[发明专利]功率转换器

说明书

本发明的主题

本发明涉及一种功率转换器或例如由静态开关构成的转换器模块装置，静态开关本身包括一组半导体。功率转换器的例子有削波器和换流器。

背景技术

换流器、特别是电压换流器，用于将直流电压转换为交流电压。

一个特别重要的应用领域是同步或异步机器的变速控制。

在这种情况下，必须向负载提供一种三相系统，其电压尽可能接近频率和振幅可调的平衡正弦波三相系统，而负载可用一台同步或异步电机的各个相来表示。电压换流器是可以达到上述目的的装置，并且它一般采用例如可控硅整流器、GTO等的功率元件组装而成。

近来出现了一种新型静态开关，它可用术语“IGBT”(绝缘门双极场效应晶体管)来定义。这类装置是可控元件，从该意义上说，可在任何时候，通过在其控制范围内调节电压，给开关施加所要求的电流，而对于例如由GTO或类似件代表的老一代开关，则只能决定其点火时间和熄火时间。

这意味着，根据现有技术，即在仅使用GTO型半导体来实现换流器的情况下，在没有一个可控制其端头过电压的辅助保护电路(减振电路)时，换流器就不能使用。事实上，如果不这样，由于线路干扰电感产生的感应过压，它们在第一次转换时就会被毁坏。

相反，在用IGBT半导体实现开关的情况下，可以不用保护电路。事实上，通过尽快完成电流的开关以减少损耗并且避免形成禁止的过压，就没有必要添加该保护电路。

然而，为了能够达到其极限并且最大限度地利用IGBT元件，线路的电感必须降至很低的值，而用例如用于GTO型半导体的传统壳体，这是很难实现的。

IGBT半导体习惯上以模块形式布置。在实践中，人们在同一个壳体内安放IGBT半导体及其非并行的二极管。壳体的结构应该还能使壳体的干扰电感最小化，并且能够采用母线进行内部连接，这将使线路的干扰电感最小化。

根据现有技术，这些模块包括一个底板，用于以机械方式安装在散热组件上。底板与半导体、因而也与功率和控制接线端电绝缘。这样，模块可固定在本身接地的散热组件上。

模块的绝缘必须与其设计所用的网路的电压相符。在一特殊例子中，3300伏的IGBT模块和二极管目前具有与1500伏DC网路相匹配的绝缘。

然而，在使用3000伏DC的额定电源电压的情况下，可以发现，该绝缘以及电压强度不足。特别在有关电压强度方面，人们已经提出将半导体串联来解决该问题。

但半导体串联只能解决电压强度问题，而不能解决IGBT模块的绝缘问题。为了能够在不需特别小心的情况下在3000伏DC的网路上使用，应该使用带有为此而设计的绝缘的IGBT模块。

本发明的目的

本发明的第一个目的在于，在使用的IGBT模块的电源电压绝缘强度明显低于转换器工作的实际电源电压的情况下，解决上述绝缘不足的问题。特别是，本发明在于提出一种转换器，它可将电压为1500伏DC的绝缘IGBT用于额定电源电压为3000伏DC的情况。

本发明的第二个目的在于提出一种装置，它可在IGBT模块或与功率转换器绝缘的散热组件出现绝缘故障的情况下，减小转换器的损坏。

本发明的第三个目的在于提出一种IGBT模块或与功率转换器绝缘的散热组件的绝缘故障的检测方法。

其它的目的及优点将在下面的描述中体现。本发明的主要特征

本发明涉及一种功率转换器，例如用直流电源电压(Ucat)供电的电压换流器，该转换器由IGBT型静态开关构成，静态开关至少有一个直接固定在散热组件上的IGBT模块，散热组件本身与散热片或类似件连接，其特征在于，在散热组件和散热片之间设置一层绝缘，其上固定一个或几个IGBT模块的该散热组件与中间电位连接，中间电位处于散热片电位和功率转换器电源电压(Ucat)高点之间。

可以用非常简单的方法将几个IGBT模块安排在与散热片绝缘的同一台散热组件上。

根据一种优选的实施形式，通过电阻分压器实现中间电位。

根据一种特别优选的实施方式，接上一个电压限制器，它可在例如IGBT模块过压的情况下限制电压。

本发明还涉及一种IGBT模块或散热组件的绝缘故障检测方法，其特征在于，中间电位通过一个与阻抗串联的电压源获得，并被测量和与其理论值对比。

附图说明

图1示出了现有技术中使用的功率转换器模块的立体图。

图2a和2b示出了根据本发明的IGBT模块以及功率转换器模块的剖视示意图。

图3示出了根据本发明的功率转换器模块的实施例的立体图。