交直交功率单元及其组件制造技术

本发明专利技术涉及交直交功率单元及其组件，所述交直交功率单元包括整流桥、逆变桥以及电容器组，其中，整流桥用于将输入的交流电整流成为脉动直流电，电容器组用于滤波整流桥输出的脉动直流电以形成平稳的直流电，以及逆变桥用于将所述平稳的直流电逆变为所需频率和幅值的交流电，所述交直交功率单元被构造为包含至少两个变流模组，变流模组的正负端分别通过正负直流母线并联连接，每个变流模组包含一个逆变桥臂并配备独立的一组散热器。由于本发明专利技术采取了至少两个变流模组取代传统的单个变流模组，功率单元在同等容量的情况下，每个模组的容量和损耗较低，实现了分散散热、减少了杂散电感、易于制作加工、并降低了维护更换和运输的难度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及交直交电压源型逆变器领域，尤其涉及大容量交直交功率单元及其组件。
技术介绍
交直交电压源型逆变器一般采用二极管将输入电网侧交流电整流成为脉动直流电，通过电容滤波后形成平稳的直流电，再经过由自关断电力电子器件组成的逆变桥进行逆变，输出所需频率和幅值的交流电。实际产品中根据需要可增设合闸上电用的限流电路，电容均压电路，浪涌吸收电路等辅助电路。中国机械工业出版社《通用变频器及其应用》第二版(ISBN7-111-04766-4/TP.598)第396页介绍了一种交直交功率单元，其功率单元组成结构图如图1所示。此类功率单元通常用来组成单元串联式多电平PWM(脉宽调制)电压源型高压变频器。该功率单元为交直交电压源型逆变器结构，输入采用三相二极管整流(其输入为L1、L2、L3)，直流环节采用电容器组C进行滤波，输出采用4个自关断电力电子器件Q1-Q4组成两组桥臂，形成H桥逆变结构，输出T1和T2之间实现单相交流输出，图中P表示正母线，N表示负母线。该功率单元由两大部分组成由多个电容器串并联组成的滤波电容器组；由整流桥、逆变桥(包含两个桥臂)等电力电子器件和散热器组成的变流模组(如图1中虚线框所示)。由于整流桥和整个逆变桥的电力电子器件都位于一组散热器上(整流桥和逆变桥在一片散热器上或者整流桥和逆变桥分别在两片散热器上)，导致大电流输出时损耗非常可观，散热器散热能力不够，温升过高，影响器件正常运行。这是目前逆变器容量受到限制的主要原因之一。当图1中的整流桥采用三相输入二极管整流时，如图2所示，根据需要，每个二极管也可采用两个以上二极管串联或并联使用，以提高输入电压和电流。整流输入通常为三相输入，也可根据需要采用单相和多相输入方式。根据需要，也可采用可控硅或自关断电力电子器件代替整流二极管实现PWM整流，如《通用变频器及其应用》第二版(ISBN7-111-04766-4/TP.598)第391页所示。在逆变电桥中，每个逆变桥臂为两个自关断电力电子器件Qa和Qb(下面以绝缘栅双极型晶体管IGBT为例)，和分别与之反并联的续流二极管组成，桥臂两端连接在正负直流母线P和N之间，其中点为输出T，如图3所示。上述桥臂内每个器件根据需要可以由两个以上器件串联或并联使用，以提高输出电压和电流。逆变桥根据需要也可采用三电平结构，如《通用变频器及其应用》第二版(ISBN 7-111-04766-4/TP.598)第377页所示。上述这种结构的交直交功率单元目前使用十分广泛，但在大容量时，存在以下问题1.功率单元容量大时，输出电流较大，整流桥和逆变桥损耗引起的发热相当可观。由于整个功率单元只包括一个变流模组，所有的整流器件和整个逆变器件都集中在一个变流模组上，而且通常只采用一组散热器，由于散热器尺寸的限制，导致散热能力有限，器件运行温度升高，不能正常运行。这个因素限制了目前功率单元的最大输出容量。例如，目前国际范围内690V电压等级功率单元的最大输出电流为660A，再大电流输出时通常采用水冷方案提高散热效果。2.由于整个功率单元只包括一个变流模组，整流桥和整个逆变桥集中组成为一个变流模组，所有的电容器集中组成一个电容器组，二者体积都较大，导致电容器组和变流模组之间直流母线距离较长，导致杂散电感增加，杂散电感会导致逆变器件开关过程产生浪涌电压，影响器件安全运行。3.由于整个功率单元采用一个变流模组和一个电容器组，导致变流模组和电容器组的体积和重量都非常大，制作加工，维护更换，运输的难度都增加。
技术实现思路
