CN106716808A - 逆变器的低电感电路装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种3点逆变器的相臂的电路装置。提供一种3点逆变器的电路装置的目的通过具有权利要求1的特征的电路装置来实现，该电路装置在抑制寄生电感方面优化，同时具有紧凑的、简单的结构，从而逆变器可以以节省空间和利于安装的方式安装在开关柜中。

Description

逆变器的低电感电路装置

技术领域

本发明涉及一种3点逆变器的相臂的电路装置，该电路装置包括：

用于正、负和零电位的三个DC接口和一个AC接口，

第一对串联的半导体开关元件，该半导体开关元件将正的DC电位与AC接口连接，

第二对串联的半导体开关元件，该半导体开关元件将负的DC电位与AC接口连接，

两个开关装置，该开关装置将DC零电位通过每对串联的半导体开关元件中的一个与AC接口连接，

具有第一冷却面的冷却体，其中半导体开关元件和电路装置安装在冷却体的冷却面上的共同的平面中，

连接条，该连接条垂直于冷却体的第一冷却面延伸并且提供半导体开关元件与电路装置、DC接口和电路装置的AC接口的电连接，其中连接条具有用于半导体开关元件的接触的装置。

背景技术

3点逆变器可以将三个不同的DC电压电位(+DC，零，-DC)接通到AC接口并且这样将DC电压逆变成AC电压或将AC电压逆变成DC电压。为了通过开关技术在正和负DC接口之间提供AC接口所需的部件和连接称为逆变器的相臂。DC电位通常由两个串联的电容器构成，从而两个电容器的连接形成DC零电位并且电容器的各个其它的接口形成正的电位或相应的负电位。为了能够将相应的DC电位接通到输出端，需要至少四个半导体开关元件(有源电子开关，例如IGBT)，这些开关元件在正电位和负电位之间以串联的方式接通。为此，还存在两个另外的开关装置，例如有源或无源电子开关，该开关装置将DC零电位接通到输出端。在现有技术中，在NPC(Neutral Point Clamped,中性点钳位)和ANPC(Advanced Neutral PointClamped,高级中性点钳位)拓扑之间进行区分，其中例如二极管(MPC)的无源开关或例如晶体管(ANPC)的有源开关用于连接DC零电位。3点逆变器经常用于提供大于500V的电压，特别是也用于提供1kV至52kV的中间电压。应用领域在能量供应中，例如风力涡轮发电机中，但也在火车驱动中和其中必须逆变大的电功率的其它领域。与仅能提供两个DC电位的2点逆变器相比，使用3点逆变器具有两个基本优点。一方面，可以接通较高的电压，因为分别有两个半导体开关元件串联并且因此它们的反向电压相加。另一方面，可以使用于减弱由开关元件的开关产生的谐波振荡所需的滤波器尺寸更小。由于开关元件的开关过程可能产生干扰的电压峰值，该电压峰值可以通过在电路装置中的尽可能低电感的连接来减小。为此，经常使用平面的连接条或板，它们在机械上尽可能互相靠近放置并且其中电流反向地流动。然而，由于电压峰值仍然可能发生，为了减弱这些电压峰值，通常直接在半导体开关元件的接口处设置所谓的缓冲器。

DE 42 32 763 A1中公开了一种3点逆变器的电路装置，其中通过各个相中馈电线与半导体开关元件的设计相同来实现转换电路中的最小的寄生电感。在相臂中，所有半导体开关元件沿着直线安装在冷却体上并且经过三层的连接条互相上下接触并且与中间电路电容接触。由于三层电流传导，各个电流传导层的距离不是最小的并且可以变化，从而在寄生电感的抑制方面存在改善的潜力。除此之外，逆变器的结构可以更紧凑，从而针对开关柜中的布置优化逆变器。

发明内容

因此，从上述现有技术出发，本发明的目的是提供一种3点逆变器的电路装置，该电路装置在抑制寄生电感方面优化，并且同时具有紧凑、简单的结构，从而逆变器可以以节省空间和利于安装的方式安装在开关柜中。因此另外，本发明的目的是提供一种相应构造的开关柜以及包括相应的开关柜的发电装置。

