变换器的功率相模块、变换器和车辆制造技术

本发明专利技术提出一种用于模块化的变换器的功率相模块，该功率相模块具有：在功率相模块的端侧上的至少一个第一DC连接端对，其具有相应的连接元件以连接到导电轨对；在端侧上的第一DC‑电容器‑连接端对，其与第一DC连接端对隔开且并联连接并且具有相应的连接元件用以连接到分配给功率相模块的中间回路电容器模块；在功率相模块的另一侧上的第一AC连接端；开关设备，其与第一AC连接端和第一DC连接端对连接，该开关设备用于在运行状态下将存在于第一DC连接端对的直流电压转换成在第一AC连接端产生的交变电压，或者反之；冷却设备，其用于从功率相模块、尤其从开关设备中将热导走。此外，提出一种变换器和一种具有变换器的车辆、尤其有轨车辆。

Power phase module, converter and vehicle of converter

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】变换器的功率相模块、变换器和车辆
本专利技术属于功率电子器件领域、尤其功率变换器领域，并且涉及用于功率变换器的相模块的结构和一种变换器。此外，本专利技术涉及一种具有变换器的车辆。
技术介绍
变换器(Umrichter)用于转换交变电压和交变电流，其中，在此匹配独有特性——如电压幅度和频率。变换器可以具有中间回路。中间回路充当中间存储器以及电缓存器。在功率变换器中，同样地转换电压和电流。变换器例如用于转速可变的电动机的驱动装置。这些变换器出现在车辆中、尤其诸如有轨电车、地下铁道、电力机车或高速列车的有轨车辆中。车辆截取例如架空线或导电轨上的电压。所述电压然后在变换器中被匹配用于电驱动装置。电动机也作为用于例如在电动车辆的制动过程中由动能产生电能的发电机使用。变换器典型地在两个方向上起作用。变换器可以具有相模块，所述相模块具有可控制的半导体构件，例如IGBT(insulated-gatebipolartransistor：绝缘栅双极晶体管)。通过频率控制装置，在相模块中生成相电流。相电流然后可以例如驱动电动机。现有技术的缺点有轨车辆中的换流器由换流器单元的大型布置组成，其中，每个换流器单元连接到中间回路上。到中间回路的长的连接产生高的电感和与此相关的功率损耗。
技术实现思路
所述任务在于，改进变换器的结构。所述任务通过一种用于模块化的变换器的功率相模块解决。此外，所述任务通过一种变换器和一种车辆、尤其有轨车辆解决。提出一种用于模块化的变换器的功率相模块。该功率相模块具有：至少一个第一DC连接端对，其在功率相模块的端侧上并且具有相应的连接元件用以连接到导电轨对；第一DC-电容器-连接端对，其在该端侧上并且与第一DC连接端对隔开且并联连接，并且具有相应的连接元件用以连接到分配给功率相模块的中间回路电容器模块；第一AC连接端，其在功率相模块的另一侧上；开关设备，其与第一AC连接端和第一DC连接端对连接，用于将在运行状态中存在于第一DC连接端对上的直流电压转换成在第一AC连接端上产生的交变电压，或者反之；冷却设备，其用于从功率相模块、尤其从开关设备将热导走。功率相模块可以在模块化构造的变换器中用于将直流电流变换成交变电流或将交变电流变换成直流电流。在变换器中，多个功率相模块可以并行地、相互独立地或相互关联地运行。功率相模块紧凑地构造并且可以在模块化的变换器中节省空间地并排布置。有利地，功率相模块是可更换的。功率相模块具有一个端侧。对此，功率相模块例如可能大致具有长方体的形状，该长方体的形状具有大面积侧和小面积侧。端侧是具有小面积的一侧。功率相模块在该端侧上具有至少一个第一DC连接端对。对于DC连接端对，可以将导电轨对在端侧连接到电源相模块。在连接的导电轨的情况下，通过DC连接端对给功率相模块供给直流电压，或者可以馈电直流电压。第一DC连接端对设计用于直流电压并且可以具有两个连接元件，所述连接元件构造为具有对应的接触元件的两个连接端。根据一种实施方式，在功率相模块的运行状态期间，第一DC连接端对的两个连接端处于不同的电位，因此在所述两个连接端之间存在直流电压。DC连接端对的连接端如此相互布置并且电绝缘，使得在正常运行状态下，在所述连接端之间没有电流可以流动。例如，空气可以作为绝缘体位于连接端之间。连接端也可以通过涂层而电绝缘。此外，功率相模块在端侧上具有与第一DC连接端对隔开且与其并联连接的第一DC-电容器-连接端对。可以将分配给功率相模块的中间回路电容器模块连接到第一DC-电容器-连接端对。为此，可以将第一DC-电容器-连接端对的连接元件与中间回路电容器模块的连接端连接。DC-电容器-连接端对与中间回路电容器模块之间的连接尤其是可拆卸的例如连接元件构造为钻孔，并且中间回路电容器模块的连接端具有螺钉或过电流螺栓(Strombolzen)作为对应的接触元件。根据一种实施方式，第一DC-电容器-连接端对具有两个连接端，所述两个连接端在功率相模块的运行状态期间处于不同的电位，因此在所述两个连接端之间存在直流电压。这两个连接端相互电绝缘并隔开。