三电平功率模组以及三相逆变器系统技术方案

本申请揭示了一种三电平功率模组以及三相逆变器系统，该三电平功率模组包括机箱、三电平拓扑结构、叠层母排、母线电容、驱动板与功率器件、底部散热器、功率回路快速插口、光电混合连接器、电流传感器、模组控制器，叠层母排叠层母排包含母线正层、母线负层、母线零层以及交流输出层；母线电容、驱动板与功率器件与叠层母排连接，驱动板与功率器件固定在底部散热器上，底部散热器设置有热容；功率回路快速插口提供功率接口，光电混合连接器提供非功率接口；电流传感器安装在交流输出层上；模组控制器与光电混合连接器连接。本申请针对短时大功率的特点，通过对三电平功率模组进行紧凑化结构设计、增加系统热容，提升了功率模块的功率密度。密度。密度。

【技术实现步骤摘要】
三电平功率模组以及三相逆变器系统


[0001]本专利技术属于逆变器设计
，涉及一种三电平功率模组以及三相逆变器系统。

技术介绍

[0002]实现高压大容量的途径主要有：
①
通过器件的串联(或多电平)实现高电压；
②
通过器件的并联实现大电流。由于通过器件的直接串联构成的两电平高压逆变器存在很高的dv/dt和共模电压，因此对电机绕组绝缘构成了威胁；同时，为了解决串联器件同时导通和关断的问题，20世纪80年代以来，人们发展了新型的多电平变换器。各种电压型多电平变换器电路拓扑相继被提出，其控制性能得到很大提高，因此成为高压大容量电力电子系统的发展方向，并在大容量功率变换领域得到广泛应用。
[0003]在多电平变换器的发展过程中，围绕输出多电平波形的生成，产生了多种电路拓扑结构，并且新的拓扑电路还在出现。按单一直流电源和多个直流电源分类，电压型多电平变换器可以如下图分类。人们在对高压大容量电压型变换器进行广泛而深入的研究中发现，各种不同的多电平结构具有各自的特点，可应用在不同的场合。然而这些结构都可以归结为多个电力电子基本拓扑单元的组合，或者是经过一定简化后的组合，按照这一思路还可以派生出一些新结构，比如常见的三电平逆变器。
[0004]随着新能源、大功率驱动领域的发展，三电平拓扑得到了广泛的应用，现在工业界三电平逆变器多为持续运行工作模式，强电采用铜排紧固，弱电采用工业插头的方式连接。随着电磁发射、飞轮储能、轧钢等短时大功率应用的飞速发展，对短时大功率应用场景下的逆变器提出了新的要求。常见的工业变频器因其体积大、重量重，无法满足许多移动平台的应用工况。同时由于短时大功率应用工况功率多为MW级或以上，现场使用环境恶劣，需要根据需求快速安装维护，而常规工业变频器整体更换时间长，成本高。