根据本发明的第一教导，上述目的通过3点逆变器的相臂的通用的电路装置来实现，其中单个连接条具有至少一个区域，在该区域中至少两个连接条互相平行地并且直接相邻地延伸并且在两个开关状态之间的切换期间电流方向相同，从而通过在一个连接条中的电流变化产生的流量变化能够至少部分地通过在另一连接条中的电流变化补偿并且分别恰好两个用于单个的半导体开关元件的接触的连接条在各个半导体开关元件的接口的区域中互相平行地设置。

根据本发明的装置的连接条的设计方案允许在静态状态下，即在开关状态的接通期间在半导体开关元件的接口区域的范围中通过反向的电流流动减小寄生电感。由此，叠加了直接相邻设置的载流的连接条的反向磁场并且所产生的磁场最小化或几乎完全消除。此外，除了反向的电流之外，在两个开关状态之间切换的过程中，由于在至少两个连接条的至少一个区域中存在相同电流方向的电流流动，由于一个连接条的区域中的电流减小并且由于在该区域中的另一平行的连接条的电流同时优选等大的增加，在该区域中的两个连接条周围产生几乎恒定的磁通量。因为平行的连接条直接相邻地设置，连接条在向外部产生的磁通量方面与恒定的电流流经的导体一样作用。当例如在条的平行的、直接相邻设置的区域中的电流保持总量恒定时，则所产生的磁通量不改变。但是此外，例如当平行的电流不同样大小的时候，通过另一平行的连接条区域，在一个连接条区域中的通量变化的部分补偿使得能够在两个开关状态之间切换时减小各个连接条区域中的通量变化并因此有助于减小寄生电感。因为特别是在开关状态之间切换时发生电路装置内过大的电流变化，通量变化的减小在具有相同电流方向的平行连接条区域中具有显著影响。由此进一步降低了由于寄生电感而产生电压峰值的风险。如已经阐述的，根据本发明的装置通过电流在相反方向上流动的区域以及通过电流流动的增加和减少产生了恒定的磁通量或产生流量变化减小的区域而恰好在瞬时状态中减小了寄生电感。结果是，由此实现了在整个运行期间，即在开关状态的接通持续时间期间以及在切换期间的寄生电感的非常好的抑制。

根据本发明的电路装置的第一设计方案，第一和第二对串联的半导体开关元件中的单个半导体开关元件分别沿着第一延伸方向分别设置成一排并且两对互相平行地沿着相对于第一延伸方向旋转90°的第二延伸方向设置在冷却体上并且在两对串联设置的半导体开关元件之间设置用于将DC零电位与AC接口连接的开关装置，其中单个的连接条设置用于将半导体开关元件与正和负DC电位电连接，这些条在冷却体的冷却面的平面中具有至少一个直角，并且单个的连接条设置用于串联的半导体开关元件的电连接，这些连接条在冷却体的冷却面的平面中具有至少两个直角并且分别恰好有两个用于单个半导体开关元件的接触的连接条至少在各个半导体开关元件的接口的区域中互相平行地设置。

由于串联的半导体开关元件分别设置在两排中，两排中间具有如成型为中点二极管的开关装置，可以更好地利用相应的冷却体上的空间。此外，电路装置的单个元件之间的电连接于是特别短。这也导致寄生电感的减小。此外，半导体开关元件的定位可以用于在各个半导体开关元件的接口的区域中分别设置两个平行且优选直接相邻的连接条。如果半导体开关元件通过例如脉冲宽度调制来控制，则在半导体开关元件的接口的区域中出现最大的瞬时电流变化，从而通过在该区域中连接条的优化设置，即刚好两个连接条的平行设置，实现了寄生电感的特别好的抑制。除此之外，用于使半导体开关元件与正和负DC电位电连接以及与下一个串联的半导体开关元件电连接的单个的连接条允许连接条能够以尽可能简单的方式保持并且就此而言廉价地实施。在用于使半导体开关元件与正和负DC电位电连接的连接条的冷却体的冷却面的平面中的至少一个直角使得这些连接条一方面与用于接触串联的半导体开关元件的连接条以及另一方面与用于将DC零电位连接到开关装置的连接条尽可能大面积地平行设置。在用于串联的半导体开关元件的电连接的连接条的冷却体的冷却面的平面中的至少两个直角允许使用大致U形的连接条，该连接条确保了这些连接条与用于将正和负DC电位连接到半导体开关元件的连接条以及与将半导体元件连接到AC接口的连接条尽可能大面积地平行设置。结果是，通过简单构造的处于静止的开关状态的连接条，至少在半导体开关元件的连接区域中实现了由于相反的电流而导致的寄生电感的最小化。在瞬时状态中，即在两个开关状态之间的切换期间，除了在半导体开关元件的特定的连接区域中的已提到相反电流流动之外，还额外地由于在连接条的其它区域中，例如在正DC电位和半导体开关元件之间以及在DC零电位和开关装置之间在相同流动方向上的电流流动，通过在切换到另一个开关状态期间产生的磁通量变化的减小实现了寄生电感最小化。例如使用IGBT模块作为半导体开关元件。也可以考虑使用其它元件作为半导体开关元件，例如晶闸管或GTO。

