均流电抗器组件、功率模块以及变流器制造技术

提供了一种均流电抗器组件、功率模块以及变流器。均流电抗器组件包括并联的多个铁芯电抗器，其中，多个铁芯电抗器中的相邻铁芯电抗器的线圈缠绕方向相反，多个铁芯电抗器的线圈匝数相同。根据本实用新型专利技术，可提高暂态电流不均的抑制效果。

Current sharing reactor component, power module and converter

【技术实现步骤摘要】
均流电抗器组件、功率模块以及变流器
本申请涉及电力电子
，更具体的说，涉及一种均流电抗器组件、功率模块以及变流器。
技术介绍
对于兆伏安级或更高量级的电力电子设备，为了提高电力电子设备的功率等级，须采用多重化并联方法来构造具有更高电流密度的功率模块，其中，多重化并联方法是指使模块并联且使电力电子器件(例如，半导体器件)并联的方法。然而，在使多个电力电子器件并联后，如何抑制环流和使输出电流均衡是需要解决的技术问题。并联的半导体器件中存在不平衡电流，这将使半导体器件产生过电流冲击，影响并联的半导体器件的使用寿命，也因此降低了变流器的性能，并且增加了设备维护成本。目前，为了抑制环流和输出电流不均衡，可通过增加均流电抗器组件来抑制器件暂态环流，并通过均流电抗器组件的感抗限制电流上升率，从而达到使输出电流均衡的效果。均流电抗器组件可包括并联的多个电抗器，每个电抗器可包括铁芯和缠绕在铁芯上的线圈(这种电抗器称为铁芯电抗器)，或者绝缘芯和缠绕在绝缘芯上的线圈(这种电抗器称为空心电抗器)。采用均流电抗器组件，可不仅可限制电流上升率，而且还具有损耗小的优点，可有效抑制因控制系统误差、电力电子器件特性差异等因素所导致的暂态环流、动态电流不均等问题。因此，在并联的电力电子器件数量较多的情况下，通常会采用适当数量的均流电抗器组件来实现动态均流，以通过对暂态不平衡电流波动的抑制，使并联支路之间保持电流均衡。由此可见，均流电抗器组件的性能对于大功率电力电子设备实现高集成度、高功率密度、低成本化等而言，是至关重要的。目前，主流的均流电抗器组件，按照设计方法可分为铁芯均流电抗器组件和空心均流电抗器组件，按照散热方式可分为水冷均流电抗器组件和风冷均流电抗器组件。这样的均流电抗器组件存在如下问题：空心电抗器组件的电抗器多为铜线绕制，优点是不存在磁饱和问题，但是由于不存在磁芯，因此为保证电感参数，需要更大的绕制线径，并且需要较多的绕制圈数，造成更大的体积和重量；另外，更长的线圈将造成更大的电抗器线圈阻抗，导致更多电力损耗和更高工作温度，从而需要满足更加严格的散热要求。当通过水冷方式满足散热要求时，将使重量进一步增加，并且还会存在功率模块内部漏水的风险。铁芯均流电抗器组件内部设有铁芯，可设计更大的电感参数，但受到铁芯的影响，具有更大的重量，在提高电感参数的同时还需要提高散热性能。现有的功率模块的设计目标是更高的功率密度(即更大的电流输出能力)以及更小的体积。因此，需要排布更加紧凑的方案。在常规方案中，紧凑的排布的均流电抗器组件的多个并联电抗器各自产生的磁场将影响电感参数，尤其是抑制电感参数，这将导致有效电感参数的降低。
技术实现思路
本公开的示例性实施例旨在提供一种均流电抗器组件、功率模块以及变流器，以提高均流电抗器组件、功率模块以及变流器抑制暂态电流不均的性能。根据本公开的示例性实施例，提供了一种均流电抗器组件，包括并联的多个铁芯电抗器，其中，多个铁芯电抗器中的相邻铁芯电抗器的线圈缠绕方向相反，多个铁芯电抗器的线圈匝数相同。可选的，多个铁芯电抗器的数量大于或等于3。可选的，铁芯多个电抗器的数量为4、5或者6。可选的，多个铁芯电抗器具有相同的铁芯。根据本公开的另一示例性实施例，提供了一种功率模块，其中，功率模块包括如上的均流电抗器组件以及多个绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，简称为IGBT)组件，其中，每个IGBT组件包括第一IGBT和第二IGBT，第一IGBT的集电极与功率模块的正极输入端连接，第一IGBT的发射极与第二IGBT的集电极和多个电抗器中的一个电抗器的输入端连接，第二IGBT的发射极与所述功率模块的负极输入端连接，多个电抗器中的每个电抗器的输出端与功率模块的输出端连接。