[發明專利]三電平功率模組以及三相逆變器系統

在審

• 申請號: 202110692046.4
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113497563A
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發明（設計）人: 李遙;張東淮;郭九明;李艷明
• 申請（專利權）人: 北京機械設備研究所
• 主分類號: H02M7/00
• 分類號: H02M7/00;H02M7/483;H02M7/5387;H05K7/14;H05K7/20
• 代理公司: 北京云科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11483
• 代理人: 張飆

本申請揭示了一種三電平功率模組以及三相逆變器系統，該三電平功率模組包括機箱、三電平拓撲結構、疊層母排、母線電容、驅動板與功率器件、底部散熱器、功率回路快速插口、光電混合連接器、電流傳感器、模組控制器，疊層母排疊層母排包含母線正層、母線負層、母線零層以及交流輸出層；母線電容、驅動板與功率器件與疊層母排連接，驅動板與功率器件固定在底部散熱器上，底部散熱器設置有熱容；功率回路快速插口提供功率接口，光電混合連接器提供非功率接口；電流傳感器安裝在交流輸出層上；模組控制器與光電混合連接器連接。本申請針對短時大功率的特點，通過對三電平功率模組進行緊湊化結構設計、增加系統熱容，提升了功率模塊的功率密度。

技術領域

本發明屬于逆變器設計技術領域，涉及一種三電平功率模組以及三相逆變器系統。

背景技術

實現高壓大容量的途徑主要有：①通過器件的串聯(或多電平)實現高電壓；②通過器件的并聯實現大電流。由于通過器件的直接串聯構成的兩電平高壓逆變器存在很高的dv/dt和共模電壓，因此對電機繞組絕緣構成了威脅；同時，為了解決串聯器件同時導通和關斷的問題，20世紀80年代以來，人們發展了新型的多電平變換器。各種電壓型多電平變換器電路拓撲相繼被提出，其控制性能得到很大提高，因此成為高壓大容量電力電子系統的發展方向，并在大容量功率變換領域得到廣泛應用。

在多電平變換器的發展過程中，圍繞輸出多電平波形的生成，產生了多種電路拓撲結構，并且新的拓撲電路還在出現。按單一直流電源和多個直流電源分類，電壓型多電平變換器可以如下圖分類。人們在對高壓大容量電壓型變換器進行廣泛而深入的研究中發現，各種不同的多電平結構具有各自的特點，可應用在不同的場合。然而這些結構都可以歸結為多個電力電子基本拓撲單元的組合，或者是經過一定簡化后的組合，按照這一思路還可以派生出一些新結構，比如常見的三電平逆變器。

隨著新能源、大功率驅動領域的發展，三電平拓撲得到了廣泛的應用，現在工業界三電平逆變器多為持續運行工作模式，強電采用銅排緊固，弱電采用工業插頭的方式連接。隨著電磁發射、飛輪儲能、軋鋼等短時大功率應用的飛速發展，對短時大功率應用場景下的逆變器提出了新的要求。常見的工業變頻器因其體積大、重量重，無法滿足許多移動平臺的應用工況。同時由于短時大功率應用工況功率多為MW級或以上，現場使用環境惡劣，需要根據需求快速安裝維護，而常規工業變頻器整體更換時間長，成本高。

發明內容

為了解決相關技術中的問題，本申請提供了一種三電平功率模組以及三相逆變器系統，技術方案如下：

第一方面，本申請提供了一種三電平功率模組，所述三電平功率模組包括機箱、三電平拓撲結構、疊層母排、母線電容、驅動板與功率器件、底部散熱器、功率回路快速插口、光電混合連接器、電流傳感器、模組控制器，其中：所述疊層母排安裝于所述機箱內，所述疊層母排包含與所述三電平拓撲結構對應的母線正層、母線負層、母線零層以及交流輸出層；

所述母線電容、所述驅動板與功率器件與所述疊層母排緊固連接，所述驅動板與功率器件還固定在所述底部散熱器上，所述底部散熱器設置有預定數量的熱容；

所述功率回路快速插口提供對外的功率接口且對內與所述疊層母排的各層緊固連接，所述光電混合連接器提供對外的非功率接口且固定于所述機箱的側壁上；

所述電流傳感器安裝在所述疊層母排的交流輸出層上，以用于測量所述三電平功率模組的輸出電流；

所述模組控制器與所述光電混合連接器連接，所述模組控制器對所述三電平功率模組的所有信號進行處理，并將處理后的信號經過所述光電混合連接器發送給外部控制器。

可選的，所述光電混合連接器包括接口定位銷、電接口以及光纖接口，所述光纖接口用于傳輸PWM驅動信號、驅動故障信號、電流采樣信號、溫度采樣信號以及二次供電電源中的至少一種。

可選的，所述三電平功率模組還包括定位銷，所述定位銷固定在所述機箱的后面板上。