CN102055305B - 模块化构造的变流器*** - Google Patents

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Abstract

一种模块化构造的变流器***，有多个构成相应的主模块的变流器组件的开关柜，主模块由子模块组成，子模块构成各自的开关模块和电容器模块。开关柜具有用于电气连接变流器组件的连接装置和针对每个变流器组件都具有滑轨***用于机械布置变流器组件。电容器模块具有用于与配属的开关模块和与开关柜电气连接的直流电压接触装置和滑动元件。开关模块具有冷却装置、功率半导体模块、交流电压接触装置和直流电压接触装置、滑动元件。子模块的滑动元件堆叠地布置在开关柜滑轨***的相同滑轨中，开关柜的连接装置形成堆叠的第一部分，电容器模块形成堆叠的第二部分，开关模块形成堆叠的第三部分，并由此构成堆叠的部分所需要的符合线路要求的电气连接。

Description

模块化构造的变流器***
技术领域
本发明描述的是一种变流器***，例如该变流器***用于在部分情况下多个平行地布置在例如风力发电设备或光电设备(Photovoltaikanlage)中使在那里产生的电流适配于电网。风力发电设备产生依赖于风速时变的输出电压，该输出电压具有同样变化的频率。在光电设备中通常产生的是时变的直流电压。为了向电网馈电，大多数情况下需要产生的当然是固定频率的限定交流电压。
背景技术
为此，例如由DE 198 32 225 A1公知商业标准的功率半导体模块的级联***。如果将这种级联***与变流器***连接起来，则其维修友好性，也就是说快速和费用低廉地更换故障部件，是结构设计的重要方面。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种由单个变流器组件构造的模块化变流器***。该变流器***在制造时可以实现简单的构造并且在维护情况下可以实现简单且快速的维修。
该任务依照本发明通过具有权利要求1的特征的变流器***得以解决。优选实施方式在从属权利要求中进行说明。
本发明的出发点是，形成一种模块化构造的变流器***，该变流器***由多个优选相同的变流器组件构成，该变流器***布置在通常构成为开关柜的容纳装置中。这些变流器组件因此形成变流器***的主模块，这些主模块在其那方面又由子模块、电容器模块和开关模块构造而成。为了符合线路要求地电气连接主模块或子模块，容纳装置具有连接装置，该连接装置优选构成有两个极性的直流电压连接装置和有至少一相、最多三相的交流电压连接装置。
电容器模块分别具有多个电容器以及至少一个直流电压接触装置，该直流电压接触装置用于与配属的开关模块的直流电压接触装置电气连接并且优选也与容纳装置的直流电压连接装置电气连接。优选地，这可以借助共用的或两个空间上隔开的直流电压接触装置构成。
开关模块具有：冷却装置、至少一个布置在该冷却装置上的功率半导体模块、以及交流电压接触装置和直流电压接触装置。该直流电压接触装置用于与电容器模块的、所配属的直流电压接触装置连接，由此例如构成直流电压中间电路和与此连接的半桥电路。通过布置三个主模块可以由此构成带有所连接的中间电路的三相桥式电路。在此，能量暂时储存在中间电路中，在桥式电路中被转换成所需频率的电压，并且借助相应开关模块的交流电压接触装置和容纳装置的连接装置被馈入电网。
依据本发明，为了机械地布置主模块或子模块，容纳装置具有相应的滑轨***，该滑轨***优选由两个U形型廓部形成，这些U形型廓部从容纳装置的后侧伸展到容纳装置的前侧。每个子模块为此具有适合的滑动元件，这些滑动元件能够布置在滑轨***内并且因此能够从前侧实现相应子模块的安装和拆卸。
在此，从后侧至前侧地观察，容纳装置的连接装置、相应的电容器模块和所配属的开关模块构成堆叠(Stapel)。在这种布置中，也可以构成堆叠的各个部分的符合线路要求的电气连接。在此，重要的是，用于安装或拆卸开关模块以及由电容器模块和开关模块构成的主模块所需要的连接，优选是螺栓连接，能够从容纳装置的前侧触及。因此，该模块化构造的变流器***一方面可以被简单地制造，在维护情况下还可以容易地更换其部件。
附图说明
本发明的特别优选的改进方案在对实施例的相应说明中加以列举。此外，依据本发明的解决方案将借助实施例和附图1至7进行详述。
图1非常示意性地示出依据本发明的变流器***的前侧视图。
图2同样非常示意性地示出配属的细节视图。
图3至7以不同视图示出依据本发明的变流器***及其部件的详细构造形式。
具体实施方式
图1非常示意性示出依据本发明的变流器***1的前侧视图，该变流器***具有构成为开关柜的容纳装置2，该容纳装置具有三个用于主模块4的容纳部，其中，在下面的容纳部中布置有一个主模块4，在中间的容纳部中仅布置有一个电容器模块8，而在上面的容纳部中没有布置模块。
分别示出滑轨***20，滑轨***构成为两个呈U形的引导部，这些引导部从开关柜2前侧伸展到后侧。同样在这里示出的是开关柜2的连接装置22、24、26，分别是用于两个极性的直流电压连接装置22、24的两个部分，以及一个交流电压连接装置26。
在中间的容纳部中布置有子模块，即电容器模块8。对此，该电容器模块各自具有至少一个滑动元件60，该滑动元件布置在滑轨***20的各自配属的U形型廓部中。子模块6可以借助这些滑动元件60由前侧装配到开关柜2中，或者朝向前侧地被拆卸。对此，只需要松开电气和机械连接。