根据电路装置的另一设计，连接条具有至少一个至少部分在平行于冷却体的冷却面的平面的平面中成角度的连接板，该连接板用于半导体开关元件的接触。由此，以简单的方式实现与半导体开关元件的接触，而不必在半导体开关元件的连接区域中放弃电流条的平行设置。同时，连接条可以容易地通过螺旋连接与半导体开关元件电连接。

根据另一设计方案，两个开关装置设置在共同的壳体中或者设置在两个单个的壳体中，如果它们设置在一个唯一的壳体中，作为开关装置提供的中点二极管或晶体管可以更快地安装。此外，冷却体上的自由空间于是可以使用例如用于控制半导体开关元件和开关装置的驱动电路。如果使用在分开的壳体中的电路装置，则可以实现更大的额定功率。在此，需要考虑半导体制造商的规定。

此外，根据另一实施方式，使AC接口与半导体开关元件的接口连接的连接条可以成型为笔直的条或帽形的条。例如，如果开关装置的壳体安装在两个远离DC接口的半导体开关元件之间，则可以使用笔直的条。在使用用于将半导体开关元件连接到AC接口的帽形条的情况下，开关装置的位置可以朝DC接口的方向移动，从而到开关装置的引线更短。在这两种情况下确保了用于DC零电位与开光装置接触的连接条和将AC接口与半导体开关元件的接口连接的连接条部分地平行并且直接相邻地延伸。

特别简单地实现电路装置的开关装置的接触，即，根据另一设计方案，使串联的半导体开关元件互相电连接的连接条分别额外地具有至少一个在平行于冷却体的冷却面的平面的平面中成角度的连接板，该连接板用于开关装置的接触。

如果为了使DC零电位与两个开关装置连接设置具有至少两个成角度的用于开关装置的接触的连接板的连接条，则确保DC零连接条可以设置为平行并且直接相邻于正和负DC连接条。因此，在各个开关状态之间切换时，始终可以确保DC连接条中的电流的增加和减少叠加成几乎恒定的磁通量。

优选地，电路装置设计成，除了用于连接开关装置和半导体开关元件的成角度的连接板、DC电位的接口和AC接口，两个连接条始终平行地并且直接地相邻地设置。直接相邻意味着连接条只通过薄的绝缘层互相分开。由此，寄生电感可以尽可能地最小化。

优选地，根据另一实施方式，将连接条绝缘地涂覆，从而可以选择在平行延伸的连接条之间的最小间隔。这样的涂层可以例如通过在流化床涂覆法中用为此设置的粉末实施。除此之外，代替绝缘涂层或除了绝缘涂层之外，显然也可以使用外部的额外的绝缘装置。

根据电路装置的另一实施方式，这样实现电路装置的特别紧凑的布置，即，DC接口在垂直于冷却面的平面且平行于半导体开关元件设置的平面中延伸。由此，DC接口可以顺利地与成型为电容器组的中间电路电容器连接。电容器组理解为在空间上互相靠近设置的多个电容器，其DC接口通过合适的装置(例如金属板或条)以简单的方式互相连接。于是，电路装置的DC接口可以例如直接与将电容器的接口互相接通的金属板连接。此外，这种设置非常好地利用了开关柜中的空间。

上述目的还通过一种电路模块来实现，该电路模块包括至少两个根据本发明的电路装置，其中两个开关装置具有共同的冷却体，冷却体具有与第一冷却面相对的第二冷却面并且在这两个冷却面中的每一个上分别具有至少一个带有半导体开关元件、开关装置和连接条的3点逆变器的相臂的电路装置，其中优选两个相臂的DC接口在同一平面中延伸。通过两个相臂在一个冷却体上的这种设置，可以提出多个电路装置的特别节省空间的布置。例如，两个相臂因此可以通过它们的DC接口直接连接到电容器组，而不需要额外的冷却体和与之连接的用于冷却介质的额外接口。这两个相臂可以优选地设置为用于相同的相，例如L1，L2或L3的4象限逆变器的输入端和输出端。此外，通过电路模块，可以实现电路装置在开关柜中特别节省空间的、根据相分开的布置。

