一种三电平变流器的模块化结构制造技术

本发明专利技术公开了一种三电平变流器的模块化结构，所述三电平变流器包括三个并联的单相三电平电路，每个单相三电平电路包括固定在一个内含水道的水冷基板表面的第一至第四IGBT以及第一至第二钳位二极管；通过合理对称的布局，使得电平电路连线简洁，最大化地减小电流回路，以致换流时高频回路的杂散电感较小，从而降低IGBT关断时的电压冲击；同时，本发明专利技术也充分考虑了三电平结构中IGBT发热量的差异以及水道设计的便捷性，使得系统的散热效果更加稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种功率器件，尤其涉及一种三电平变流器的模块化结构。
技术介绍
随着电力电子技术的发展和进步，变流器功率越来越高。为了提高整个系统的效率，减小系统的热损耗，大功率的变流器系统趋于采用中高压的电压等级。鉴于当前电力电子器件的发展水平，如果继续采用两电平的拓扑结构，在中高压场合需要多只电力电子器件的串联，而串联电力电子器件的静态和动态的均压问题解决起来比较困难，从而降低整个系统的可靠性。三电平拓扑结构由于采用了钳位二极管，顺利地解决了均压的问题，使得低电压等级的电力电子器件在中高压变流器系统的应用成为可能。由于电容钳位的三电平拓扑中钳位电容的电平控制比较复杂，当前应用中多采用二极管钳位的三电平结构。IGBT (绝缘栅双极型晶体管)是电压敏感型器件，如果换流回路中的杂散电感过大，IGBT关断时有可能造成过电压而损坏。尤其是三电平变流器的器件多、连线复杂，三电平电路中功率模块的合理布局可有效减小换流回路，从而降低回路的杂散电感。三电平变流器多工作在逆变状态，此时外管的损耗大约为内管损耗的3-4倍，因此功率器件的均匀散热设计也是系统能否稳定运行的关键所在。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种三电平变流器的模块化结构，它可以有效地减小电流回路，并且保证功率器件均匀散热，方便地进行系统维护和拓展。实现上述目的的技术方案是:—种三电平变流器的模块化结构，所述三电平变流器包括三个并联的单相三电平电路，每个单相三电平电路包括第一 IGBT至第四IGBT、第一钳位二极管及第二钳位二极管，其中，第一 IGBT的发射极分别连接第二 IGBT的集电极和第一钳位二极管的阴极；第二IGBT的发射极连接第三IGBT的集电极；第三IGBT的发射极分别连接第四IGBT的集电极和第二钳位二极管的阳极；第一钳位二极管的阳极连接第二钳位二极管的阴极；针对每个单相三电平电路:所述第一 IGBT至第四IGBT、第一钳位二极管和第二钳位二极管均固定在一个内含水道的水冷基板的表面；所述第一 IGBT至第四IGBT分别固定于所述水冷基板的四角，并以第一 IGBT和第二 IGBT为一列、第一 IGBT和第四IGBT对角的形式设置；所述第一钳位二极管和第二钳位二极管呈一列并固定于所述水冷基板的中部，并且第一钳位二极管的阴极和第二钳位二极管的阴极一一对应地对着第一 IGBT和第二 IGBT所在侧。上述的三电平变流器的模块化结构，其中，所述第一 IGBT至第四IGBT均以集电极在内侧，发射极在外侧的方式布置。上述的三电平变流器的模块化结构，其中，所述第一 IGBT至第四IGBT各自的驱动安装在各自发射极的旁侧。上述的三电平变流器的模块化结构，其中，所述内置于水冷基板内部的水道包括竖向进水水道、顶部横向水道、底部横向水道以及三个竖向冷却水道，其中:所述竖向进水水道位于所述水冷基板的左侧，其下端口接一进水口，其上端口接通所述顶部横向水道；所述三个竖向冷却水道分别接通所述顶部横向水道和底部横向水道，并且一一对应于所述第一 IGBT和第二 IGBT所在列、第一钳位二极管和第二钳位二极管所在列以及第三IGBT和第四IGBT所在列；所述底部横向水道的右端口接一出水口。上述的三电平变流器的模块化结构，其中，所述第一 IGBT位于所述水冷基板的左上角或者右上角。上述的三电平变流器的模块化结构，其中，所述第一 IGBT位于所述水冷基板的右上角；所述第二 IGBT位于所述水冷基板的右下角；所述第三IGBT位于所述水冷基板的左下角；所述第四IGBT位于所述水冷基板的左上角；所述第一钳位二极管位于所述水冷基板的中部下方；所述第二钳位二极管位于所述水冷基板的中部上方。上述的三电平变流器的模块化结构，其中，从所述水冷基板的下方，自第二 IGBT和第三IGBT的连接线引出交流引出线；从所述水冷基板的上方，自第一 IGBT的集电极引出直流正线，自第四IGBT的发射极引出直流负线，自第一钳位二极管和第二钳位二极管的连接线引出直流中线。