一种中压三电平三相全桥功率单元制造技术

一种中压三电平三相全桥功率单元，包括三个单相IGBT功率单元(1)和直流支撑电容组件(2)。三个单相IGBT功率单元(1)和直流支撑电容组件(2)通过叠层母排并联。每个单相IGBT功率单元包括四个高压IGBT、四个IGBT驱动器和高压二极管、IGBT和二极管均放置于水冷散热板的一侧。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于中压大功率变流器的三电平三相全桥功率单元。
技术介绍
随着中国能源环境的变化和风力发电产业的成熟，未来几年风力发电将呈现新的趋势：风电技术发展迅速，成本持续下降；技术装备国产化比例必然提高；海上风电悄然兴起，必将成为重要的能源形式；风力发电机组不断向大型化发展。市场需求催生了国内大功率中压变流器的技术开发。对于当今先进水平的多兆瓦级风电机，中压技术是处理其额定功率的理想之选，可将发电机、变流器及电缆的损耗降至最低。中压变流器功率单元的设计常采用二极管钳位型三电平结构。由于高压IGBT和高压二极管，高压叠层母排等体积和重量要比低压系统大很多，现有功率单元设计常将IGBT和电容组件一体化安装，这种集中方式存在如下缺点：因为高压IGBT、高压二极管、高压电容等体积大，重量重，一体式设计造成整个功率单元的体积大，而且重量重，安装维护及其不便。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是，提供一种布局合理、结构紧凑、连接方便，而且便于安装、维护的中压三电平三相全桥功率单元。本技术中压三电平三相全桥功率单元包括三个单相IGBT功率单元和一个直流支撑电容组件。三个单相IGBT功率单元和直流支撑电容组件并联。所述直流支撑电容组件由多个电容串并联组成，多个电容之间通过第二叠层母排连接。直流支撑电容组件的第一行同列电容和第二行同列电容通过第二叠层母排串联，直流支撑电容组件第三行同列电容和第四行同列电容通过第二叠层母排串联。这些串联之后的同列电容再通过过第二叠层母排的正极排和负极排并联。第二叠层母排的正极接电容的正极，第二叠层母排的中性极接电容的中性极，第二叠层母排的负极接电容的负极。三个所述单相IGBT功率单元通过第一叠层母排和第二叠层母排的端子与直流支撑电容组件连接。第一叠层母排和第二叠层母排的端子的连接方式如下：第一叠层母排的正极端子连接第二叠层母排的正极，第一叠层母排的中性极端子连接第二叠层母排的中性极，第一叠层母排的负极端子连接第二叠层母排的负极。三个所述单相IGBT功率单元结构相同，可以相互替换使用。所述的单相IGBT功率单元包括四个高压IGBT、四个IGBT驱动器，四个驱动器隔离电源、一个高压二极管，以及一个第一固定件。第一固定件位于水冷散热板的下方，对单相IGBT功率单元起固定支撑作用。高压IGBT和高压二极管通过第一叠层母排连接。水冷散热板放置在第一固定件的中间位置，两个驱动器隔离电源位于水冷散热板的上侧，两个驱动器隔离电源位于水冷散热板的下侧，每个驱动器对应一个隔离电源。四个高压IGBT和高压二极管均位于水冷散热板的同一侧。所述的四个高压IGBT上下左右对称放置，每个高压IGBT上焊接一个IGBT驱动器。高压IGBT的集电极、发射极和驱动极分别连接IGBT驱动器的C端子、E端子和G端子。所述的高压二极管位于四个高压IGBT的中心位置。第一高压IGBT的发射极与高压二极管上管的负极相连接，第三高压IGBT的发射极和高压二极管下管的正极相连接，高压二极管上管的正极和高压二极管下管的负极相连接，作为直流侧的中间极。本技术的有益效果如下：1、结构紧凑，通过叠层母排连接，可以有效降低IGBT和电容之间的杂散电感，无需外加缓冲吸收回路；2、功率单元模块化设计，三相功率单元可相互替换，便于生产备货；3、分体设计，降低了功率单元的体积和重量，便于安装和维护。附图说明图1为本技术中三个单相IGBT功率单元和电容组件的电路图；图2为本技术中单相IGBT功率单元的电路图；图3为本技术中三个单相IGBT功率单元和电容组件布局图；图4a为本技术中电容组件及其叠层母排的布局图；图4b为本技术中电容组件的布局图；图4c为本技术中第二叠层母排的示意图；图5a为本技术中单相IGBT功率单元中叠层母排、隔离电源的布局图；图5b为本技术中单相IGBT功率单元中水冷散热板、高压IGBT、高压IGBT驱动器和高压二极管的布局图；图6a为本技术中第一叠层母排示意图；图6b为本技术中单相IGBT功率单元与电容组件装配示意图。具体实施方式下面结合附图及实施方式对本技术做进一步说明。如图1所示，本技术包含三个单相IGBT功率单元与直流支撑电容组件单元。如图1所示，所述的直流支撑电容组件由电容C1、C2、C3、C4串并联组成。第一电容C1和第二C2串联，第一电容C1的正极接单相IGBT功率单元直流侧的正极，第一电容C1的负极与第二电容C2的正极相联接，连接单相IGBT功率单元直流侧的中间极；第二电容C2的负极接单相IGBT功率单元直流侧的负极。第三电容C3和第四C4串联，第三电容C3的正极接单相IGBT功率单元直流侧的正极，第三电容C3的负极与第四电容C4的正极相联接，连接单相IGBT功率单元直流侧的中间极，第四电容C4的负极接单相IGBT功率单元直流侧的负极。串联后的第一电容C1、第二电容C2与串联后的第三电容C3、第四电容C4通过第二叠层母排的正极、负极并联。如图2所示，所述的单相IGBT功率单元中，D1为高压二极管，Q1、Q2、Q3、Q4为高压IGBT，每个高压IGBT焊接有IGBT驱动器。如图2所示，第一高压IGBTQ1的集电极作为直流侧的正极；第一高压IGBTQ1的发射极和第二高压IGBTQ2的集电极，以及高压二极管D1上管的负极相连接；第二高压IGBTQ2的发射极和第三高压IGBTQ3的集电极相连接，作为AC交流输出极；第三高压IGBTQ3的发射极和第四高压IGBTQ4的集电极，以及高压二极管D1下管的正极相连接；第四高压IGBTQ4的发射极作为直流侧的负极；高压二极管D1上管的正极和高压二极管D1下管的负极相连接，作为直流侧的中间极；第一高压IGBTQ1、第二高压IGBTQ2、第三高压IGBTQ3、第四高压IGBTQ4均连接一个驱动器，高压IGBT的集电极连接驱动器的C端、高压IGBT的发射极连接驱动器的E端、高压IGBT的驱动极连接驱动器的G端。如图3所示，本技术包括三个单相IGBT功率单元1和一个直流支撑电容组件2。直流支撑电容组件2中的多个电容通过第二叠层母排201串并联。单相IGBT功率单元通过第一叠层母排101和第二叠层母排201的母排端子和直流支撑电容组件2连接。如图4a所示，直流支撑电容组件202的第一行同列电容和第二行同列电容经过第二叠层母排201串联，直流支撑电容组202的第三行同列电容和第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中压三电平三相全桥功率单元，其特征在于：所述的全桥功率单元包括三个单相IGBT功率单元(1)和一个直流支撑电容组件(2)，三个单相IGBT功率单元(1)和直流支撑电容组件(2)并联；直流支撑电容组件(2)中的多个电容通过第二叠层母排(201)串并联；单相IGBT功率单元通过第一叠层母排(101)和第二叠层母排(201)的母排端子与直流支撑电容组件(2)连接。

