单相输入模块化功率单元制造技术

本实用新型专利技术提供一种单相输入模块化功率单元；模块化功率单元由功率单元模块、电容模块组成；功率单元模块包含两个小体积功率模块、功率单元外壳及控制电路板金属腔体；功率单元主电路采用单相PWM整流和单相H桥逆变；该模块化功率单元实现将整流、逆变IGBT功率模块对称布置在两个小体积功率模块，极大降低了功率单元设计复杂程度，提升了功率单元模块化水平，并简化了四象限高压变频系统变压器二次绕组结构，更高效的实现四象限H桥级联多电平高压变频系统无功率单元输入电抗器设计，是一种高可靠、低成本的模块化功率单元。低成本的模块化功率单元。低成本的模块化功率单元。

【技术实现步骤摘要】
单相输入模块化功率单元


[0001]本技术属于四象限H桥级联多电平高压变频系统
，具体涉及一种单相输入模块化功率单元。

技术介绍

[0002]在四象限H桥级联多电平高压变频系统中，功率单元的设计直接影响整个高压变频器系统的成本、可靠性、兼容性、便于维护性等关键因素。
[0003]目前应用于四象限H桥级联多电平高压变频系统常用的功率单元原理如图1所示。高压变频器的多绕组移相变压器T1通过多个三相输出的延边三角形二次绕组Ux、Vx、Wx将输入的三相高压电源隔离、降压、移相后分别供给每个功率单元，多绕组移相变压器二次绕组与功率单元之间串联三相功率单元输入电抗器Lnx以实现四象限PWM整流控制；四象限H桥级联多电平高压变频功率单元的整流电路一般采用三相PWM整流，逆变电路采用单相H桥逆变；整流电路直流输出侧和逆变电路直流输入侧与直流支撑电容C相连，电阻R用于对电容放电。单元控制电路板通过整流IGBT驱动板、逆变IGBT驱动板分别对功率单元的整流、逆变IGBT功率模块控制。
[0004]在四象限H桥级联多电平高压变频系统中，对高压变频系统成本影响较大的主要为多绕组移相变压器、功率单元输入三相电抗器和功率单元的IGBT功率模块。对多绕组移相变压器来说，采用多个三相输出的延边三角形二次绕组设计需使用更多的金属和绝缘材料，更复杂的绕制工艺，对变压器成本造成明显影响。对功率单元输入电抗器来说，因每个功率单元均需一个输入三相电抗器，以6KV四象限H桥级联多电平高压变频系统为例，按每相5级功率单元，则需15个三相输入电抗器，不仅明显影响高压变频系统成本，而且不利于减小变频系统的体积。对功率单元来说，三相PWM整流需使用3个半桥IGBT功率模块，不仅IGBT功率模块数量较多，整流、逆变IGBT驱动电路板不能通用，且功率单元设计时需考虑更多部件的安全距离，使用更多的金属连接件及绝缘件，较明显影响功率单元成本、体积及复杂程度。
[0005]目前H桥级联多电平高压变频系统的功率单元主要有两种设计方法：一体式的功率单元和功率模块与电容分离的功率单元。一体式的功率单元为将功率单元关键部件设计为一个整体，也就是将功率单元的三相整流功率模块和H桥逆变功率模块布置在一个散热器上，然后将包含支撑电容在内的其余关键部件和散热器设计在一个腔体中，形成一体式的功率单元，从而较容易实现部分关键主功率金属连接件低杂散电感效果，提高功率单元的可靠性。功率模块与电容分离的功率单元为将功率单元的三相整流功率模块和H桥逆变功率模块布置在一个散热器上，并将支撑电容之外的其余部件和散热器设计在一个腔体，形成一个功率模块，然后通过直流金属连接件与支撑电容相连，实现支撑电容与功率模块可分离，降低功率模块的重量和体积。
[0006]一体式的功率单元因一个散热器上安装功率元器件过多，造成其装配过程复杂，功率单元庞大笨重而不利于搬运、装配，维护成本较高，同时存在不利于模块化生产，不利
于提高散热能力，兼容性低。功率模块与电容分离的功率单元虽然一定程度上减小了功率模块的体积和重量，但因功率单元内整流和逆变功率模块数量较多，布置在一个散热器后形成的功率模块体积和重量仍然比较大，功率模块与支撑电容之间的主功率金属连接件距离较长，较难实现关键直流金属连接件低杂散电感效果，影响功率单元的可靠性。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的不足，本技术提供了一种低成本、高可靠、兼容性强、便于维护的单相输入模块化功率单元。
[0008]本技术的技术方案为：单相输入模块化功率单元，所述的模块化功率单元由功率单元模块和电容模块组成；所述的功率单元模块和电容模块前后布置，功率单元模块在前，电容模块在后；所述的功率单元模块包含一个左侧小体积功率模块和一个右侧小体积功率模块；所述的两个小体积功率模块分别包含左侧散热器和右侧散热器；所述的左侧散热器和右侧散热器的散热面对称布置有单相PWM整流模块和单相H桥逆变模块；所述的单相PWM整流模块和单相H桥逆变模块分别采用单相PWM整流电路和单相H桥逆变电路。
[0009]所述的单相PWM整流模块包含第一单相PWM整流模块和第二单相PWM整流模块；所述的单相H桥逆变模块包含第一单相H桥逆变模块和第二单相H桥逆变模块；所述的第一单相PWM整流模块和第一单相H桥逆变模块布置在左侧散热器；所述的第二单相PWM整流模块和第二单相H桥逆变模块布置在右侧散热器；所述的单相PWM整流模块布置在散热器下部；所述的单相H桥逆变模块布置在散热器上部。