在下面的容纳部中，除了电容器模块8之外还布置有开关模块6。它可以在已安装电容器模块8的情况下安装并且可以与电容器模块分开地拆卸。对此，开关模块6也设有滑动元件60，这些滑动元件与电容器模块的滑动元件80相同地布置在滑轨20中。为了必要的电气连接，两个子模块6、8的相应的直流电压接触装置22、24符合线路要求地彼此连接。在该连接的合适的构造方案中可以放弃将开关模块6进一步机械固定在开关柜2上。
此外，示出的是开关模块6的交流电压接触装置66，其中，该交流电压接触装置借助平行于滑轨***20布置的附加区段260与交流电压连接装置26相连。该附加区段260在此不会限制主模块4以及单个子模块6、8沿滑轨***20的活动空间，由此不会妨碍安装和拆卸。
图2依据图1以从观察方向A的侧视图示出同样非常示意性的、类似变流器***1的部分的构造形式的详细视图。在此，显而易见的是，开关柜2的连接装置22、24、26在该开关柜后部区域内、电容器模块8和开关模块6的堆叠地布置以分别彼此有间距的方式示出。
连接装置22、24、26在此又具有两个直流电压连接装置22、24和一个交流电压连接装置26，其中，该交流电压连接装置具有与滑轨***20平行，具体地说是与两个U形型廓部的上部平行布置的附加区段260。该区段260伸展至开关模块6的交流电压接触装置66。
此外，示出的是每个子模块6、8两个上部的和两个下部的滑动元件60、80，用于在开关柜2的配属的滑轨***20中引导相应子模块或者由此形成的主模块。通过该侧向视图特别清楚地看出变流器***1的依据本发明的模块化结构的优点。在此，重要的是所有连接的连接机构，对开关模块6或主模块4的安装和拆卸来说都可以从前面触及这些连接机构，并且，没有妨碍安装或拆卸的部件伸展到子模块6、8的活动空间中。
图3至7以不同视图示出依据本发明的变流器***1及其部件的详细构造形式。
在此，图3示出后视图，其中，在此尤其可以非常清楚地看出交流电压连接装置26a/26b/26c，该交流电压连接装置在这里对于每一相都由两个平面金属体组成，这些金属体分别具有平行于滑轨***的附加区段260。
图4和5示出依据本发明的变流器***的主模块4或形成主模块4的子模块6、8。电容器模块8在此具有多个单独的电容器800以及这些电容器800的用于直流电压的两个极性的、以平面的方式构成的连接装置804。该连接装置804在其侧向外部区域内同时形成朝向开关模块6的直流电压连接装置82、84。
在电容器模块8的上侧上示出的是滑动元件80，该滑动元件在与滑轨***20(参阅图3)的结合下用于电容器模块8的简单安装和拆卸，这是因为通过这些滑动元件在滑轨***中的引导，电容器模块的定位仅在一维里，即沿滑轨，是自由的。
开关模块6具有冷却装置600，在此是水冷装置。在该冷却装置600上，分别侧向地布置有多个，在此是四个，同种类型的功率半导体模块610，这些功率半导体模块全部并联并且构成功率在1MW的数量级上的半桥电路。
在面向电容器模块8的侧上为这些功率半导体模块610配有开关模块6的直流电压连接装置62、64，并且这些直流电压连接装置符合线路要求地与功率半导体模块610的直流电压接头相连。功率半导体模块610的交流电接头布置在远离电容器模块8的侧上并且与交流电压连接装置66相连。
开关模块6以与电容器模块8的滑动装置等高齐平的方式具有自己的滑动装置60，该滑动装置额外地与用于在安装或拆卸时改善地进行操作的把手620连接。在对图2的说明中提及的优点在此处也同样得到体现。
图6和7示出依据本发明的变流器***1的前侧。相应于图1地，在图6中示出三个容纳部，其中，上面的容纳部未进行装配，而另外两个容纳部各包含一个主模块4。与此相反地，在图7中示出的是装配有电容器模块8的第一容纳部。
在开关柜2的后部区域中(参阅图3)示出交流电压连接装置26a/26b/26c，对于每一相两个金属体。在开关柜2的上部自由容纳部中可以清楚地看到滑轨***20以及交流电压连接装置26的附加区段260。在该滑轨20中可以布置有子模块6、8的滑动装置60、80或者布置有由这些子模块构成的主模块4的滑动装置。平行于该滑轨***20地在相应上部的滑轨附近以如下方式布置有交流电压连接装置26的两个附加区段260，即，这些附加区段不会妨碍子模块6、8或者主模块4的安装和拆卸，方法是：这些附加区段不会伸入到为此所需的活动空间中。
在其他两个容纳部中分别布置有主模块4，从这些主模块中尤其可以清楚看到的是开关模块6的功率半导体模块610。该功率半导体模块610的直流电压接头与开关模块6的直流电压接触装置62、64连接，而该直流电压接触装置与布置在其后面的电容器模块8的、所配属的直流电压接触装置82、84符合线路要求地即符合极性要求地连接。主模块4的安装和拆卸所需要的所有连接机构，例如螺栓连接602，均能够从前侧触及。
此外，示出布置在开关柜2中的中央线路10、冷却液的输入线路和输出线路。该中央线路10与在部分区段内可弯曲地构成的、通向相应开关模块的冷却水输入管路12相连。该冷却水输入管路12连接开关模块6的构成为水冷装置600的冷却装置，并且在冷却装置600上具有用于简单连接的自密封的快速锁合件14。
与图6相反，图7示出布置在上面的容纳部中的电容器模块8，正如已经按图4和5所描述的那样。除了必要的电连接之外，该电容器模块8在滑动元件80附近还具有另一个，优选拧紧的、到开关柜的机械连接。该机械连接也以如下方式布置，即，在已安装的子模块或者还有主模块的情况下，该机械连接也能够从前侧触及。
在所介绍的变流器***1的所示的和所述的依据本发明的构造形式中，可以实现的是，以如下方式将单独的开关模块6或者还有主模块4安装在开关柜2中，即，在维护情况下，该部分的拆卸可以简单地实施。

