功率密度變頻器功率模塊，其疊層母排兩側伸出電氣接口，直流輸入母排通過轉接銅排與疊層母排電氣接口連接，給每層的功率單元供電。

所述的一種多相H橋高功率密度變頻器功率模塊，其水冷底板兩側的軌道可直接卡入封裝框架的內軌道，H橋功率單元整體可插入或拔出，便于安裝、檢修；水冷底板上下面可卡入封裝框架的內軌道內。