[0010]所述的单相PWM整流模块通过交流输入金属连接件与交流输入金属连接端子相连接，通过直流输出金属连接件与直流输出金属连接端子相连接；所述的交流输入金属连接件为铝排、铜排或电缆；所述的直流输出金属连接件为铜或铝的叠层复合母排、铜排或铝排；所述的交流输入金属连接端子包含第一交流输入金属连接端子和第二交流输入金属连接端子；所述的直流输出金属连接端子包含第一直流输出金属连接端子和第二直流输出金属连接端子；所述的第一交流输入金属连接端子和第二交流输入金属连接端子分别与变频系统的多绕组变压器二次单相输出绕组两端相连接；所述的多绕组变压器二次绕组采用单相绕组，绕组间无移相要求，不采用结构复杂的延边三角形三相输出绕组，同时通过增加多绕组变压器二次绕组阻抗来代替功率单元三相输入电抗器，实现四象限H桥级联多电平高压变频系统无功率单元输入电抗器。
[0011]所述的单相H桥逆变模块通过直流输入金属连接件与直流输入金属连接端子相连接，通过交流输出金属连接件与交流输出金属连接端子相连接；所述的交流输出金属连接件为铝排或铜排；所述的直流输入金属连接件为铜或铝的叠层复合母排；所述的直流输入金属连接端子包含第一直流输入金属连接端子和第二直流输入金属连接端子；所述的交流输出金属连接端子包含第一交流输出金属连接端子和第二交流输出金属连接端子；所述的第一交流输入金属连接端子和第一直流输出金属连接端子安装在左侧小体积功率模块；所述的第二交流输入金属连接端子和第二直流输出金属连接端子安装在右侧小体积功率模块。
[0012]所述的单相PWM整流模块和单相H桥逆变模块由半桥封装IGBT功率模块构成；所述的半桥封装IGBT功率模块正负端子安装突波吸收电容；所述的半桥封装IGBT功率模块可根
据变频器容量需求采用非并联或并联结构。
[0013]所述IGBT功率模块采用62mm封装或EconoDUAL半桥封装IGBT功率模块。
[0014]所述的功率单元的电容模块包含由若干单体金属膜电容组成的电容组；所述的电容组通过电容金属连接件分别与直流输出金属连接端子和直流输入金属连接端子相连接；所述的电容组的底部设置有电容组底座，电容组底座在电容组的底部对其进行支撑；所述的放电电阻布置在电容组底座的后方；所述的放电电阻通过电缆与电容组的正负端子相连接。
[0015]所述的功率单元模块包括功率单元外壳；所述的小体积功率模块对称立式安装在功率单元外壳内部两侧，其中小体积功率模块的左右本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单相输入模块化功率单元，其特征在于：所述的模块化功率单元由功率单元模块和电容模块组成；所述的功率单元模块和电容模块前后布置，功率单元模块在前，电容模块在后；所述的功率单元模块包含一个左侧小体积功率模块和一个右侧小体积功率模块；所述的两个小体积功率模块分别包含左侧散热器和右侧散热器；所述的左侧散热器和右侧散热器的散热面对称布置有单相PWM整流模块和单相H桥逆变模块。2.根据权利要求1所述的单相输入模块化功率单元，其特征在于：所述的单相PWM整流模块和单相H桥逆变模块分别采用单相PWM整流电路和单相H桥逆变电路；所述的单相PWM整流模块包含第一单相PWM整流模块和第二单相PWM整流模块；所述的单相H桥逆变模块包含第一单相H桥逆变模块和第二单相H桥逆变模块；所述的第一单相PWM整流模块和第一单相H桥逆变模块布置在左侧散热器；所述的第二单相PWM整流模块和第二单相H桥逆变模块布置在右侧散热器；所述的单相PWM整流模块布置在散热器下部；所述的单相H桥逆变模块布置在散热器上部。3.根据权利要求1所述的单相输入模块化功率单元，其特征在于：所述的单相PWM整流模块通过交流输入金属连接件与交流输入金属连接端子相连接，通过直流输出金属连接件与直流输出金属连接端子相连接；所述的交流输入金属连接件为铝排、铜排或电缆；所述的直流输出金属连接件为铜或铝的叠层复合母排、铜排或铝排；所述的交流输入金属连接端子包含第一交流输入金属连接端子和第二交流输入金属连接端子；所述的直流输出金属连接端子包含第一直流输出金属连接端子和第二直流输出金属连接端子；所述的第一交流输入金属连接端子和第二交流输入金属连接端子分别与变频系统的多绕组变压器二次单相输出绕组两端相连接；所述的多绕组变压器二次绕组采用单相绕组，绕组间无移相要求，不采用结构复杂的延边三角形三相输出绕组，同时通过增加多绕组变压器二次绕组阻抗来代替功率单元三相输入电抗器，实现四象限H桥级联多电平高压变频系统无功率单元输入电抗器。4.根据权利要求1所述的单相输入模块化功率单元，其特征在于：所述的单相H桥逆变模块通过直流输入金属连接件与直流输入金属连接端子相连接，通过交流输出金属连接件与交流输出金属连接端子相连接；所述的交流输出金属连接件为铝排或铜排；所述的直流输入金属连接件为铜或铝的叠层复合母排；所述的直流输入金属连接端子包含第一直流输入金属连接端子和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩然，梁静静，邱玉林，史光辉，王正国，周秋燕，王丹，何腾飞，武振华，张英锋，张盼盼，岳耀辉，任高飞，宋海凤，
申请(专利权)人：洛阳中重自动化工程有限责任公司，
类型：新型
国别省市：