一種大功率半導(dǎo)體變流器功能單元柜的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種大功率半導(dǎo)體變流器功能單元柜，其包括由頂架和底架構(gòu)成的框架，在所述頂架和所述底架之間設(shè)有多個(gè)隔檔，相鄰兩個(gè)隔檔之間依次安裝逆變單元、第一控制單元、斬波單元、第二控制單元、整流單元。通過(guò)功能單元的有效分離和組合，完成不同需求的變頻器系統(tǒng)需求，同時(shí)以打包的方式進(jìn)行運(yùn)輸和安裝，保證系統(tǒng)的完整性，在某塊出現(xiàn)故障時(shí)又可以隔離和替換的方式更換各個(gè)功能單元，有效的解決了變頻器系統(tǒng)如何布局的問(wèn)題。同時(shí)因?yàn)閷?duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的布局方式，電路的能量流更加合理，有效的提高了變流器的輸出能力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種大功率半導(dǎo)體變流器功能單元柜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及一種大功率半導(dǎo)體器件變流器功能單元柜。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，交流調(diào)速逐步取代了直流調(diào)速，特別是近些年來(lái)，隨著半導(dǎo)體器件技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是以絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、電子注入增強(qiáng)門(mén)極晶體管(IEGT)、門(mén)控晶閘管(GTO)、集成門(mén)極換向晶閘管(IGCT)為代表的大功率全控器件得到急速發(fā)展，由它們構(gòu)成的中高壓變頻器系統(tǒng)，性能優(yōu)異，可以實(shí)現(xiàn)PWM逆變和PWM整流，不僅具有諧波小，功率因數(shù)也有很大程度的提高。其中，IGCT是一種高效率、高可靠性的新型電力半導(dǎo)體器件，在現(xiàn)代中高壓變頻器系統(tǒng)中應(yīng)用最多。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的多數(shù)IGCT中高壓功率柜主要應(yīng)用于中高壓變頻器，有效的實(shí)現(xiàn)了電機(jī)調(diào)速，在節(jié)能環(huán)保方面取得了非常顯著的效果。
[0003]目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的基于三電平電路的變頻器系統(tǒng)多數(shù)由若干個(gè)功率單元構(gòu)成，一般分為控制單元、整流單元、逆變單元、斬波單元、冷卻單元、終端單元(可選)等基本單元。由于IGCT器件應(yīng)用要求比較苛刻，在整個(gè)系統(tǒng)如何有效分配多個(gè)單元的組合上，出現(xiàn)了很多方案，多數(shù)為單體式結(jié)構(gòu)或者一體式結(jié)構(gòu)，但這兩種結(jié)構(gòu)明顯存在著多種弊端。
[0004]單體式結(jié)構(gòu)柜僅包含IGCT功率模塊及與之關(guān)聯(lián)的主電路連線(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)雖然能將功率柜做到最小尺寸，但是在實(shí)際應(yīng)用中不僅裝配麻煩而且系統(tǒng)可靠性也將面臨很大的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)榭刂撇糠峙c功率柜分開(kāi)，在應(yīng)用中需要在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)所有控制線(xiàn)纜和光纖進(jìn)行連接，大量的線(xiàn)纜連接不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，極大降低裝配效率，而且接線(xiàn)一旦錯(cuò)誤，往往會(huì)損害變流器；同時(shí)若將大量信號(hào)電纜分為2部分連接，也會(huì)大大降低控制線(xiàn)纜對(duì)電磁的抗干擾能力，以至在極端情況下干擾信號(hào)會(huì)造成系統(tǒng)誤報(bào)故障而導(dǎo)致停機(jī)。