此外，包括至少一个根据本发明的电路装置或者至少一个根据本发明的电路模块的开关柜可以实现上述目的，因为开关柜可以以特别紧凑的方式通过根据本发明的电路装置或电路模块构造。

如果根据另一设计方案，在开关柜中设置由用于三个输入相臂和三个输出相臂的总共六个电路装置组成的总共三个电路模块，则可以使用例如发电装置的开关柜，特别是风力发电机，其尽管紧凑构造可以例如将高的功率馈送到供电网。输入和输出相可以通过使用电路装置以简单的方式在空间上分离，例如这样设计，即输入相的接口向下并且输出相的接口向上设置。向下和向上这里指的是开关柜的一般常规的放置。当然，可以考虑接口的其它取向，既可在不同方向上又可在相同方向上。

优选地，根据本发明的另一教导，上述目的通过一种用于产生电能的装置，特别是风力发电机来实现，该装置包括至少一个根据本发明的开关柜。现代风力发电机的额定输出，无论它们是具有双重异步电机和部分逆变器的设备，还是具有同步电机和全逆变器的设备，都在不断增加。具有电路装置的开关柜能够实现紧凑和最高效的结构，同时具有高功率密度和简单的维护。

附图说明

此外，借助于实施例并结合附图详细地阐述本发明。图中：

图1示出了3点逆变器的相臂的一个实施例的电路图，

图2到图6以侧视图示出了根据本发明的电路装置的五个实施例，

图7到图11以示意图示出了第一实施例在不同的开关状态时的电流流动，

图12示出了由两个电路装置组装的电路模块，

图13和图14示出了按照NPC或ANPC拓扑的三相的、已知的逆变器的电路图，

图15a)、b)以俯视图以及侧视图示出了根据本发明的开关柜的实施例，以及

图16示出了以风力发电机的侧视图形式的发电装置的实施例。

具体实施方式

首先，图1中示出了按照NPC拓扑的3点逆变器的相臂以及中间电路电容器的电路图。首先可以看出在正和负DC电位之间串联的两个中间电路电容器K1和K2。正和负DC电位分别经由两个串联的半导体开关元件A，B以及D，C与AC接口连接。此外，设置两个中点二极管M1和M2，其使得在中间电路电容器K1和K2之间存在的DC零电位通过半导体开关元件B，C与AC接口连接。通过图1所示的电路实现了，通过接通半导体开关元件A，B，C，D可以分别将电位+DC，0-DC或-DC连接在AC接口上。

表1示出了相臂的可能的开关状态以及AC接口上对应的电压，其中1表示半导体开关元件闭合，0表示半导体开关元件断开。

表1

开关状态	A	B	C	D	AC接口上的电压
						1	1	1	0	0	+DC
2	0	1	1	0	0
						3	0	0	1	1	-DC

原则上存在这三种可能的开关状态，以便于将DC电压电位以及零电位接通到AC接口。在从一种状态切换到另一种状态时，在电路装置中的待切断的电流支路中或者已新接通的电流支路中出现强烈的短暂电流变化。

通常，如这里所示，IGBT模块用作半导体开关元件。由于图1中所示的相臂中的开关过程，可能在存在寄生电感的情况下产生电压峰值，这会导致，一方面相臂的电流输出可能受到限制并且另一方面必须设置所谓的“缓冲电路”以保护半导体开关元件A，B，C，D。因此，现有技术中已知的并在图1中示出的按照NPC拓扑的3点逆变器的电路装置必须通过在单个的半导体开关元件和中间电路电容器之间的连接来形成，该连接确保了最小的寄生电感。

图2示出了根据本发明的电路装置17的第一实施例，其首先具有用于正、零和负DC电位的三个接口1，2，3以及AC接口4。中间电路电容器之间的连接点2在该实施例中处于零电位。两个其他的连接点1，3分别处于正电位和负电位。在图2中，此外示出了第一对串联的半导体开关元件A，B，其设置在模块壳体5，6中。第一对串联的半导体开关元件A，B使连接点1的正DC电位通过连接条11，12，13与AC接口4连接。此外，设置第二对串联的半导体开关元件D，C，其将连接点3的负DC电位与AC接口连接。两个半导体开关元件D，C同样设置在壳体7，8中。