这两个连接端可以紧邻地并排，尤其可以如此布置，使得在DC-电容器-连接端对的两个连接端之间不布置有其他的电流流过的导体。根据一种实施方式，所述第一DC连接端对具有两个连接端，所述两个连接端在功率相模块的运行状态期间处于不同的电位，因此在所述两个连接端之间存在直流电压。连接端可以空间上相互靠近地位于端侧上。在变换器的中间回路中通常安装有电容器。在变换器的高电流或高功率密度的情况下，高电流负载能力在同时低的中间回路电容器的自感的情况下可能对于效率是有利的。低的等效串联电阻(ESR)和低的等效串联电感(ESL)是对于良好效率的要求。中间回路电容器到开关设备上的低电感连接同样可能导致效率提高。低电感连接同样可以通过开关电压和开关电流而导致半导体荷载减轻。此外，尤其通过电线路的长度或导体回路的尺寸来确定开关设备到电容器的连接端的电感。导体回路越大，电感越大。因此，中间回路电容器应尽可能靠近地放置在开关设备上。根据一种实施方式，如此实施在端侧上的第一DC-电容器-连接端对，使得中间回路电容器模块可以基本上直接连接到第一DC-电容器-连接端对。也就是说，中间回路电容器模块可以空间上尽可能靠近地布置在功率相模块上。为此，功率相模块如此布置，使得功率相模块的端侧与中间回路电容器模块直接相对置。中间回路电容器模块尤其具有至少一个面，在所述至少一个面上布置有用于将DC-电容器-连接端对连接到中间回路电容器模块的电接触元件。优选地，该电接触元件仅布置在中间回路电容器模块的一面上。功率相模块如此布置，使得功率相模块的第一端侧与中间回路电容器模块的这一面相对置。因此，功率相模块以其端侧布置在分配给该功率相模块的中间回路电容器模块上。由此，在中间回路电容器和开关设备之间有利地实现非常短且低电感的连接情况。该功率相模块也包含DC-电容器-连接端对与中间回路电容器模块之间的连接元件，该连接元件尤其是可拆卸的。连接元件可以不仅包括机械式的固定装置、而且包括导电连接部。连接元件例如是螺纹连接部。中间回路电容器模块具有至少一个电容器。该电容器用作功率相模块的中间回路电容器。在开关设备的开关过程期间，电容器中的电流发生变化。因此，电容器是变换回路(Kommutierungskreis)的一部分。中间回路电容器也称为变换电容器。功率相模块在不同于端侧的另一侧上具有第一AC连接端。通过第一AC连接端给功率相模块供给交变电压或者可以馈电交变电压。该另一侧可以与端侧相对置，甚至可以是另一端侧。此外，功率相模块具有开关设备。该开关设备与第一AC连接端和第一DC连接端对连接。该开关设备适用于将在运行状态下存在于第一DC连接端对上的直流电压转换成在第一AC连接端产生的交变电压，或者反之。因此，开关设备在第一DC连接端对和第一AC连接端之间电连接。根据一种实施方式，开关设备不仅电地而且在空间上布置在第一DC连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于模块化的变换器的功率相模块(10)，所述功率相模块具有：/n至少一个第一DC连接端对(14)，所述至少一个第一DC连接端对在所述功率相模块(10)的端侧(12)上并且具有相应的连接元件用以连接到导电轨对；/n第一DC-电容器-连接端对(15)，所述第一DC-电容器-连接端对在所述端侧(12)上并且与所述第一DC连接端对(14)隔开且并联连接，并且具有相应的连接元件用以连接到分配给所述功率相模块(10)的中间回路电容器模块(30)；/n第一AC连接端(13)，所述第一AC连接端在所述功率相模块(10)的另一侧(11)上；/n开关设备(16)，所述开关设备与所述第一AC连接端(13)和所述第一DC连接端对(14)连接并且用于将在运行状态中存在于所述第一DC连接端对(14)上的直流电压转换成在所述第一AC连接端(13)上产生的交变电压，或者反之；/n冷却设备(17)，所述冷却设备用于从所述功率相模块(10)、尤其从所述开关设备(16)将热导走。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170602 DE 102017209454.01.一种用于模块化的变换器的功率相模块(10)，所述功率相模块具有：
至少一个第一DC连接端对(14)，所述至少一个第一DC连接端对在所述功率相模块(10)的端侧(12)上并且具有相应的连接元件用以连接到导电轨对；
第一DC-电容器-连接端对(15)，所述第一DC-电容器-连接端对在所述端侧(12)上并且与所述第一DC连接端对(14)隔开且并联连接，并且具有相应的连接元件用以连接到分配给所述功率相模块(10)的中间回路电容器模块(30)；
第一AC连接端(13)，所述第一AC连接端在所述功率相模块(10)的另一侧(11)上；
开关设备(16)，所述开关设备与所述第一AC连接端(13)和所述第一DC连接端对(14)连接并且用于将在运行状态中存在于所述第一DC连接端对(14)上的直流电压转换成在所述第一AC连接端(13)上产生的交变电压，或者反之；
冷却设备(17)，所述冷却设备用于从所述功率相模块(10)、尤其从所述开关设备(16)将热导走。


