CN114640237A - 用于电力转换器的散热器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电力转换器的散热器装置，其中散热器通过接地电容器接地。本发明还涉及一种用于驱动电动机的电力转换器，其包括相应的散热器、安装在散热器上的半导体开关和流体冷却***。

Description

用于电力转换器的散热器装置
技术领域
本发明涉及一种用于电力电子转换器的散热器装置，该电力电子转换器特别是在中压电力转换(诸如用于驱动电动机的中压驱动器)中使用的转换器，其中散热器装置的散热器通过接地电容器接地。本发明还涉及一种用于驱动电动机的电力转换器，其包括相应的散热器装置、安装在散热器上的半导体开关和流体冷却***。
背景技术
从现有技术中已知各种中压驱动器和相应的散热器。
根据一些设计，散热器不接地(即，浮置)，并且在散热器的冷却***内使用去离子水或者其他隔离流体。这些设计确保了流体可以承受电容耦合电压和故障电压。然而，这些设计带来的问题在于去离子水冷却***相对昂贵并且需要更多的维护工作。
根据现有技术中已知的其他设计，散热器可以固定接地，并且可以使用普通自来水，即非去离子水作为冷却流体。接地可以保护导电流体免受有害电压的影响，同时冷却***比之前的示例中的冷却***更便宜并且更易于维护。然而，作为缺点，接地电流可能会在故障期间超过由标准UL347A设定的30A的限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的散热器装置和包括相应的散热器装置的电力转换器，其克服了上述问题。该目的通过根据权利要求1所述的散热器装置和根据权利要求7所述的电力转换器来实现。本发明的优选实施例受从属权利要求的约束。
根据本发明，提供了一种用于诸如电力转换器的电力电子设备的散热器装置。散热器装置包括散热器，其可以是冷板。散热器可以具有包括冷却流体导管和/或散热片的复杂几何形状。电力电子转换器可以是被设计成用于驱动电动机的中压驱动器。散热器通过接地电容器接地。
由于电容器保护冷却流体免受电容耦合电压的影响，因此可以使用普通水，即非去离子水作为冷却流体。因此，可以以较低成本提供流体冷却***，同时通过选择接地电容器的合适电容值，可以将故障期间的接地电流限制为小于30A。
在本发明的优选实施例中，与接地电容器并联地设置电阻器，从而进一步提高在正常运行和故障期间的装置的性能。在电阻器和电容器的并联支路中，除了所述电阻器和电容器之外可以没有其他部件。
在本发明的另一优选实施例中，设置电压监测器以用于检测故障，该电压监测器用于测量接地电容器两端的电压。
电压监测器可以检测装置的永久性故障状况，其中如果永久性故障状况未被检测出，则该永久性故障状况可能损害流体冷却***。电压监测器可以用于监测接地电容器两端的电压并且将其与阈值进行比较。电压监测器可以与控制装置结合使用和/或可以用于当检测到故障时产生警报和/或信号。可选地或附加地，电压监测器可以用于在已经检测到故障的情况下使某些安全装置(诸如断路器)跳闸。电压监测器可以与电容器并联地布置和/或与电阻器并联地布置。
在特别优选的实施例中，接地电容器(2)两端的电压被监测并且在超过限定的阈值的情况下，信号被发送到控制器。
在本发明的另一优选实施例中，在故障期间通过电容器的电流被限制为小于30A。技术人员可以根据驱动器的整体布局和操作电压来选择电容器的电容，从而将通过电容器的故障电流限制到引用的值。
在本发明的另一优选实施例中，电容器的电容小于19μF并且优选地在0.1-10μF的范围内。
本发明还涉及一种电力转换器，特别是用于驱动电动机的中压驱动器，该电力转换器包括根据权利要求1至6中的任一项所述的散热器装置、安装在散热器上的半导体开关和流体冷却***。术语“半导体开关”可以指代安装在散热器上的单个开关或任意数量的开关。开关可以直接或间接地安装在散热器上。驱动器可以在大于1000V的电压下，特别是在从1kV至35kV的范围内的电压下进行操作。驱动器可以被设计为以三相或更多相进行操作和/或可以包括至少一个中压绝缘栅双极晶体管。
在本发明的优选实施例中，流体冷却***的流体是非去离子水。冷却***可以包括流体管道、至少一个泵和/或通常用于在电力电子转换器中提供冷却流体流的其他部件。非去离子水可以是普通水，即自来水。因此，该驱动器没有针对其冷却流体的严格要求，并且可以相应地降低其生产和维护成本。
在本发明的又一优选实施例中，半导体开关与散热器存在有限电隔离，该有限电隔离被寄生电容桥接。
附图说明
可以从权利要求和下面描述的附图中得出本发明的进一步特征、细节和优点。附图示出：
图1：根据现有技术的中压驱动器中的浮置散热器装置的示意图；
图2：根据现有技术的中压驱动器中的固定接地散热器装置的示意图；
图3：根据本发明的中压驱动器中的散热器装置的示意图；以及
图4：根据本发明的中压驱动器中的包括散热器电压监测器和并联的电阻器的散热器装置的示意图。
具体实施方式
图1是根据现有技术的中压驱动器10中的散热器1的示意图。散热器1是“浮置”散热器1，即它不接地。因此，将流体冷却***6的流体选择为隔离流体，诸如去离子水。接地在附图中由GND表示并且对应于接地面。
通常，半导体开关5通过包括寄生电容7的绝缘层而安装在散热器1上。流体冷却***6通过散热器1来冷却开关5。使用去离子水作为冷却流体增加了驱动器10的生产和维护成本并且使驱动器10的维护复杂化。为方便起见，在整个附图中相同的附图标记表示相同的特征。
图2也是本领域已知的替代驱动器10的布局的示意图。此处，散热器1接地。可以使用普通自来水(即非去离子水)作为冷却流体并因此使用导电的水作为冷却流体，而不是使用图1的示例中使用的去离子水作为冷却流体。接地可以保护导电流体免受有害电压的影响，同时相比于先前示例的冷却***，冷却***6也更便宜并且更易于维护。然而，作为缺点，接地电流可能会超过由标准UL 347A针对故障期间的中压电力转换设备设定的30A的限制。在图1和图2的两个实施例中，开关5与散热器1存在有限电隔离，其中由寄生电容7桥接该隔离。
图3是中压驱动器10中的散热器1的示意图。根据本发明示出了两个部件。驱动器10可以是中压驱动器10，该中压驱动器10用于驱动附图中未示出的电动机。此处，散热器1通过接地电容器2接地，电容器2将散热器1与地GND连接。电容器2保护流体冷却***6的流体免受电容耦合电压的影响。因此，散热器1通过接地电容器2接地使得可以在流体冷却***6中使用简单的自来水或一般的非去离子水或一些其他导电流体。本发明提供了一种低成本的流体冷却***并且简化了驱动器10的操作和维护。同时，可以通过合适地选择电容器2的电容值来将故障期间的接地电流限制到小于30A。
图4示出了本发明的实施例，其中设置了与接地电容器2并联的电阻器3，通过为从散热器1到地GND的DC(泄漏)电流提供路径来进一步增强驱动器的性能。
附加地或可选地，可以设置电压监测器4来检测故障，电压监测器4用于测量接地电容器2两端的电压。在图4的实施例中，示出了电压监测器4和电阻器3两者。然而，本发明可以利用这两个部件中的任意一个来实施。电压监测器4和电阻器3两者均可以与电容器2并联地布置。在电容器2、电阻器3和/或电压监测器4的并联支路中可以没有其他电气部件存在。
电压监测器4可以连接到附图中未示出的一些控制装置或控制器。由电压监测器4左侧的箭头来指示与控制装置的连接。在电压监测器4检测到超过某个阈值的电压的情况下，控制装置可以输出某个相应的信号来指示所检测到的超出情况(transgression)。因此，电压监测器4可以用于指示需要进行驱动器10或其部件的维护和/或更换。电压监测器4的信号还可以用于使连接在主电源和驱动器之间的断路器跳闸。
电容器2的特性可以被选择为使得在故障期间通过电容器2的电流被限制为小于30A。例如，当电源电压为4.16kV和60Hz时，电容器2的电容可以被推导出使得其小于以下项：30A/4.16kV/(2 xπx 60Hz)＝19μF。优选地，电容器2的电容可以在0.1-10μF的范围内进行选择。
类似地，从本领域已知，半导体开关5可以安装在驱动器的散热器1上。此外，半导体开关5可以与散热器1存在有限电隔离，其中由寄生电容7桥接该电隔离。该电隔离的电容可以在1nF的数量级，即小于电容器2的所选择的电容的数量级。
流体冷却***6可以包括导管、泵、以及流体地连接到散热器1并且导电地连接到地GND的其他部件。散热器1可以包括用于所述冷却流体的导管。散热器1的导管可以连接到冷却***6或者可以是冷却***6的一部分。由于散热器1通过电容器2接地，所以流体冷却***6的流体可以是导电流体，诸如非去离子水。
本发明不限于上述实施例中的任何一个。本发明可以以多种方式进行修改。权利要求书、说明书和附图中所呈现的所有特征(包括结构细节、特殊配置)可以单独地或者彼此组合地与本发明相关。
附图标记：
1 散热器
2 接地电容器
3 电阻器
4 电压监测器
5 半导体开关
6 流体冷却***
7 寄生电容
10 电力转换器
GND 地

Claims (9)

1.一种用于电力转换器(10)的散热器装置，其特征在于，所述散热器装置的散热器(1)通过接地电容器(2)接地。
2.根据权利要求1所述的散热器装置，其特征在于，与所述接地电容器(2)并联地设置电阻器(3)。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的散热器装置，其特征在于，设置电压监测器(4)来检测故障，所述电压监测器(4)用于测量所述接地电容器(2)两端的电压。
4.根据权利要求3所述的散热器装置，其特征在于，所述接地电容器(2)两端的电压被监测并且在超过限定的阈值的情况下，信号被发送到控制器。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的散热器装置，其特征在于，在故障期间通过所述电容器(2)的电流被限制为小于30A。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的散热器装置，其特征在于，所述电容器(2)的电容小于19μF并且优选地在0.1-10μF的范围内。
7.一种用于驱动电动机的电力转换器(10)，所述电力转换器(10)包括根据权利要求1至6中的任一项所述的散热器装置、安装在散热器(1)上的半导体开关(5)以及流体冷却***(6)。
8.根据权利要求7所述的电力转换器(10)，其特征在于，所述流体冷却***(6)的流体是非去离子水。
9.根据权利要求7或8所述的电力转换器(10)，其特征在于，所述半导体开关(5)与所述散热器(1)存在有限电隔离，所述有限电隔离被寄生电容(7)桥接。
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