[发明专利]一种中压大功率变频器水冷功率模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种中压大功率变频器水冷功率模块，它是串联H桥多电平逆变器的一个单相H桥功率单元，属于电力推进技术领域。

背景技术

随着电力电子技术及系统集成技术的飞速发展，船舶综合电力推进技术备受关注。船舶综合电力推进有着传统推进方式所不可比拟的优点，在军民用船舶中的应用也越来越多，大功率推进变频器是船舶综合电力推进系统的核心设备之一。串联H桥多电平逆变器是中压大功率传动系统中应用最为广泛的逆变器拓扑结构之一，它是由多个单相H桥逆变器组成的，把每个功率单元的交流输出串联起来，实现中压输出，并减小输出电压的谐波。目前，中压大功率变频器在工业生产中应用比较广泛，技术也日趋成熟，但常规的大功率变频器体积大，且不能满足正面维修及船舶使用环境等要求，在船舶应用领域受到限制。因此，对船用大功率变频器的研制很有必要，而我国在该领域的研究处于起步阶段。

发明内容

本发明的目的是：为了克服常规研制的大功率变频器在体积、功率密度及可维修性等方面的局限性，本发明提供了一种在保证可靠性和可维修性前提下，具有杂散电感低、结构紧凑、功率密度大的船用中压大功率变频器水冷功率模块。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种中压大功率变频器水冷功率模块，它包括一个模块框架1、正功率组件6、负功率组件11、两个水冷电感5、两个水冷电阻9、五套为模块输入输出电流提供通道的高压大电流连接器、电源模块4、电源转接端子3、光电连接器2以及滑轨12；所述的高压大电流连接器所在一侧为后部，相对的另外一侧为前部，每套连接器由插头8和插座7组成；连接器的插座7直接固定在框架1后部竖梁上，用软母排与水冷电感5及正、负功率组件6、11连接；连接器的插头8直接固定在柜体横梁上，用软母排与直流侧及输出侧母排连接；所述的正功率组件6和负功率组件11处于模块顶部和底部，它们通过功率组件中的T形水冷散热板对称的固定安装在框架1上；两根供T形水冷散热板冷却水进出的分水管10直接固定在模块右前部框架上；所述水冷电感5一端通过母排与连接器插座7连接，另一端通过母排与功率组件中的层叠母排连接；所述水冷电阻9 一端通过高压电缆与连接器插座7连接，另一端通过母排与功率组件中的层叠母排连接；光电连接器2与功率组件中IGBT驱动板间用光纤连接，传递控制和反馈信号；光电连接器2用两根高压电缆与电源模块4输入端连接，电源模块4输出端用高压电缆经电源转接端子3分线后与IGBT驱动板连接；模块用一对精密重载荷滑轨12安装在柜体内。

以下是本发明更进一步的技术方案：

优选的，所述的两个水冷电感5和两个水冷电阻9安装在模块中部，分别相对功率组件中线左右对称的安装在功率组件中T形水冷散热板两侧的框架上；所述水冷电感5固定在模块底部，所述水冷电阻9吊装在模块顶部；为功率组件内部的IGBT提供驱动电源的电源模块4和电源转接端子3安装在模块左前部框架上；光电连接器2安装在模块左前部框架1上，外部控制信号和电源通过它传递到IGBT驱动板和电源模块。

优选的，所述的正、负功率组件6、11，通过功率组件中的T形水冷散热板用螺栓固定在框架1上；所述的两个水冷电感5是高压限流水冷电感，所述的两个水冷电阻9是高压低感限流水冷电阻。

优选的，所述的正、负功率组件6、11中的IGBT和二极管安装在T形水冷散热板上，并通过水冷散热板散热，低感“工”字形层叠母排用螺钉固定在IGBT和二极管上；两组多个箝位高压低感电容对称的布置在“工”字形层叠母排上，电容处层叠母排通过绝缘板固定在框架1上。

优选的，所述的高压大电流连接器，其中左右两边及中间的三套连接器作为模块的电流输入端，另外两套连接器作为模块的电流输出端。

优选的，所述的两根分水管10分别为进水管和出水管；分水管的一端用水嘴及细软管与模块内正、负功率组件6、11内的T形水冷板、水冷电感5、水冷电阻9连接，另外一端由宝塔接头及带快插接头的软管与水冷系统的主水管相连；当拔下快插接头时，模块与水冷系统断开。

优选的，所述的滑轨12固定在框架1底部外侧；所述的模块框架1后部设有两个起辅助定位及承重作用的定位销与柜体内定位孔配合。

优选的，所述正、负功率组件6、11在模块装配完后，其“工”字形层叠母排后部三个接线端子贴合在一起，即它们共中点和输出。

优选的，所述的模块通过光电连接器2与外部220V工频交流电源及控制系统连接，接受驱动电源及控制信号并反馈状态信号。