2.根据权利要求1所述的功率相模块，其中，所述第一DC连接端对(14)和所述第一DC-电容器-连接端对(15)由从横桥(18，19)向上弯折的金属板区域形成，并且所述金属板区域基本上布置在一个平面中，其中，所述第一DC连接端对(14)的和所述第一DC-电容器-连接端对(15)的相应的连接元件构造在所述向上弯折的金属板区域上或在所述向上弯折的金属板区域中。


3.根据以上权利要求中任一项所述的功率相模块，所述功率相模块还具有第二DC-电容器-连接端对(21)，所述第二DC-电容器-连接端对在所述功率相模块的端侧上分别与所述第一DC连接端对(14)和所述第一DC-电容器-连接端对隔开地布置并且并联连接。


4.根据以上权利要求中任一项所述的功率相模块，所述功率相模块还具有第二DC连接端对(20)，所述第二DC连接端对在所述功率相模块的端侧上分别与所述第一DC连接端对(14)和所述第一DC-电容器-连接端对隔开地布置并且并联连接。


5.根据权利要求4所述的功率相模块，其中，所述第一DC-电容器-连接端对(15)或第一和第二DC-电容器-连接端对(15，21)在所述第一DC连接端对(14)与所述第二DC连接端对(20)之间布置成一排。


6.根据以上权利要求中任一项所述的功率相模块，其中，所述第一DC-电容器-连接端对或所述第一DC-电容器-连接端对和所述第二DC-电容器-连接端对(21)构造用于与中间回路电容器模块的对应的接触元件可拆卸地连接，所述中间回路电容器模块能够放置在所述端侧。


7.根据以上权利要求中任一项所述的功率相模块，其中，所述中间回路电容器模块的接触元件仅布置在所述中间回路电容器模块的一面上，其中，所述面与所述功率相模块的端侧直接地相对置。


8.根据以上权利要求中任一项所述的功率相模块，其中，所述第一和/或第二DC-电容器-连接端对(15，21)的连接元件彼此具有如下间距：所述间距...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·施密德，S·莱格，R·赖歇尔特，K·施维希滕贝格，A·劳丹，
申请(专利权)人：庞巴迪运输有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE