[实用新型]一种三电平变流器的模块化结构

说明书

本实用新型涉及一种功率器件，尤其涉及一种三电平变流器的模块化结构。

随着电力电子技术的发展和进步，变流器功率越来越高。为了提高整个系统的效率，减小系统的热损耗，大功率的变流器系统趋于采用中高压的电压等级。鉴于当前电力电子器件的发展水平，如果继续采用两电平的拓扑结构，在中高压场合需要多只电力电子器件的串联，而串联电力电子器件的静态和动态的均压问题解决起来比较困难，从而降低整个系统的可靠性。三电平拓扑结构由于采用了钳位二极管，顺利地解决了均压的问题，使得低电压等级的电力电子器件在中高压变流器系统的应用成为可能。由于电容钳位的三电平拓扑中钳位电容的电平控制比较复杂，当前应用中多采用二极管钳位的三电平结构。

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是电压敏感型器件，如果换流回路中的杂散电感过大，IGBT关断时有可能造成过电压而损坏。尤其是三电平变流器的器件多、连线复杂，三电平电路中功率模块的合理布局可有效减小换流回路，从而降低回路的杂散电感。

三电平变流器多工作在逆变状态，此时外管的损耗大约为内管损耗的3‑4倍，因此功率器件的均匀散热设计也是系统能否稳定运行的关键所在。

本实用新型的目的在于提供一种三电平变流器的模块化结构，它可以有效地减小电流回路，并且保证功率器件均匀散热，方便地进行系统维护和拓展。

实现上述目的的技术方案是：

一种三电平变流器的模块化结构，所述三电平变流器包括三个并联的单相三电平电路，每个单相三电平电路包括第一IGBT至第四IGBT、第一钳位二极管及第二钳位二极管，其中，第一IGBT的发射极分别连接第二IGBT的集电极和第一钳位二极管的阴极；第二IGBT的发射极连接第三IGBT的集电极；第三IGBT的发射极分别连接第四IGBT的集电极和第二钳位二极管的阳极；第一钳位二极管的阳极连接第二钳位二极管的阴极；

针对每个单相三电平电路：

所述第一IGBT至第四IGBT、第一钳位二极管和第二钳位二极管均固定在一个内含水道的水冷基板的表面；

所述第一IGBT至第四IGBT分别固定于所述水冷基板的四角，并以第一IGBT和第二IGBT为一列、第一IGBT和第四IGBT对角的形式设置；

所述第一IGBT至第四IGBT分别固定于所述水冷基板的四角，并以第一IGBT和第二IGBT为一列、第一IGBT和第四IGBT对角的形式设置；

所述第一钳位二极管和第二钳位二极管呈一列并固定于所述水冷基板的中部，并且第一钳位二极管的阴极和第二钳位二极管的阴极一一对应地对着第一IGBT和第二IGBT所在侧。

上述的三电平变流器的模块化结构，其中，所述第一IGBT至第四IGBT均以集电极在内侧，发射极在外侧的方式布置。

上述的三电平变流器的模块化结构，其中，所述第一IGBT至第四IGBT各自的驱动安装在各自发射极的旁侧。

上述的三电平变流器的模块化结构，其中，所述内置于水冷基板内部的水道包括竖向进水水道、顶部横向水道、底部横向水道以及三个竖向冷却水道，其中：

所述竖向进水水道位于所述水冷基板的左侧，其下端口接一进水口，其上端口接通所述顶部横向水道；

所述三个竖向冷却水道分别接通所述顶部横向水道和底部横向水道，并且一一对应于所述第一IGBT和第二IGBT所在列、第一钳位二极管和第二钳位二极管所在列以及第三IGBT和第四IGBT所在列；

所述底部横向水道的右端口接一出水口。

上述的三电平变流器的模块化结构，其中，所述第一IGBT位于所述水冷基板的左上角或者右上角。

上述的三电平变流器的模块化结构，其中，所述第一IGBT位于所述水冷基板的右上角；所述第二IGBT位于所述水冷基板的右下角；所述第三IGBT位于所述水冷基板的左下角；所述第四IGBT位于所述水冷基板的左上角；所述第一钳位二极管位于所述水冷基板的中部下方；所述第二钳位二极管位于所述水冷基板的中部上方。

上述的三电平变流器的模块化结构，其中，

上述的三电平变流器的模块化结构，其中，

从所述水冷基板的下方，自第二IGBT和第三IGBT的连接线引出交流引出线；

从所述水冷基板的上方，自第一IGBT的集电极引出直流正线，自第四IGBT的发射极引出直流负线，自第一钳位二极管和第二钳位二极管的连接线引出直流中线。