为了解决现有交直交功率单元在大容量时存在的诸多问题，本专利技术提供了一种新的交直交功率单元及其组件，能够解决上述问题。为了达到本专利技术的目的，本专利技术提供一种交直交功率单元，其包括整流桥、逆变桥以及电容器组，其中，整流桥用于将输入的交流电整流成为脉动直流电，电容器组用于滤波整流桥输出的脉动直流电以形成平稳的直流电，以及逆变桥用于将所述平稳的直流电逆变为所需频率和幅值的交流电，其特征在于，所述交直交功率单元被构造为包含至少两个变流模组，变流模组的正负端分别通过正负直流母线并联连接，每个变流模组包含一个逆变桥臂并配备独立的一组散热器。专利技术还提供一种交直交功率单元组件，其包括多个上述的功率单元，其中所述多个功率单元的正负端并联连接，其输出也并联连接。专利技术还提供一种交直交功率单元组件，其包括多个功率单元，所述多个功率单元中的每个包括整流桥、逆变桥以及电容器组，其中，整流桥用于将输入的交流电整流成为脉动直流电，电容器组用于滤波整流桥输出的脉动直流电以形成平稳的直流电，以及逆变桥用于将所述平稳的直流电逆变为所需频率和幅值的交流电，每个功率单元作为一个变流模组，其特征在于，变流模组的正负端通过直流母线并联连接，每个变流模组配备独立的一组散热器，所述多个变流模组的输出分别并联连接。在本专利技术的交直交功率单元中，电器容器组可以单独设置，也可分散位于变流模组之中。变流模组的冷却可以采用风冷或水冷。当采用风冷时，可以采用传统的通过风道集中通风方式，也可采用每个模组单独冷却的分布式冷却方案。和常规交直交功率单元一样，在本专利技术中，电力电子器件根据需要可以串联和并联使用，以提高电压和电流。根据本专利技术的上述技术方案，由于采取了两个以上变流模组取代传统的单个变流模组，功率单元在同等容量的情况下，每个模组的容量和损耗只有传统方案的一半或更低，实现了分散散热，散热难度大大下降。当变流模组有电容器组时，总的电容分散在对应的变流模组中。在每个模组内部，电容器组可以和逆变桥紧靠一起，二者之间直流母线的长度减少，对应的杂散电感可以控制在很小的范围，有利于减少浪涌电压。如果电容器组单独设置，变流模组内不含电容器组。当采用两个变流模组，变流模组可分别位于电容器组的两边，这样电容器组和每个模组中逆变桥的距离也非常短，可以减少杂散电感和由此引起的浪涌电压。在单相或多相逆变器中采用两个或多个变流模组后，每个变流模组的尺寸和重量降低，便于制造、维护和运输。总之，采用本专利技术的技术方案后，交直交功率单元及其组件的容量跟传统方案相比可大大提升。附图说明下面结合附图对本专利技术进一步说明。图1是现有的交直交功率单元组成结构图；图2是图1中的整流桥采用三相输入二极管整流的电路图；图3是现有的逆变电桥的其中一个逆变桥臂的电路图；图4是本专利技术一个实施例的交直交功率单元的组成结构图；图5是本专利技术另一个实施例的交直交功率单元的组成结构图；图6是本专利技术又一个实施例的交直交功率单元的组成结构图；图7是本专利技术又一个实施例的交直交功率单元的组成结构图；图8是本专利技术交直交功率单元组件由2n个变流模组构成的一个实施例的结构图；以及图9是本专利技术交直交功率单元组件由n个变流模组构成的一个实施例的的结构图。具体实施例方式下面结合附图来具体描述本专利技术大容量交直交功率单元的具体实施方式，其中相同或相似的附图标号表示相同或相似的部件。图4为本专利技术的交直交功率单元结构。如前所述，整个功率单元也包括整流桥、逆变桥以及电容器组，整流桥用于将输入的交流电整流成为脉动直流电，电容器组用于滤波整流桥输出的脉动直流电以形成平稳的直流电，以及逆变桥用于将所述平稳的直流电逆变为所需频率和幅值的交流电，但在该实施例中，本专利技术的整个功率单元被构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交直交功率单元，包括整流桥、逆变桥以及电容器组，其中，整流桥用于将输入的交流电整流成为脉动直流电，电容器组用于滤波整流桥输出的脉动直流电以形成平稳的直流电，以及逆变桥用于将所述平稳的直流电逆变为所需频率和幅值的交流电，其特征在于，　 　所述交直交功率单元被构造为包含至少两个变流模组，变流模组的正负端分别通过正负直流母线并联连接，每个变流模组包含一个逆变桥臂并配备独立的一组散热器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：竺伟，
申请(专利权)人：上海艾帕电力电子有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]