【技术特征摘要】
1.一种中压三电平三相全桥功率单元，其特征在于：所述的全桥功率单元包括三个单
相IGBT功率单元(1)和一个直流支撑电容组件(2)，三个单相IGBT功率单元(1)和直
流支撑电容组件(2)并联；直流支撑电容组件(2)中的多个电容通过第二叠层母排(201)
串并联；单相IGBT功率单元通过第一叠层母排(101)和第二叠层母排(201)的母排端子
与直流支撑电容组件(2)连接。
2.按照权利要求1所述的中压三电平三相全桥功率单元，其特征在于：所述的三个单
相IGBT功率单元(1)中，第一高压IGBT(Q1)的集电极作为直流侧的正极；第一高压IGBT
(Q1)的发射极和第二高压IGBT(Q2)的集电极，以及高压二极管(D1)上管的负极相连
接；第二高压IGBT(Q2)的发射极和第三高压IGBT(Q3)的集电极相连接，作为AC交
流输出极；第三高压IGBT(Q3)的发射极和第四高压IGBT(Q4)的集电极，以及高压二
极管(D1)下管的正极相连接；第四高压IGBT(Q4)的发射极作为直流侧的负极；高压二
极管(D1)上管的正极和高压二极管(D1)下管的负极相连接，作为直流侧的中间极；第
一高压IGBT(Q1)、第二高压IGBT(Q2)、第三高压IGBT(Q3)、第四高压IGBT(Q4)
均分别与一个驱动器连接，高压IGBT的集电极连接驱动器的C端、高压IGBT的发射极连
接驱动器的E端、高压IGBT的驱动极连接驱动器的G端。
3.按照权利要求1所述的中压三电平三相全桥功率单元，其特征在于：所述的直流支
撑电容组件(2)由多个电容(C1、C2、C3、C4)串并联组成；第...

【专利技术属性】
技术研发人员：任晓娜，
申请(专利权)人：科诺伟业风能设备北京有限公司，北京科诺伟业科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11