[发明专利]一种大功率半导体变流器功能单元柜

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种大功率半导体器件变流器功能单元柜。

背景技术

随着现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展，交流调速逐步取代了直流调速，特别是近些年来，随着半导体器件技术的迅速发展，尤其是以绝缘栅双极晶体管（IGBT）、电子注入增强门极晶体管（IEGT）、门控晶闸管（GTO）、集成门极换向晶闸管（IGCT）为代表的大功率全控器件得到急速发展，由它们构成的中高压变频器系统，性能优异，可以实现PWM逆变和PWM整流，不仅具有谐波小，功率因数也有很大程度的提高。其中，IGCT是一种高效率、高可靠性的新型电力半导体器件，在现代中高压变频器系统中应用最多。目前市场上出现的多数IGCT中高压功率柜主要应用于中高压变频器，有效的实现了电机调速，在节能环保方面取得了非常显著的效果。

目前市场上出现的基于三电平电路的变频器系统多数由若干个功率单元构成，一般分为控制单元、整流单元、逆变单元、斩波单元、冷却单元、终端单元（可选）等基本单元。由于IGCT器件应用要求比较苛刻，在整个系统如何有效分配多个单元的组合上，出现了很多方案，多数为单体式结构或者一体式结构，但这两种结构明显存在着多种弊端。

单体式结构柜仅包含IGCT功率模块及与之关联的主电路连线，这种结构虽然能将功率柜做到最小尺寸，但是在实际应用中不仅装配麻烦而且系统可靠性也将面临很大的风险，因为控制部分与功率柜分开，在应用中需要在现场对所有控制线缆和光纤进行连接，大量的线缆连接不仅费时费力，极大降低装配效率，而且接线一旦错误，往往会损害变流器；同时若将大量信号电缆分为2部分连接，也会大大降低控制线缆对电磁的抗干扰能力，以至在极端情况下干扰信号会造成系统误报故障而导致停机。

一体式结构的功率柜是将整流、逆变和控制三部分集成在一个柜体之内，由于采用了不可拆卸的整体结构方案，体积和重量都非常庞大，运输、吊装和安装都非常困难，同时这种结构的功率柜仅能实现单个电机的单传动应用，无法满足目前工业领域中常用的多传动、冗余传动及双重化传动等应用需求。因此，如何实现整个功率系统的有效组合分配，方便整个系统的运输、安装和检修成了目前IGCT三电平功率柜应用的首要难题，对此国内外均没有很好的解决方案。

在IGCT器件组成的三电平电路的变频器系统中，对各个功能单元组合上应用较多的两种组合方式相比较：一种是功能单元完全整合成一个柜体，这样组成的系统非常庞大，运输和安装困难，而且出现故障时不容易实现故障的排除和隔离；另一种是功能单元完全分离，这样分配组合虽然解决了单个单元柜体积变小运输比较方便，但是在现场安装时，因为功能单元的分离，接线比较繁琐，而且容易出错，给调试带来麻烦。

因此，在系统功能单元的分配整合上，一个亟待解决的问题是需要提供一种通用的变频器系统布局设计，使得其既可以满足运输和维护的方便性又能保证系统安装的简易性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种大功率半导体变流器功能单元柜，其包括由顶架和底架构成的框架，在所述顶架和所述底架之间设有多个隔档，相邻两个隔档之间依次对称地安装逆变单元、第一控制单元、斩波单元、第二控制单元、整流单元，其中各个单元之间相关的线路在安装之前进行适配连接后整体打包配置以免去使用时需要的二次调试。

根据本发明的变流器功能单元柜，其还包括输入滤波单元，所述输入滤波单元固定安装在所述整流单元一侧，用于对进入所述功能单元柜的交流信号进行滤波。

根据本发明的变流器功能单元柜，其还包括输出滤波单元，所述输出滤波单元固定安装在所述逆变单元一侧，用于对所述功能单元柜输出的交流信号进行滤波。

根据本发明的变流器功能单元柜，其还包括水冷单元，所述水冷单元设在所述输出滤波单元或者所述输入滤波单元一侧，用于消散所述功能单元柜中的各个单元工作时产生的热量。

根据本发明的变流器功能单元柜，所述功能单元柜中的功率器件为整流管、晶闸管、IGBT、IEGT或IGCT中的任意组合。

根据本发明的变流器功能单元柜，为满足容量的需求，所述整流单元为两个，所述逆变单元为两个，斩波单元为一个。

本发明正是设计一种有效的基于IGCT器件的三电平变频器系统布局，通过功能单元的有效分离和组合，完成不同需求的变频器系统需求，同时以打包的方式进行运输和安装，保证系统的完整性，在某块出现故障时又可以隔离和替换的方式更换各个功能单元，有效的解决了变频器系统如何布局的问题。