在共同的壳体9中设置唯一的成型为中点二极管M1，M2的开关装置。半导体开关元件A，B，C，D与开关装置M1和M2一起安装在冷却体10的冷却面上。冷却体10包括冷却剂入口10a和冷却剂出口10b。由电路装置发出的热可以通过冷却剂流动至少部分地通过冷却体散出。冷却体既可以通过液体冷却剂又可以通过空气来冷却。总共设置六个单个的连接条11，12，13，14，15，16，这些连接条将半导体开关元件A，B，C，D以及开关装置M1和M2与用于DC电位1，2，3的连接点以及AC接口4连接。在此，连接条垂直于冷却体10的冷却面的平面(从图的平面向外)延伸并且具有成角度的连接板11a，12a，12b，12c，13a，13b，14a，14b，15a，16a，16b，16c作为用于开关装置M1，M2或半导体开关元件A，B，C，D的电接触的装置，连接条通过连接板与半导体开关元件A，B，C，D或开关装置M1和M2接触。为了连接，例如使用螺旋连接。

单个的连接条(11，12，13，14，15，16)具有互相平行并且直接相邻的区域(K1，K2，K3)，这些区域可以保持尽可能得大，因为在两个开关状态之间转换的过程中这些区域具有相同的电流流动方向并且因此可以产生恒定的磁通量。这将在下文中详细描述。相应地恰好分别有两个用于与单个半导体开关元件(A，B，C，D)的接触的连接条(11，12，13，15，16)成型为在各个半导体开关元件的接口的区域中互相平行并且直接相邻，从而通过相反方向的电流而使产生的磁场最小。

从图2中可以看出，第一对A，B和第二对C，D的单个半导体开关元件分别沿着第一延伸方向R1设置成一排，并且两对设置为在冷却体10的冷却面上沿着相对于第一延伸方向旋转90°的第二延伸方向R2互相平行。在半导体开关元件对A，B和C，D之间设置开关装置M1和M2。单个的连接条11和15在冷却体10的冷却面的平面中分别具有至少一个直角，而连接条12和16在冷却体10的冷却面的平面中具有至少两个直角，并且因此基本成型为U形。此外可以看出，连接半导体开关元件B和C与AC接口4的连接条13以及使DC零点电位与开关装置M1和M2连接的连接条14在冷却面的平面中具有直角。由于直角的设置，如图2所示，能够将两个连接条始终设置成平行并且直接相邻，而不必改变连接条的平面的构造。图2还示出，由于冷却体10的冷却面上的位置，电路装置的单个元件之间的电流路径可以保持非常短。特别地，电流路径在电路装置的两个支路中对称地布置。在本实施例中，至少在半导体开关元件A，B，C，D的接口的区域中，分别将恰好两个连接条设置成平行并且直接相邻，从而在此由瞬时电流变化产生的寄生电感可以最小。通过连接条的直接相邻并且平行的布置，引导电流的条之间的间距特别小，从而寄生电感的抑制最大化。

此外，从实施例中可以看出，用于使半导体开关元件B，C与AC接口4连接的连接条13成型为帽形的条并且AC接口4额外地弯成90°。在此，帽形是指连接条13总共有四次直角弯曲，其中分别两个角度是逆时针的，两个角度是顺时针的，并且条的开始和末端位于相同平面中。连接条13因此在每个点处具有直接相邻的导电的连接条，从而最大地抑制寄生电感的影响。DC零电位从连接点2到开关装置M1和M2的U形引导确保了DC零条14与正和负DC电位条11和15尽可能大面积的平行引导。特别地，在从一个开关状态切换到另一个期间，有电流流过区域K1和K2，从而例如来自DC零电位的电流增加，而从正或负DC电位流到半导体开关元件A，D的电流减小。这也适用于由帽形连接条13和连接条16形成的区域K3。由此实现了，在开关状态之间切换期间产生的瞬时的电流变化不伴随或仅伴随降低的流量变化并因此减少了不期望的电感。这将在后面基于图7到11详细描述。