根据本公开的另一示例性实施例，提供了一种变流器，其中，变流器设置有如上的功率模块。根据本公开，可解决并联的多个均流电抗器各自产生的磁场抑制电感参数的问题。具体而言，并联的电抗器可具有相同规格，并且并排设置，使得至少相邻的均流电抗器之间存在互感，以便通过互感抑制功率模块尤其是功率模块的IGBT组件的暂态电流不均，即保证暂态电流均流。可根据对暂态电流均流的要求，优化电抗器的磁场，以便根据磁场同向增强且反向抑制的原理，对电感参数产生有利影响。例如，可减少互相抑制的反向磁场并增加互相增强的同向磁场，因此即使以更紧密的方式并排设置电抗器，也可保证有效抑制暂态电流不均，从而可设计更高集成度、更高功率密度、更高电感参数、更小体积的均流电抗器组件。可将具有以上优点的均流电抗器组件与IGBT一起构造功率模块，可实现更紧凑的结构，可将更多的元器件模块化，便于统一组装和维护。将在接下来的描述中部分阐述本公开总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本公开总体构思的实施而得知。附图说明通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本公开示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：图1示出根据现有技术的功率模块的拓扑结构图；图2示出根据本公开的示例性实施例的功率模块的拓扑结构图；图3示出根据本公开的示例性实施例的均流电抗器组件的结构示意图；图4示出根据现有技术的均流电抗器组件的磁场的示图；图5示出根据本公开的示例性实施例的均流电抗器组件的磁场的示图；图6示出根据现有技术的均流电抗器组件的磁场间的影响的示图；图7示出根据本公开的示例性实施例的均流电抗器组件的磁场间的影响的示图。具体实施方式现将详细参照本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本公开。本公开的示例性实施例对并联的电抗器进行了改进，通过增强磁场来增加电感器的电感或感抗。并联的电抗器的数量可以是2个或更多，优选为4个、5个或6个，本公开对此不做限制。为了便于描述，以下的示例性实施例以3个电抗器为例进行说明。图1示出根据现有技术的功率模块的拓扑结构图。考虑到成本、结构、功率密度等因素，变流器等大功率等级的电力电子设备可采用多重并联的方案，例如，功率模块并联。对于功率模块内部，小功率等级的电力电子半导体器件(例如，IGBT)也可采用并联方案。另外，对于功率模块，还需要考虑并联的电力电子半导体器件的暂态环流、均流等问题。为了对图1所示功率模块进行改进，可参照图2实现根据本公开的示例性实施例的功率模块，例如，功率模块所包括的均流电抗器组件。图2示出根据本公开的示例性实施例的功率模块的拓扑结构图，如图2中所示，电抗器L1、电抗器L2和电抗器L3并联。更具体的，均流电抗器组件可包括并联的3个铁芯电抗器，其中，3个铁芯电抗器中的相邻铁芯电抗器的线圈缠绕方向相反(即电抗器L2的线圈缠绕方向与电抗器L1的线圈缠绕方向相反，且与电抗器L3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种均流电抗器组件，包括并联的多个单相铁芯电抗器，其特征在于，所述多个单相铁芯电抗器中的相邻单相铁芯电抗器的线圈缠绕方向相反，所述多个单相铁芯电抗器的线圈匝数相同。/n

【技术特征摘要】
1.一种均流电抗器组件，包括并联的多个单相铁芯电抗器，其特征在于，所述多个单相铁芯电抗器中的相邻单相铁芯电抗器的线圈缠绕方向相反，所述多个单相铁芯电抗器的线圈匝数相同。


2.根据权利要求1所述的均流电抗器组件，其特征在于，所述多个单相铁芯电抗器的数量大于或等于3。


3.根据权利要求2所述的均流电抗器组件，其特征在于，所述多个单相铁芯电抗器的数量为4、5或者6。


4.根据权利要求1至3中任意一项权利要求所述的均流电抗器组件，其特征在于，所述多个单相铁芯电抗器具有相同的铁芯。

【专利技术属性】
技术研发人员：王国梁，亢燕茹，
申请(专利权)人：北京金风科创风电设备有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11