转换器装置和供电设备制造方法及图纸

转换器装置，其被配置为将直流电压和电流转换成要供应到负载(L)的交流电压和电流。所述转换器装置包括电容器(12)的组(11)、多个功率半导体(13)、热沉(14)和外壳(15)。热沉(14)和外壳(15)。热沉(14)和外壳(15)。

Converter unit and power supply equipment

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】转换器装置和供电设备


[0001]这里描述的实施例涉及适于将直流电量转换成交流电量的转换器装置或逆变器。特别地，本专利技术涉及高功率转换器装置，这种类型的转换器装置可以有利地但非排他地用于中压应用。
[0002]这里描述的实施例还涉及供电设备，其使用一个以上的所述转换器或逆变器，并且适于向诸如电弧炉的需要高功率的负载供电。

技术介绍

[0003]已知使用转换器装置将直流电量转换成交流电量以用来向确定的负载供电，该交流电量可以是或多或少恒定的或者可变的。
[0004]根据需要和不同的应用，转换器装置可以单独使用，也可以相互连接。
[0005]根据本申请人名下的专利EP
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B
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3124903，已知用于电弧炉的供电设备，其包括用于定位电极的装置和包括多个转换器的调节单元，多个转换器是选择性地可控制的，以调节电极的电源电压和电流。
[0006]因此，EP
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903中描述的供电设备充当可调电流发生器，并且能够根据电弧炉正在运行的处理的步骤(穿孔、熔化、精炼)产生向电弧炉供电所需的电力。这将EP
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903的方案与传统方案相区分，在传统方案中，变压器充当电压发生器，并且电流不可控制而仅受等效电路的参数限制，参数根据处理的步骤变化。
[0007]EP
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903中描述的供电设备还允许分别调节电弧的电流和电压，以这种方式显著地限制处理的第一步骤(即穿孔步骤)中的电流变化，并使其在后续的熔化和精炼步骤中几乎是稳定的。
[0008]所获得的最显著的优点之一是电极调节的稳定性，这与传统机组相反，在传统机组中，由于所供应的电流的不稳定，电极处于连续运动中，必须确保具有不受控制的电流的电弧的持续性。
[0009]EP
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903中描述的供电设备的极限由电流控制可以提供的最大电流给出。
[0010]然后，通过根据所供应的电流调节电弧的电压来修改功率以控制转换器装置，电弧的电压又可以通过利用定位装置升高和降低电极来机械地修改，并且还可以通过引导PWM(脉宽调制)来修改。
[0011]用于中压应用的标准大功率转换器或逆变器通常包括电容器的组、热沉和多个功率半导体，电容器的组彼此串联和/或并联连接，适于以直流电存储能量，多个功率半导体连接到电容器的组并安装在热沉上。转换器的部件通常封装于金属外壳中，金属外壳设置有输入和输出连接器，连接器可以分别连接到上游电路(例如供电网)和下游电路(例如连接到要被供电的负载或用户装置)。
[0012]例如，已知转换器包括功率半导体，例如IGBT模块(绝缘栅双极型晶体管)，其根据正或负电流半波的通过而交替地打开和闭合。
[0013]电容器的组和热沉通常接地，并且接地线与转换器的外壳是一体的，出于安全原
因，转换器的外壳通常也接地。
[0014]各个IGBT模块由导通和关断静态半导体开关的板控制，并且它们允许电流流向负载。根据已定义的打开和关闭脉冲的曲线，半导体开关以不同幅度的矩形脉冲向负载供电。
[0015]通过适当地将PWM调制(脉宽调制)应用于欧姆
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感应型电路，获得了正弦型包络。事实上，这种数字调制允许根据正脉冲(ON)的持续时间与脉冲(ON+OFF)的总持续时间之间的比率来获得可变的平均电压；这个比率被定义为占空比。
[0016]IGBT模块由适当掺杂了硅的芯片组成，其布置在导热但电绝缘的基板上，基板又焊接到镀锡铜基座。然后芯片被封装在塑料外壳中，在塑料外壳中芯片以填充凝胶保护，利用引线键合系统将芯片连接到外部端子，控制IGBT的导通和关断的电缆或电源条和信号条连接到外部端子。
[0017]为了耗散运行期间产生的热量，IGBT附接到合适尺寸的热沉上，热沉可以通过强制通风或水冷却。
[0018]IGBT的基座和热沉构成彼此面对的两个平坦表面，其间放置有绝缘体，特别是用于提高两个表面之间的热传递的热胶，使得针对模块中存在的各个功率半导体形成寄生电容。
[0019]如上所述，转换器或逆变器的结构必然会产生寄生电容，寄生电容特别是在功率半导体与连接到转换器的外壳的热沉之间，以及电容器的容纳体与转换器的外壳之间形成。
[0020]当开关导通和关断以允许产生朝向负载的正弦波时，即，由电流在转换器中通过形成的正和负半波时，在应用于电弧炉的供电设备的情况下，例如，它们从1800V到0V切换电压，反之亦然，其中切换时间为数百纳秒量级。因此，获得了电压相对于时间dv/dt的5kV/微秒量级的非常大的变化，使得寄生电容产生到接地电流(current to earth)。