在图2所示的实施例中，除了用于连接电路装置和半导体开关元件的成角度的连接板、DC电位的接口和AC接口之外，确保始终将两个连接条11，12，13，14，15，16设置为平行并且直接相邻。特别地，可以通过绝缘地涂层的连接条11，12，13，14，15，16确保引导电流的连接条11，12，13，14，15，16的互相的间隔最小并且因此寄生电感的抑制最大化。如已经阐述的，将串联的半导体开关元件A，B或C，D相互连接的连接条额外地分别具有在与冷却体的冷却面的平面平行的平面中成角度的连接板，该连接板用于与开关装置M1，M2接触。

在图3中以示意性的侧视图示出了根据本发明的电路装置的另一实施例，其中在冷却体的冷却面的平面中连接条11和15同样具有至少一个直角并且连接条12和16具有至少两个直角，然而为了开关装置M1，M2的连接，需要其他的弯曲部或直角，以使得每两个连接条能够基本上平行的设置。在图3中的实施例中的连接条的布置因此在相臂的电路装置的紧凑结构的条件下也保证了非常好的抑制寄生电感。

这也适用于图4的实施例，该实施例具有成型为笔直的条的连接条13用于将半导体开关元件B，C与AC接口4连接。在图4中可以看出，为了确保每两个连接条基本上平行的设置，连接条、特别是这里的连接条14的形状比图2的实施例中更复杂。然而，图4也确保了在冷却体的冷却面上的紧凑结构条件下寄生电感的最大的补偿。

图5示出了另一特别简单的结构，其中开关装置M1和M2分成两个壳体9和9'。由此通过一个电路装置可以接通相比开关装置集成在一个壳体中更高的功率。与图2中的实施例不同，这里DC零条14这样设计，即，其使两个设置在分开的壳体中的开关装置M1和M2与DC零电位连接。这里，连接条13成型为简单的直条。其他条11，12，15和16保持不变。因此，在分开的壳体中使用开关装置时能够简单地配合电路装置。

替代性的实施方式在图6中示出。DC零-连接条14是简单的直的连接条。图6中所示的电路装置具有特别简单构造的连接条，但是在此，三个条部分地平行。然而，该变体也具有寄生电感的改善的抑制。

图7到图11示出了对于图2所示的实施例的表1中提及的三个开关状态以及它们之间切换时的瞬时过程。图7a)首先示出了具有与表1所示的开关状态NO.1相对应的接通的半导体开关元件A，B的电路装置的所属电路图。半导体开关元件C，D切断，从而电流仅仅通过半导体开关元件A，B从正的DC电位流到AC接口4。

当从开关状态NO.1切换到开关状态NO.2时出现瞬时状态，如图8a)和b)所示。在该瞬时状态中，电流在待切断的支路中减小，而在待接通的支路中增加。由于寄生电感，电流流动的这些变化潜在地导致不期望的电压峰值。在图8a)中标记了瞬时的电流。通过晶体管A的电流从图7中的开关状态1开始减小，同时通过开关装置M1的电流增加。从图7b)，8b)和9b)中可以看出，在开关状态1中的电流首先从连接点1经由连接条11流到晶体管A。将该电流路径切断，于是电流在开关状态2下从连接点2经由连接条14流动到二极管M1。由于两个连接条11和14在区域K1中互相平行并直接相邻设置，并且两个条中的电流在相同的方向上流动，在连接条的直接相邻的区域K1中的电流的增加和减少得以补偿，从而区域K1中的流量变化较小。然而，因为电流也流过大致U形的连接条14的另一个腿，流量变化由于在连接条11中的变化着的电流而得以部分地补偿并因此减小。

图9现在示出了开关状态2，其中DC零电位与AC接口4电连接。

从第二开关状态到第三开关状态的切换在图10中示出。可以看出，如图10a)所示，通过中点二极管M1到AC接口4的电流减小并且同时从负DC电位通过半导体开关元件C和D的电流增加。从图10b)中的电流流动可以看出，连接条14和15在区域K2中平行地和直接相邻地延伸，并且增加和减小的电流在相同的方向上，从而磁通量的变化在这里也减小并且因此可以减少电压峰值的出现。在区域K3中，连接条13和16也相邻地平行延伸。如图10所示，在切换过程中，连接条13和16具有相同的电流方向。在区域K3中的电流(其中连接条13和16平行地延伸)保持恒定，因为这里电流的增加和减少在相同的方向上发生并且大小相同。由此，在各个状态之间切换时，围绕区域K3的磁通保持不变。由于磁通不变化，因此没有电压感应并且以这种方式抵消了不期望的电压峰值的出现。