Claims (7)

1.模块化构造的变流器***(1)，所述变流器***具有多个变流器组件(4)的容纳装置(2)，所述变流器组件构成相应的主模块，所述主模块分别由子模块组成，所述子模块构成为各自的开关模块(6)和各自的电容器模块(8)，
其中，所述容纳装置(2)具有至少一个用于符合线路要求地电气连接所述变流器组件(4)的连接装置(22、24、26)，以及针对每个变流器组件(4)，所述容纳装置都具有滑轨***(20)，用于机械地布置所述变流器组件，
所述电容器模块(8)具有多个电容器(800)、至少一个直流电压接触装置(82、84)以及滑动元件(80)，所述至少一个直流电压接触装置用于与配属的所述开关模块(6)的直流电压接触装置(62、64)电气连接并且与所述容纳装置(2)的所述连接装置(22、24、26)电气连接；
其中，所述开关模块(6)具有冷却装置(600)、至少一个布置在所述冷却装置上的功率半导体模块(610)、交流电压接触装置(66)和直流电压接触装置(62、64)以及滑动元件(60)，并且
其中，主模块(4)的所述子模块(6、8)的相应的所述滑动元件(60、80)能够堆叠地以如下方式布置在所述容纳装置(2)的所述滑轨***所配属的相同滑轨(20)中，即，所述容纳装置(2)的所述连接装置(22、24、26)形成堆叠的第一部分，所述电容器模块(8)形成所述堆叠的第二部分，以及所述开关模块(6)形成所述堆叠的第三部分，并且由此能够构成所述堆叠的所述部分所需要的符合线路要求的电气连接。
2.依据权利要求1所述的变流器***，其中，相应的所述冷却装置(600)是水冷装置，并且其中，所述容纳装置(2)具有中央线路(10)，所述中央线路能够借助快速锁合件(14)与相应的所述冷却装置(600)连接。
3.依据权利要求1所述的变流器***，
其中，所述容纳装置(2)构成为开关柜，在所述开关柜的后侧布置有所述连接装置(22、24、26)，所述连接装置构造为有两个极性的直流电压连接装置(22、24)和有至少一相的交流电压连接装置(26)。
4.依据权利要求3所述的变流器***，
其中，所述容纳装置(2)的所述滑轨***(20)具有至少两个U形型廓部，用于引导所述子模块(6、8)的所述滑动元件(60、80)，并且所述U形型廓部从所述开关柜(2)的后侧伸展到所述开关柜(2)的前侧。
5.依据权利要求3所述的变流器***，
其中，所述电容器模块(8)的所述直流电压接触装置(82、84)借助从所述开关柜(2)的前侧能触及的螺栓连接(802)与所述开关柜(2)的所述直流电压连接装置(22、24)导电连接。
6.依据权利要求3所述的变流器***，
其中，所述开关模块(6)的相应的所述直流电压接触装置(62、64)和配属的所述电容器模块(8)的相应的所述直流电压接触装置(82、84)借助从所述开关柜(2)的前侧能触及的螺栓连接(602)导电连接。
7.依据权利要求3所述的变流器***，
其中，配属于相应的所述变流器组件(4)的至少一个所述交流电压连接装置(26)具有平行于所述滑轨***(20)地布置的附加区段(260)，所述附加区段不会限制所述主模块(4)沿所述滑轨***(20)的活动空间。
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