[0021]事实上，通向大地的电流的强度可以利用以下公式计算：
[0022][0023]其中，ΔV是电压变化(由1800V与0V之间的差值给出，反之亦然)；
[0024]ΔT是变化发生的时间，约等于250纳秒；
[0025]C是IGBT模块的基座与热沉之间产生的寄生电容。
[0026]例如，如果IGBT模块的寄生电容约为2nF，则例如四个IGBT模块的总寄生电容约为8nF，其被添加到电容器的总电容，使得可以获得各个单个转换器装置的约25
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30nF的电容。
[0027]在供电系统设置有多个转换器装置(例如60个模块)的情况下，可以获得约1.5
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1.8μF的非常高的总电容。因此，每次IGBT模块的开关切换以定义正弦波时，由于总电容而产生峰值还可以显著超过200
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250A的接地电流。
[0028]此外，由于与由具有确定长度的导体定义的各个转换器装置的各个内部连接具有寄生电感，因此在由寄生电容产生的电流的发展中产生阻尼振荡。
[0029]在上述类型的供电系统中，所产生的寄生电流的峰值和振荡会导致各种保护、去饱和、或者模块驱动器的受编程的打开/关闭状态的错误的意外干预，并伴有随之的故障、辅助电源的差错、过电压、欠电压、AC差错等的风险。这些干预中的一些并不是由于真正的警报，而是由控制系统解释为警报的简单的信号扰动。
[0030]然而，在一些情况下，扰动会达到如此程度以致例如在辅助电源中真正产生故障或“错误”。
[0031]US2014/268570A1公开了逆变器，其包括壳体组件、电容器组件、多个臂组件、多个热沉和支撑组件。壳体组件包括限定封闭空间的多个侧壁。电容器组件耦合到壳体组件。各个臂组件包括多个电气部件和多条电气总线。各个臂组件耦合到电容器组件并与其电通信。支撑组件包括不导电的框架组件。支撑组件被构造以分隔地支撑各个热沉。密封剂被应用到各条电气总线和数量有限的电气部件。因此，数量有限的电气部件大致上与环境阻隔开，并且可以现场修理或更换没有被封装在密封剂中的部件。
[0032]DE102017206774A1公开了电控制装置，其包括多个要冷却的部件和内置于壳体中的热沉，热沉与参考电位电绝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种转换器装置，其被配置为将直流电压和电流转换成要供应给负载(L)的交流电压和电流，其中，所述转换器装置包括：电容器(12)的组(11)，其在使用期间可连接直流电源电路；多个功率半导体(13)，其连接到所述电容器(12)的组并且被配置为选择性地导通和关断，以允许产生朝向输出(15b)的正弦电流波；热沉(14)，其上安装有所述功率半导体(13)并且被配置为耗散由它们产生的热量；以及外壳(15)，其内部至少封装有所述电容器(12)的组(11)、所述热沉(14)和所述功率半导体(13)，其特征在于，所述热沉(14)或所述电容器(12)中的至少一个相对于所述外壳(15)和所述外壳(15)的地线(G)浮动。2.根据权利要求1所述的转换器装置，其特征在于，所述热沉(14)和所述电容器(12)二者都相对于所述外壳(15)浮动。3.根据权利要求1或2所述的转换器装置，其特征在于，所述热沉(14)和/或所述电容器(12)相对于所述外壳(15)电隔离。4.根据权利要求1或2所述的转换器装置，其特征在于，其至少包括连接在所述热沉(14)与所述外壳(15)之间的第一高阻抗部件(16)。5.根据权利要求1或4所述的转换器装置，其特征在于，所述电容器(12)是薄膜型电容器并且包括金属材料的容纳体(17)，并且所述转换器装置包括多个第二高阻抗部件(18)，各个所述第二高阻抗部件连接在相应的电容器(12)的所述容纳体(17)与连接到所述外壳(15)的所述地线(G)之间。6.根据权利要求4或5所述的转换器装置，其特征在于，所述至少一个第一部件(16)和/或所述第二高阻抗部件(18)具有包括在500Ω到1500Ω之间的阻抗。7.根据权利要求4至6中任一项所述的转换器装置，其特征在于，所述至少一个第一部件(16)和/或所述第二部件(18)具有包括在800Ω到1200Ω之间的阻抗。8.根据上文任一项权利要求所述的转换器装置，其特征在于，其包括至少一个低通电滤波器(19)，所述低通电滤波器连接在输出连接器(15b)与所述地线(G)之间，所述输出连接器(15b)适于在使用期间连接到要供电的负载(L)。9.一种设备，其向高功率欧姆
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感应型负载(21)供应电力，包括：
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连接到电网(26)的变压器(25)，所述电网供应交流市电电压(Ur)和交流市电电流(Ir)，所述变压器(25)被配置为将交流市电电压(Ur)和所述交流市电电流(Ir)转换成交流基极电压(Ub)和交流基极电流(Ib)；
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多个整流器(29)，其连接到所述变压器(25)并且被配置为将所述交流基极电压(Ub)和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑞佐，
申请(专利权)人：达涅利自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：