技术实现思路

[0005]为了解决相关技术中的问题，本申请提供了一种三电平功率模组以及三相逆变器系统，技术方案如下：
[0006]第一方面，本申请提供了一种三电平功率模组，所述三电平功率模组包括机箱、三电平拓扑结构、叠层母排、母线电容、驱动板与功率器件、底部散热器、功率回路快速插口、光电混合连接器、电流传感器、模组控制器，其中：所述叠层母排安装于所述机箱内，所述叠层母排包含与所述三电平拓扑结构对应的母线正层、母线负层、母线零层以及交流输出层；
[0007]所述母线电容、所述驱动板与功率器件与所述叠层母排紧固连接，所述驱动板与功率器件还固定在所述底部散热器上，所述底部散热器设置有预定数量的热容；
[0008]所述功率回路快速插口提供对外的功率接口且对内与所述叠层母排的各层紧固连接，所述光电混合连接器提供对外的非功率接口且固定于所述机箱的侧壁上；
[0009]所述电流传感器安装在所述叠层母排的交流输出层上，以用于测量所述三电平功
率模组的输出电流；
[0010]所述模组控制器与所述光电混合连接器连接，所述模组控制器对所述三电平功率模组的所有信号进行处理，并将处理后的信号经过所述光电混合连接器发送给外部控制器。
[0011]可选的，所述光电混合连接器包括接口定位销、电接口以及光纤接口，所述光纤接口用于传输PWM驱动信号、驱动故障信号、电流采样信号、温度采样信号以及二次供电电源中的至少一种。
[0012]可选的，所述三电平功率模组还包括定位销，所述定位销固定在所述机箱的后面板上。
[0013]可选的，所述三电平功率模组还包括散热风扇、侧边散热器，所述散热风扇位于所述机箱的后面板上，所述机箱的前面板上设置有通风口，所述散热风扇以及所述机箱上的前面板上的通风口形成散热风道。
[0014]可选的，所述三电平功率模组还包括模组指示灯，所述模组指示灯安装于所述机箱的前面板上，所述模组指示灯包含电源指示灯和母线带电指示灯，所述电源指示灯用于指示所述三电平功率模组是否通电，所述母线带电指示灯用于指示所述三电平功率模组是否带电。
[0015]可选的，所述三电平功率模组还包括模组把手，所述模组把手安装于所述机箱的前面板上。
[0016]可选的，所述三电平拓扑结构包括I型三电平拓扑结构。
[0017]第二方面，本申请还提供了一种三相逆变器系统，所述三相逆变器系统包括外部控制器、机柜以及至少三个如第一方面以及第一方面各种可选方式中提供的三电平功率模组，各个三电平功率模组均插接在所述机柜内，各个三电平功率模组均与所述外部控制器电性连接。
[0018]可选的，各个三电平功率模组均通过各自机箱上的定位销与所述机柜插接。
[0019]可选的，各个三电平功率模组均通过光电混合连接器与所述外部控制器电性连接。
[0020]基于上述技术方案，本申请至少可以实现如下效果：
[0021]针对短时大功率的特点，通过对三电平功率模组进行紧凑化结构设计、增加系统热容，提升了功率模块的功率密度。
[0022]通过在机箱上设置定位销以及快速接插件实现了模组的快速安装与维护；通过模块化的设计思路，保证了模块的通用性与一致性，且每个模块具备单元工作与故障保护的能力，为电磁发射、飞轮储能、轧钢的大功率短时应用工况提供了方便、高效、易维护的逆变器解决方案。由于本申请仅涉及功率模组，设备相关外围接口、控制电路可根据项目需求定制开发，在保证设备多样性的同时极大降低了设备的生产制造难度。
[0023]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本专利技术。
附图说明
[0024]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施
例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0025]图1是本申请一个实施例中提供的三电平拓扑结构的示意图；
[0026]图2A是本申请一个实施例中提供的三电平功率模组的结构示意图；
[0027]图2B是图2A所示结构在另一种视角下的示意图；
[0028]图3是本申请一个实施例中提供的光电混合连接器的示意图；
[0029]图4是本申请一个实施例中提供的三电平功率模组组成完整机柜的示意图。
[0030]其中，附图标记如下：
[0031]1、机箱；2、叠层母排；3、母线电容；4、驱动板与功率器件；5、功率回路快速插口；6、光电混合连接器；61、电接口；62、光纤接口；7、电流传感器；8、模组控制器；9、定位销；10、散热风扇；11、前面板；12、模组指示灯；13、模组把手；14机柜；15、三电平功率模组。
具体实施方式
[0032]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0033]图1是本申请一个实施例中提供的三电平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三电平功率模组，其特征在于，所述三电平功率模组包括机箱、三电平拓扑结构、叠层母排、母线电容、驱动板与功率器件、底部散热器、功率回路快速插口、光电混合连接器、电流传感器、模组控制器，其中：所述叠层母排安装于所述机箱内，所述叠层母排包含与所述三电平拓扑结构对应的母线正层、母线负层、母线零层以及交流输出层；所述母线电容、所述驱动板与功率器件与所述叠层母排紧固连接，所述驱动板与功率器件还固定在所述底部散热器上，所述底部散热器设置有预定数量的热管；所述功率回路快速插口提供对外的功率接口且对内与所述叠层母排的各层紧固连接，所述光电混合连接器提供对外的非功率接口且固定于所述机箱的侧壁上；所述电流传感器安装在所述叠层母排的交流输出层上，以用于测量所述三电平功率模组的输出电流；所述模组控制器与所述光电混合连接器连接，所述模组控制器对所述三电平功率模组的所有信号进行处理，并将处理后的信号经过所述光电混合连接器发送给外部控制器。2.根据权利要求1所述的三电平功率模组，其特征在于，所述光电混合连接器包括接口定位销、电接口以及光纤接口，所述光纤接口用于传输PWM驱动信号、驱动故障信号、电流采样信号、温度采样信号以及二次供电电源中的至少一种。3.根据权利要求1所述的三电平功率模组，其特征在于，所述三电平功率模组还包括定位销，所述定位销固定在所述机箱的后面板上。4.根据权利要求1所述的三电平功率模组，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李遥，张东淮，郭九明，李艳明，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：