上述的三电平变流器的模块化结构，其中，所述第一 IGBT位于所述水冷基板的左下角；第二 IGBT位于所述水冷基板的左上角；第三IGBT位于所述水冷基板的右上角；第四IGBT位于所述水冷基板的右下角；第一钳位二极管位于所述水冷基板的中部上方；第二钳位二极管位于所述水冷基板的中部下方。上述的三电平变流器的模块化结构，其中，从所述水冷基板的上方，自第二和第三IGBT的连接线引出交流引出线；从所述水冷基板的下方，自第一 IGBT的集电极引出直流正线，自第四IGBT的发射极引出直流负线，自第一钳位二极管和第二钳位二极管的连接线引出直流中线。本专利技术的有益效果是:本专利技术通过将各功率器件在水冷基板上合理地布局，使得上下桥臂的功率器件对称分布，方便了叠层母排的设计，最大化地减小了换流回路，以减低换流回路的杂散电感，从而降低功率器件因关断过电压而造成损坏的可能性；同时，本专利技术中IGBT的驱动均位于外侧，方便调试和维护；交流引出线在下部引出，直流段在上部引出，可以方便地与其它相并联，便于系统的拓展；并且，水道的设计充分考虑到各IGBT发热量，冷却水由下方流入可以有效去除气泡、提高散热效果，同时冷却水首先流经发热量较大的IGBT从而保证了功率器件的均匀散热，以保证系统的稳定运行。附图说明图1是三电平变流器的原理示意图；图2是本专利技术的第一具体实施例的结构图3是本专利技术的水道的结构图；图4是本专利技术的第二具体实施例的结构图。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。请参阅图1，三电平变流器由三个相同的单相三电平电路200，通过直流正线DC+、直流中线DCO和直流负线DC-并联而成，具有A、B、C三个交流输出端。直流支撑电容Cl、C2串联于DC+、DCO、DC-之间。每个单相三电平电路200包括第一 IGBT (上桥臂外管IGBT) S1、第二 IGBT (上桥臂内管IGBT) S2、第三IGBT (下桥臂内管IGBT) S3、第四IGBT (下桥臂外管IGBT) S4、第一钳位二极管(上钳位二极管)Dl以及第二钳位二极管(下钳位二极管)D2，其中:第一 IGBT SI的集电极连接直流正线DC+，第一 IGBT SI的发射极分别连接第二IGBT S2的集电极和第一钳位二极管Dl的阴极；第二 IGBT S2的发射极连接第三IGBT S3的集电极；第三IGBT S3的发射极分别连接第四IGBT S4的集电极和第二钳位二极管D2的阳极；第四IGBT S4的发射极连接直流负线DC-；第一钳位二极管Dl的阳极分别连接第二钳位二极管D2的阴极和直流中线DC0。请参阅图2、图3和图4，本专利技术的三电平变流器，针对每个单相三电平电路200:第一至第四IGBT S1-S4以及第一至第二钳位二极管D1-D2均固定在一个内含水道10的水冷基板I的表面；以第一和第二 IGBT S1、S2呈一列、第三和第四IGBT S3、S4呈一列、第一和第三IGBT S1、S3对角并且第二和第四IGBT S2、S4对角的形式，将第一至第四IGBT S1-S4分别固定于水冷基板I的四角；第一和第二钳位二极管Dl、D2呈一列并固定于水冷基板I的中部，并且第一和第二钳位二极管D1、D2各自的阴极靠向第一和第二 I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三电平变流器的模块化结构，所述三电平变流器包括三个并联的单相三电平电路，每个单相三电平电路包括第一IGBT至第四IGBT、第一钳位二极管及第二钳位二极管，其中，第一IGBT的发射极分别连接第二IGBT的集电极和第一钳位二极管的阴极；第二IGBT的发射极连接第三IGBT的集电极；第三IGBT的发射极分别连接第四IGBT的集电极和第二钳位二极管的阳极；第一钳位二极管的阳极连接第二钳位二极管的阴极；其特征在于，针对每个单相三电平电路：所述第一IGBT至第四IGBT、第一钳位二极管和第二钳位二极管均固定在一个内含水道的水冷基板的表面；所述第一IGBT至第四IGBT分别固定于所述水冷基板的四角，并以第一IGBT和第二IGBT为一列、第一IGBT和第四IGBT对角的形式设置；所述第一钳位二极管和第二钳位二极管呈一列并固定于所述水冷基板的中部，并且第一钳位二极管的阴极和第二钳位二极管的阴极一一对应地对着第一IGBT和第二IGBT所在侧。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张鲁华，吴竞之，薛兆强，宋小亮，尹正兵，陈国栋，董祖毅，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31