最后，图11示出了第三开关状态，其中负DC电位与AC接口4连接。

除了所描述的在各个开关状态之间的瞬时过程中避免磁通量的变化之外，根据本发明的电路装置的结构的另一个优点在于，由于在两个相邻的连接条中的相反的电流而减小了磁场并且因此也减小了寄生电感。该效应主要发生在静态过程中，即只要开关状态持续。图7，9和11对应于开关状态1，2和3示出了这一点。这样，例如在图7b)中可以看出，接通到晶体管A的两个条11和12由相同的电流但是以相反的方向流过。这同样适用于接通到晶体管B的条12和13。图9和11对应于开关状态2和3示出了这一点。

图12示出了电路模块18，其由两个从图2中已知的根据本发明的电路装置17组成，两个电路装置安装在共同的冷却体10的相对的侧面上。示出了晶体管6，8、二极管9、连接条13、DC接口1，2，3、AC接口4以及冷却剂连接10a和10b。因此，可以以简单的和空间紧凑的方式实现用于逆变器的输入和输出相。可以容易地看出，各个AC接口4指向相反的方向，由此产生开关柜的特别紧凑的构造。显然，也可以考虑这种构造，其中AC接口在相同或任意其它方向上。

目前在图2到图11中仅示出了支路模块的一个相臂。但是通常，3点逆变器设计用于三相。从现有技术中已知的这种三相3点逆变器的电路图在图13中针对NPC拓扑示出以及在图14中针对ANPC拓扑示出，其中中点二极管由另外的半导体开关元件(这里是晶体管)代替。在图15中，示意性地示出了在使用根据本发明的电路装置情况下的开关柜中的相应的三相3点逆变器。

图15a)和15b)中示出了根据本发明的开关柜19的示意性俯视图以及示意性的侧视图，该开关柜具有至少一个根据本发明的电路装置。如图15a)所示，在该开关柜中设置有三个电路模块18，18‘，18“，它们分别由共同的冷却体10上的两个电路装置17组成。由此可以构成用于三个相的完整的四象限逆变器，也即，设置三个相臂作为输入端，用于从AC到DC的逆变，和三个相臂作为输出端，用于从DC到AC的逆变。图15b)示出了，根据本发明的电路装置如何经由DC接口1，2，3连接到中间电路电容器(这里示为电容器组30，30‘，30“)。电容器组30，30‘，30“电气并联。电路装置的AC接口4分别设置在相对的侧面上并且经由电气的连接条24和26连接到电源扼流圈32和du/dt滤波器28，28‘，28“。随后，进行与供电网或发电机，例如风力发电机的连接。由于AC接口4的位置，可以实现输入和输出相位的空间分离并且可以这样实现特别紧凑和节省空间的开关柜结构，即，另外的部件，例如电源扼流圈32或du/dt滤波器28可以以最小的间隔并因此也在开关柜中具有最小的连接长度的方式放置。

优选地，如图16所示，相应的开关柜19设置在风力发电机34中，以便于将发电机的电能转换，从而例如可以馈送到供电网中。其它应用存在于用于产生电能的其它装置中，尤其是具有波动的转速的发电机以及在发动机的控制装置中。

Claims (14)

1.一种3点逆变器的相臂的电路装置，所述电路装置包括：

-用于正、负和零电位的三个DC接口(1，2，3)和AC接口(4)，

-将正DC电位与所述AC接口(4)连接的第一对串联的半导体开关元件(A，B)，

-将负DC电位与AC接口(4)连接的第二对串联的半导体开关元件(C，D)，

-两个开关装置(M1，M2)，所述开关装置使DC零点电位分别经由每对串联的半导体开关元件中的一个(B，C)与AC接口(4)连接，

-具有第一冷却面的冷却体(10)，其中半导体开关元件(A，B，C，D)和开关装置(M1，M2)安装在冷却体的第一冷却面的共同的平面中，

-连接条(11，12，13，14，15，16)，所述连接条垂直于所述冷却体(10)的第一冷却面延伸并且提供所述半导体开关元件(A，B，C，D)与所述电路装置的开关装置(M1，M2)、DC接口(1，2，3)和AC接口(4)的电连接，其中所述连接条(11，12，13，14，15，16)具有用于与半导体开关元件(A，B，C，D)接触的装置，