[0005]一體式結(jié)構(gòu)的功率柜是將整流、逆變和控制三部分集成在一個(gè)柜體之內(nèi)，由于采用了不可拆卸的整體結(jié)構(gòu)方案，體積和重量都非常龐大，運(yùn)輸、吊裝和安裝都非常困難，同時(shí)這種結(jié)構(gòu)的功率柜僅能實(shí)現(xiàn)單個(gè)電機(jī)的單傳動(dòng)應(yīng)用，無(wú)法滿(mǎn)足目前工業(yè)領(lǐng)域中常用的多傳動(dòng)、冗余傳動(dòng)及雙重化傳動(dòng)等應(yīng)用需求。因此，如何實(shí)現(xiàn)整個(gè)功率系統(tǒng)的有效組合分配，方便整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)輸、安裝和檢修成了目前IGCT三電平功率柜應(yīng)用的首要難題，對(duì)此國(guó)內(nèi)外均沒(méi)有很好的解決方案。
[0006]在IGCT器件組成的三電平電路的變頻器系統(tǒng)中，對(duì)各個(gè)功能單元組合上應(yīng)用較多的兩種組合方式相比較:一種是功能單元完全整合成一個(gè)柜體，這樣組成的系統(tǒng)非常龐大，運(yùn)輸和安裝困難，而且出現(xiàn)故障時(shí)不容易實(shí)現(xiàn)故障的排除和隔離；另一種是功能單元完全分離，這樣分配組合雖然解決了單個(gè)單元柜體積變小運(yùn)輸比較方便，但是在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，因?yàn)楣δ軉卧姆蛛x，接線(xiàn)比較繁瑣，而且容易出錯(cuò)，給調(diào)試帶來(lái)麻煩。
[0007]因此，在系統(tǒng)功能單元的分配整合上，一個(gè)亟待解決的問(wèn)題是需要提供一種通用的變頻器系統(tǒng)布局設(shè)計(jì)，使得其既可以滿(mǎn)足運(yùn)輸和維護(hù)的方便性又能保證系統(tǒng)安裝的簡(jiǎn)易性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種大功率半導(dǎo)體變流器功能單元柜，其包括由頂架和底架構(gòu)成的框架，在所述頂架和所述底架之間設(shè)有多個(gè)隔檔，相鄰兩個(gè)隔檔之間依次對(duì)稱(chēng)地安裝逆變單元、第一控制單元、斬波單元、第二控制單元、整流單元，其中各個(gè)單元之間相關(guān)的線(xiàn)路在安裝之前進(jìn)行適配連接后整體打包配置以免去使用時(shí)需要的二次調(diào)試。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的變流器功能單元柜，其還包括輸入濾波單元，所述輸入濾波單元固定安裝在所述整流單元一側(cè)，用于對(duì)進(jìn)入所述功能單元柜的交流信號(hào)進(jìn)行濾波。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的變流器功能單元柜，其還包括輸出濾波單元，所述輸出濾波單元固定安裝在所述逆變單元一側(cè)，用于對(duì)所述功能單元柜輸出的交流信號(hào)進(jìn)行濾波。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的變流器功能單元柜，其還包括水冷單元，所述水冷單元設(shè)在所述輸出濾波單元或者所述輸入濾波單元一側(cè)，用于消散所述功能單元柜中的各個(gè)單元工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的變流器功能單元柜，所述功能單元柜中的功率器件為整流管、晶閘管、IGBT、IEGT或IGCT中的任意組合。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的變流器功能單元柜，為滿(mǎn)足容量的需求，所述整流單元為兩個(gè)，所述逆變單元為兩個(gè)，斬波單元為一個(gè)。
[0014]本發(fā)明正是設(shè)計(jì)一種有效的基于IGCT器件的三電平變頻器系統(tǒng)布局，通過(guò)功能單元的有效分離和組合，完成不同需求的變頻器系統(tǒng)需求，同時(shí)以打包的方式進(jìn)行運(yùn)輸和安裝，保證系統(tǒng)的完整性，在某塊出現(xiàn)故障時(shí)又可以隔離和替換的方式更換各個(gè)功能單元，有效的解決了變頻器系統(tǒng)如何布局的問(wèn)題。
[0015]同時(shí)因?yàn)閷?duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的布局方式，電路的能量流更加合理，有效的提高了變流器的輸出能力
[0016]本發(fā)明帶來(lái)了以下有益效果:
[0017]1、以對(duì)稱(chēng)性的電路原理作為布局基礎(chǔ)，電路能量流更加合理，極大的提高了系統(tǒng)輸出能力和穩(wěn)定性；
[0018]2、一體式結(jié)構(gòu)方便運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，降低因二次接線(xiàn)調(diào)試帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)；
[0019]3、左右兩側(cè)的冷卻單元和輸入、輸出的可選布局，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需求，最大可能滿(mǎn)足客戶(hù)需求；
[0020]4、可擴(kuò)容式的結(jié)構(gòu)，保證了系統(tǒng)的系列化產(chǎn)品豐富多樣，可滿(mǎn)足不同客戶(hù)的需求。
[0021]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要的附圖做簡(jiǎn)單的介紹:[0023]圖1顯示了典型的交直交高壓變頻器的主電路圖；
[0024]圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的大功率半導(dǎo)體變流器功能單元柜布局示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0025]以下將結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說(shuō)明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明各實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0026]如圖1所示，其中顯示了典型的交直交高壓變頻器的主電路圖。按照具體的電路用途，可將交直交高壓變頻器分為濾波、整流、斬波、逆變四個(gè)功能。其中濾波功能根據(jù)需要進(jìn)行選配，一般需要在輸入和輸出側(cè)都加。典型的配置如下，通常在三電平電路中選用四象限整流的方式，整流和逆變的電路拓?fù)渫耆恢?。因此可根?jù)電路能量流的方式進(jìn)行功能單元分塊的方式進(jìn)行變頻器系統(tǒng)功能單元柜的設(shè)計(jì)。鑒于此，將功能單元柜共劃分為輸入濾波單元、整流單元、斬波單元、逆變單元、輸出濾波單元。因?yàn)榻恢苯桓邏鹤冾l器電路的對(duì)稱(chēng)性，左側(cè)作為輸入和右側(cè)作為輸入均可。因此，本發(fā)明保護(hù)的是一種對(duì)稱(chēng)性的布局方案，不拘限于左側(cè)做為輸入或者輸出。
[0027]具體布局如圖2所示。在圖2中，顯示了一種大功率半導(dǎo)體變流器功能單元柜，其包括由頂架和底架構(gòu)成的框架。在頂架和底架之間設(shè)有多個(gè)隔檔，相鄰兩個(gè)隔檔之間依次對(duì)稱(chēng)地安裝逆變單元、第一控制單元、斬波單元、第二控制單元、整流單元。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的一體式結(jié)構(gòu)，各單元電路連接不被打短和轉(zhuǎn)接，從電磁兼容角度考慮不易引入干擾，特別是針對(duì)大功率的應(yīng)用此優(yōu)點(diǎn)更為明顯。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例中，功能單元柜還可包括輸入濾波單元，輸入濾波單元固定安裝在整流單元一側(cè)，用于對(duì)進(jìn)入功能單元柜的交流信號(hào)進(jìn)行濾波。
[0030]在一個(gè)實(shí)施例中，功能單元柜還包括輸出濾波單元，輸出濾波單元固定安裝在逆變單元一側(cè)，用于對(duì)功能單元柜輸出的交流信號(hào)進(jìn)行濾波。
[0031]在一個(gè)實(shí)施例中，功能單元柜還包括水冷單元，冷單元設(shè)在所述輸出濾波單元或者所述輸入濾波單元一側(cè)，用于消散所述功能單元柜中的各個(gè)單元工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。因?yàn)?，一般IGCT高壓變頻器采用水冷的方式進(jìn)行冷卻散熱，因此若該布局配置冷卻單元的話(huà)，可采用左側(cè)作為冷卻單元布局或者右側(cè)作為冷卻單元布局的方式，水冷單元作為單獨(dú)部分，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中直接根絕功率等級(jí)的不同進(jìn)行選配。注意水冷單元作為選配件，若采用風(fēng)冷不需要單獨(dú)選配。
