CN100426639C - 一种高压集成门极换向晶闸管三电平变频功率柜 - Google Patents

一种高压集成门极换向晶闸管三电平变频功率柜 Download PDF

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Abstract

一种高压集成门极换向晶闸管三电平变频功率柜，属于半导体开关技术领域。包括：柜体(1)、结构支撑架(2)、三个紧凑型集成门极换向晶闸管功率相模块(3)、层叠母线(4)、输出母线(5)、进水管(6)、出水管(7)、软性水管(8)、快速接头(9)。优点在于：将IGCT应用电路中各元件集成于一个功率柜中，有效减小了占用体积。采用二极管箝位式三相三电平逆变电路结构，提高了电压等级，提高了逆变器的功率密度。功率相模块通过滑轮搭在柜体内结构支撑架上，有助于***的安装、调试等工作，提高了工作效率，同时也为最小停机时间的维护和维修工作打下了基础。装卸便利，结构紧凑，体积较小。

Description

一种高压集成门极换向晶闸管三电平变频功率柜
技术领域
本发明属于半导体开关技术领域，特别是提供了一种高压集成门极换向晶闸管(The Integrated Gate Commutated Thyristor，简称IGCT)三电平变频功率柜，它适用于3～27MVA大功率变流器中，可广泛应用于中压传动领域。
背景技术
集成门极换向晶闸管IGCT是瑞士ABB公司专为中压变频器开发的功率半导体开关器件。IGCT基于非常成熟的GTO(门极关断晶闸管)技术，使变频器的设计从根本上降低了复杂程度，提高了效率和可靠性。IGCT集IGBT(绝缘门极双极性晶体管)的高速开关特性和GTO(门极关断晶闸管)的高阻断电压和低导通损耗特性于一体。IGCT的快速开关能力无需缓冲电路，因而所需的功率元件数目更少，运行的可靠性更高。目前国际上IGCT的应用技术已经很成熟，但是在国内却还处于起步阶段，还没有IGCT变流器的成熟产品问世。完整的IGCT有源整流电路或逆变电路包括IGCT、反并联二极管、箝位电路器件等，若将这些元件分散组装后再用母线或导线进行电气连接，不仅其占用体积较大，而且连线回路面积较大，从而造成线路杂生电感增大。杂生电感的增大会使IGCT的关断电压升高，这时候为了保证IGCT的安全就必须要减小输出电流，从而造成输出功率的减小。此外，IGCT的功率组件分散安装，也不利于维修工作的进行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压集成门极换向晶闸管(The Integrated GateCommutated Thyristor，简称IGCT)三电平变频功率柜，它将所有器件集成于一个柜体之内，结构紧凑，体积较小，装卸便利，并且连接线路的杂生电感较小，输出功率能够达到设计要求。
本发明的结构如图1、图2所示，它包括：柜体1、结构支撑架2、三个紧凑型集成门极换向晶闸管功率相模块3、层叠母线4、输出母线5、进水管6、出水管7、软性水管8、快速接头9以及其它结构组件。三个功率相模块3在柜体1中上中下平行横向放置，每个功率相模块3左右两端外侧有滑轮搭在柜体内结构支撑架2上，可以前后滑动。每个功率相模块3后侧为平行于相模块并靠近相模块的层叠母线4，功率相模块的输出母线位于相模块后方下侧层叠母线4下方，柜体内左右两侧的直立水管分别为进水管6和出水管7，与柜体底部的主水管相连接。和进水管6相连的软性水管8，通过快速接头9和功率相模块的散热器的进水口连接，功率相模块的散热器的出水口通过快速接头9连接到和出水管7相连的软性水管8。
所述的散热器为水冷散热器，软性水管和散热器之间的接头为快速接头。
所述的紧凑型集成门极换向晶闸管功率相模块为由压紧架、螺杆以及其他结构组件将IGCT、二极管、散热器等串联压紧成三个相互平行“并联”的串组件，三个串组件公用两侧的压紧架，箝位电阻位于串前部左右两侧，箝位电抗器位于此串左右两侧，箝位电容器被连接母线夹持于此串中间后部。IGCT、二极管等半导体器件的电气连接是通过串间连接母线实现的，串间连接母线呈纵向被压紧于三个串组件之间，其表面紧贴于所连接的半导体器件的端面与散热器的端面。
所述的层叠母线依次对应连接于直流电容的P、N、M输出电位，三个紧凑型集成门极换向晶闸管功率相模块的层叠母排对应的电位点需并联。
所述的三个紧凑型集成门极换向晶闸管功率相模块的输出母线构成逆变器的U、V、W三相输出。
本发明的优点在于：将IGCT应用电路中各元件集成于一个功率柜中，有效减小了占用体积。采用二极管箝位式三相三电平逆变电路结构，提高了电压等级，提高了逆变器的功率密度。功率相模块通过滑轮搭在柜体内结构支撑架上，有助于***的安装、调试等工作，提高了工作效率，同时也为最小停机时间的维护和维修工作打下了基础。装卸便利，结构紧凑，体积较小。采用直流层叠母线技术使连接线路的杂生电感较小。
附图说明
图1为本发明的一种结构主视图。其中，柜体1、结构支撑架2、三个紧凑型集成门极换向晶闸管功率相模块3、进水管6。
图2为本发明的一种结构示意图的后视图。其中，柜体1、结构支撑架2、三个紧凑型集成门极换向晶闸管功率相模块3、层叠母线4、输出母线5、进水管6、出水管7、软性水管8、快速接头9。
具体实施方式
图1和图2为本发明的一种具体实施方式。三个功率相模块3在柜体1中上中下平行横向放置，每个功率相模块3左右两端外侧有滑轮搭在柜体内结构支撑架2上，可以前后滑动。每个功率相模块3后侧为平行于相模块并靠近相模块的层叠母线4，功率相模块的输出母线位于相模块后方下侧层叠母线4下方，柜体内左右两侧的直立水管分别为进水管6和出水管7，与柜体底部的主水管相连接。和进水管6相连的软性水管8，通过快速接头9和功率相模块的散热器的进水口连接，功率相模块的散热器的出水口通过快速接头9连接到和出水管7相连的软性水管8。
本发明中各IGCT等半导体器件之间的电路连接采用层叠母线实现，且层叠母线紧贴于功率器件，在结构上减小了连线的回路面积，实验结果证明了这种设计能够显著降低连接线路的杂生电感，提高了整台逆变器的输出功率。

Claims (6)

1.一种高压集成门极换向晶闸管三电平变频功率柜，其特征在于，包括：柜体(1)、结构支撑架(2)、三个紧凑型集成门极换向晶闸管功率相模块(3)、层叠母线(4)、输出母线(5)、进水管(6)、出水管(7)、软性水管(8)、快速接头(9)；三个功率相模块(3)在柜体(1)中上中下平行横向放置，每个功率相模块(3)左右两端外侧有滑轮搭在柜体内结构支撑架(2)上；每个功率相模块(3)后侧为平行于相模块并靠近相模块的层叠母线(4)，功率相模块的输出母线位于相模块后方下侧层叠母线(4)下方，柜体内左右两侧的直立水管分别为进水管(6)和出水管(7)，与柜体底部的主水管相连接；和进水管(6)相连的软性水管(8)，通过快速接头(9)和功率相模块的散热器的进水口连接，功率相模块的散热器的出水口通过快速接头(9)连接到和出水管(7)相连的软性水管(8)。
2.按照权利要求1所述的变频功率柜，其特征在于：所述的散热器为水冷散热器。
3.按照权利要求1所述的变频功率柜，其特征在于：软性水管和散热器之间的接头为快速接头。
4、按照权利要求1所述的变频功率柜，其特征在于：所述的紧凑型集成门极换向晶闸管功率相模块为由压紧架、螺杆以及其他结构组件将IGCT、二极管、散热器串联压紧成三个相互平行“并联”的串组件，三个串组件公用两侧的压紧架，箝位电阻位于串前部左右两侧，箝位电抗器位于此串左右两侧，箝位电容器被连接母线夹持于此串中间后部；IGCT、二极管半导体器件的电气连接是通过串间连接母线实现的，串间连接母线呈纵向被压紧于三个串组件之间，其表面紧贴于所连接的半导体器件的端面与散热器的端面。
5、按照权利要求1所述的变频功率柜，其特征在于：所述的层叠母线依次对应连接于直流电容的P、N、M输出电位，三个紧凑型集成门极换向晶闸管功率相模块的层叠母排对应的电位点需并联。
6、按照权利要求1所述的变频功率柜，其特征在于：所述的三个紧凑型集成门极换向晶闸管功率相模块的输出母线构成逆变器的U、V、W三相输出。
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