其特征在于，

单个的连接条(11，12，13，14，15，16)具有至少一个区域(K1，K2，K3)，在所述区域中至少两个连接条(11，12，13，14，15，16)互相平行并直接相邻地设置并且在两个开关状态之间的切换期间电流方向是相同的，从而由于在连接条中的电流变化产生的流量变化可以至少部分地由另一连接条中的电流变化补偿并且分别有恰好两个用于单个半导体开关元件(A，B，C，D)的接触的连接条(11，12，13，15，16)在各个半导体开关元件的接口的区域中互相平行地设置。

2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，第一对串联的半导体开关元件(A，B)和第二对串联的半导体开关元件(C，D)的单个的半导体开关元件分别沿着第一延伸方向(R1)设置成一排并且这两对都沿着相对于所述第一延伸方向旋转90°的第二延伸方向(R2)互相平行地设置在所述冷却体(10)上，其中为了DC零电位与AC接口(4)的连接，在所述的两对串联的半导体开关元件之间设置所述开关装置(M1，M2)，其中单个的连接条(11，15)设置用于半导体开关元件(A，D)与正的DC电位和负的DC电位的电连接，所述连接条在冷却体(10)的冷却面的平面中具有至少一个直角，并且单个的连接条(12，16)设置用于串联的半导体开关元件(A，B以及C，D)的电连接，所述连接条在冷却体(10)的冷却面的平面中具有至少两个直角。

3.根据权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，所述连接条(11，12，13，15，16)具有至少一个至少部分地在平行于所述冷却体(10)的冷却面平面的平面中成角度的连接板(11a，12a，12c，13a，13b，15a，16a，16c)，所述连接板用于所述半导体开关元件(A，B，C，D)的接触。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电路装置，其特征在于，所述两个开关装置(M1，M2)设置在一个共同的壳体(9)中或两个单个的壳体(9，9')中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电路装置，其特征在于，将所述AC接口(4)与所述半导体开关元件的接口(13a，13b)连接的连接条(13)成型为笔直的条或帽形的条。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电路装置，其特征在于，使串联的半导体开关元件互相电连接的连接条(12，16)分别额外地具有至少一个在平行于所述冷却体(10)的冷却面平面的平面中成角度的连接板(12b，16b)，所述连接板用于开关装置(M1，M2)的接触。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电路装置，其特征在于，为了将DC零电位与两个开关装置(M1，M2)连接，设置连接条(14)，所述连接条具有至少一个，优选两个在平行于所述冷却体(10)的冷却面平面的平面中成角度的连接板(14a，14b)，所述连接板用于开关装置(M1，M2)的接触。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电路装置，其特征在于，除了用于连接开关装置和半导体开关元件、DC电位接口(1，2，3)和AC接口(4)的成角度的连接板(11a，12a，12b，12c，13a，13b，14a，14b，15a，16a，16b，16c)，始终有两个连接条(11，12，13，14，15，16)设置为平行并且直接相邻。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电路装置，其特征在于，所述连接条(11，12，13，14，15，16)绝缘地涂覆和/或在所述连接条之间设置绝缘装置。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的电路装置，其特征在于，所述DC接口(1，2，3)在垂直于冷却面的平面并且平行于所述半导体开关元件(A，D)设置的平面中延伸，所述半导体开关元件分别与正和负的DC电位连接。

11.一种具有至少两个根据权利要求1至10中任一项所述的开关装置(17)的电路模块(18)，其特征在于，

至少两个开关装置(17)具有一个共同的冷却体(10)，所述冷却体(10)具有与第一冷却面相对的第二冷却面并且在这两个冷却面中的每一个上设置有3点逆变器的相臂的至少一个电路装置(17)，所述电路装置具有半导体开关元件、开关装置和连接条，其中优选地，两个相臂的DC接口在同一平面中延伸。

12.一种开关柜(19)，所述开关柜包括至少一个根据权利要求1至10中任一项所述的电路装置或至少一个根据权利要求11所述的电路模块。

13.根据权利要求12所述的开关柜，其特征在于，总共设置三个电路模块(18)，所述电路模块包括用于三个输入相臂和三个输出相臂的总共六个电路装置(17)。

14.一种用于产生电能的装置，特别是风力发电机(34)，所述装置包括至少一个根据权利要求12或13中任一项所述的开关柜(32)。