[0032]將水冷單元集成到本功率柜中，避免了二次電路調(diào)試和冷卻系統(tǒng)重新連接和保壓的操作過(guò)程，從而減小了泄露冷卻液的風(fēng)險(xiǎn)。
[0033]根據(jù)本發(fā)明，變流器功能單元柜中的功率器件可以為整流管、晶閘管、IGBT、IEGT或IGCT中的任意組合。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的變流器功能單元柜，為滿(mǎn)足擴(kuò)容的需要，可將整流單元布置為兩個(gè)，逆變單元布置兩個(gè)，斬波單元布置為一個(gè)。但本發(fā)明不限于此，只要能夠滿(mǎn)足容量要求，并且對(duì)稱(chēng)布置均不影響本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明整體布局、單元獨(dú)立分布的方式便于系統(tǒng)擴(kuò)容和組合，子單元可采用標(biāo)準(zhǔn)單元，減少重復(fù)開(kāi)發(fā)的工作量。[0035]該系統(tǒng)在電路原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行對(duì)稱(chēng)性布局設(shè)計(jì)，功能單元作為一體結(jié)構(gòu)，保證電路連接的安全可靠，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后不需要在進(jìn)行復(fù)雜的內(nèi)部接線(xiàn)連接，極大的提高了效率和系統(tǒng)因?yàn)榻泳€(xiàn)錯(cuò)誤產(chǎn)生的故障，保證系統(tǒng)調(diào)試的穩(wěn)定性和連貫性。出廠調(diào)試完成后，在現(xiàn)場(chǎng)不需要重新二次調(diào)試。而采用傳統(tǒng)各個(gè)單元打散現(xiàn)場(chǎng)組裝的方式的話(huà)，需要進(jìn)行二次調(diào)試，增加工程工作量。
[0036]因此，采用本發(fā)明的功率柜，方便采用整體包裝運(yùn)輸，減少了因安裝誤差無(wú)法滿(mǎn)足電路和管路的連接，降低安裝要求，提高安裝效率。
[0037]雖然本發(fā)明所揭露的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書(shū)所界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種大功率半導(dǎo)體變流器功能單元柜，其特征在于，包括: 由頂架和底架構(gòu)成的框架，在所述頂架和所述底架之間設(shè)有多個(gè)隔檔，相鄰兩個(gè)隔檔之間依次對(duì)稱(chēng)地安裝若干逆變單元、第一控制單元、若干斬波單元、第二控制單元、若干整流單元，以利能量合理流動(dòng)，其中各個(gè)單元之間相關(guān)的線(xiàn)路在安裝之前進(jìn)行適配連接后整體打包配置以免去使用時(shí)需要的二次調(diào)試。
2.如權(quán)利要求1所述的變流器功能單元柜，其特征在于，所述單元柜還包括輸入濾波單元，所述輸入濾波單元固定安裝在所述整流單元一側(cè)，用于對(duì)進(jìn)入所述功能單元柜的交流信號(hào)進(jìn)行濾波。
3.如權(quán)利要求1所述的變流器功能單元柜，其特征在于，還包括輸出濾波單元，所述輸出濾波單元固定安裝在所述逆變單元一側(cè)，用于對(duì)所述功能單元柜輸出的交流信號(hào)進(jìn)行濾波。
4.如權(quán)利要求1所述的變流器功能單元柜，其特征在于，還包括水冷單元，所述水冷單元設(shè)在所述輸出濾波單元或者所述輸入濾波單元一側(cè)，用于消散所述功能單元柜中的各個(gè)單元工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的變流器功能單元柜，其特征在于，所述功能單元柜中的功率器件為整流管、晶閘管、IGBT, IEGT或IGCT中的任意組合。
6.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的變流器功能單元柜，其特征在于，所述整流單元為兩個(gè)或兩個(gè)以上，所述逆變單元為兩個(gè)或兩個(gè)以上，斬波單元為一個(gè)。
【文檔編號(hào)】H02M5/42GK103532348SQ201310498724
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】胡家喜, 李彥涌, 楊進(jìn)峰, 孫保濤, 羅凌波, 朱武, 姚磊, 劉海濤, 羅劍波, 周偉軍, 劉少奇, 馬振宇 申請(qǐng)人:南車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)研究所有限公司