[發(fā)明專利]帶有電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)母線系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換模塊

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 98107966.0
• 申請(qǐng)日: 1998-05-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1199274A
• 公開(kāi)（公告）日: 1998-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: W·格羅斯曼;I·赫爾布斯特;U·梅耶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: ABB戴姆勒-奔馳運(yùn)輸(技術(shù))有限公司
• 主分類號(hào): H02M1/00
• 分類號(hào): H02M1/00;H05K7/00;H02B1/20
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 馬鐵良,王岳

?????????????????????????技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域。根據(jù)權(quán)利要求1與10的前序部分，它建立在一種轉(zhuǎn)換模塊與轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上。

?????????????????????????先有技術(shù)

本發(fā)明涉及到用于大容量轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換模塊。轉(zhuǎn)換模塊由若干電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)通過(guò)母線系統(tǒng)的方式構(gòu)成。該母線系統(tǒng)在諸如“GTO-Hochleistungsstromrichter?fur?Triebfahrzeuge?mitDrehstromantrieb”(GTO大容量轉(zhuǎn)換器采用三相發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)牽引車輛)的文章有過(guò)敘述，ABB技術(shù)4/1995，第4～13頁(yè)。電能通過(guò)一種DC中介電路供給電力驅(qū)動(dòng)機(jī)車，在輸入側(cè)，DC中介電路與一DC電網(wǎng)相連，或通過(guò)干線轉(zhuǎn)換器與一AC電網(wǎng)相連，通常情況下，利用一種多相驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，可在輸出側(cè)為三相異步牽引電機(jī)提供幅值與頻率都可變的電功率。母線系統(tǒng)組成了干線轉(zhuǎn)換器-或架空DC電網(wǎng)-與電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)或驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器各模塊之間的電氣節(jié)點(diǎn)。這樣可能十分復(fù)雜，可能會(huì)限制實(shí)現(xiàn)該電氣開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，而且將導(dǎo)致相當(dāng)高的成本。

在電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的發(fā)展過(guò)程中，已將常規(guī)晶閘管或柵極關(guān)斷晶閘管(GTO)改進(jìn)為IGBT(絕緣柵極雙極晶體管)。IGBT通常集成為一個(gè)模塊。由于電流及功率較大，多數(shù)模塊作并聯(lián)連接。對(duì)于不同功率的轉(zhuǎn)換器類型，可以找到相應(yīng)的母線系統(tǒng)，母線系統(tǒng)允許多相轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)型，可按比例縮放且電感較低。

在早期的兩個(gè)德國(guó)專利申請(qǐng)中(申請(qǐng)?zhí)枮?9600367.9及19612839.0)，該問(wèn)題通過(guò)電力半導(dǎo)體模塊在扁平狀DC電極板及平行相線母線的上方組成一種二維排列而得以解決，這樣沒(méi)有什么優(yōu)點(diǎn)。在扁平模塊狹長(zhǎng)的一邊，沿其縱向帶有插入式觸頭，這些模塊便可插入兩排母線的突緣里，該突緣起到配套連接作用，且同相線母線平行。相鄰最近的模塊間彼此互轉(zhuǎn)180度并通過(guò)橋電路相互聯(lián)接起來(lái)。由此以形成半橋或橋臂對(duì)，也就是說(shuō)，這些模塊聯(lián)結(jié)在極性相反的DC電極板上，然后將半個(gè)周期的反極性電流饋至公共相線母線上。相反地，下一組相鄰的模塊也沿相同方向排列，而且并聯(lián)起來(lái)，起到功率劃分作用。

這種結(jié)構(gòu)仍然存在著缺點(diǎn)，譬如，對(duì)稱性不夠好，電感不夠理想，特別是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。模塊間的電流流徑途徑較長(zhǎng)，且有不同路數(shù)，便導(dǎo)致了電流不對(duì)稱與模塊負(fù)荷的不均勻。隨著功率級(jí)或每相模塊數(shù)量的增加，導(dǎo)致部分優(yōu)化用電增多，功率額定值便降低了。這種排列還在設(shè)計(jì)方面帶來(lái)一些問(wèn)題。各種型號(hào)需要大量不同的部件且裝配較為復(fù)雜。由于正負(fù)極節(jié)點(diǎn)彼此靠近且相互滲透，因此需特別注意絕緣隔離的最小柔量值以及漏電距離。此外，對(duì)于各種應(yīng)用及功率級(jí)，需要制定金屬板的剪制尺寸，還要逐個(gè)地搭配元件。

根據(jù)DE?4402425A1的發(fā)明，先有技術(shù)為，沿著相線母線將許多由半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件組成的橋臂對(duì)并聯(lián)起來(lái)。每個(gè)橋臂元件作首尾相連排列，或彼此相對(duì)，兩者可為一樣類型，由縱向剖面可看出，它們保持相互接觸并由螺絲擰緊。其一個(gè)顯著的缺點(diǎn)在于，為減小電感，相線母線在末端折疊后再平行返回。

????????????????????????發(fā)明概述

因而，本發(fā)明的目的就是為轉(zhuǎn)換器提供一種新型的母線系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，空間節(jié)省，裝配復(fù)雜性降低，而且對(duì)稱性改善，電感較低且電流容量大。根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求1的特征，可以達(dá)到上述目的。

具體地說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)質(zhì)就在于優(yōu)選地采用插入式電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，這些開(kāi)關(guān)成對(duì)地同DC中介電路的正負(fù)極節(jié)點(diǎn)及相線母線連結(jié)起來(lái)，且在排列時(shí)，其前側(cè)或后側(cè)彼此相對(duì)，相靠頗近。由此，負(fù)載電流與換向電流所流經(jīng)的途徑均為對(duì)稱狀，而且設(shè)計(jì)的電感較低。同時(shí)，提供各種轉(zhuǎn)換模塊方案，由于模塊為標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，所以在裝配時(shí)比較簡(jiǎn)單，而且可按照需要的額定值進(jìn)行簡(jiǎn)捷的搭配。

第一種典型的實(shí)施方案為一種單相的轉(zhuǎn)換模塊，它包含兩個(gè)電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，其前側(cè)或后側(cè)彼此相對(duì)而構(gòu)成一個(gè)橋電路。

另一種典型的實(shí)施方案為一種單相的轉(zhuǎn)換模塊，它包括四個(gè)電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，其中每?jī)蓚€(gè)開(kāi)關(guān)元件為彼此相對(duì)且并聯(lián)為一橋臂，兩個(gè)橋臂側(cè)面毗鄰，也就是說(shuō)，在相線母線的方向上有一個(gè)偏差。

最后一種典型的實(shí)施方案為一種兩相的轉(zhuǎn)換模塊，它包括四個(gè)電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，其中每?jī)蓚€(gè)開(kāi)關(guān)元件在水平平行的位置上形成一個(gè)橋臂對(duì)，并且兩個(gè)橋臂對(duì)沿中心而成鏡像布置，它們給不同的兩相供電。

根據(jù)本發(fā)明的母線系統(tǒng)有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件布置高度均勻，使得各元件的負(fù)載電流變得均勻了，由此，總的電流值允許得到增加。