[发明专利]一种船用变频器的三电平逆变功率模块

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种电力电子功率模块，适合于船用变频器或者其他场合的变频器。

背景技术

船用推进变频器是船舶综合电力推进系统的关键设备之一。

电力电子功率模块是船舶推进变频器的核心部件，可以通过其不同组合实现推进变频器的功率扩容。

目前700-1200VDC电压等级低压船用推进变频器一般采用两电平逆变器，输出电压谐波含量较大，开关频率较低，容易导致电机振动噪声指标超标，难以满足某些对振动噪声要求较高的使用场合。

因此采用三电平逆变模块成为一种选择，而传统三电平逆变器由于每个桥臂采用四个IGBT，受半导体器件限制，抑制了外层器件关断过电压，就容易导致内层器件过压，反之亦然，很难同时减小桥臂内、外层半导体器件关断期间换流过电压，使得器件的电压裕量较小，导致设备运行的安全性、可靠性降低。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种船用变频器的三电平逆变功率模块，具备较高的推进安全性、可靠性和维修性，具备更低谐波含量，能满足更高开关频率的应用，适用于对振动噪声要求较高的场合。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种船用变频器的三电平逆变功率模块，包括模块框架以及固定在模块框架上的散热器、驱动电路板和一组采用串并联连接的电容阵，所述的散热器正面安装有IGBT组件，IGBT组件上连接有电源转接板和电流传感器，所述的电容阵和IGBT组件通过一块层叠母排连接在一起，所述的层叠母排上设置有绝缘柱，模块框架外通过绝缘子连接有输出铜排，所述的驱动电路板安装在IGBT组件上，驱动电路板上分别连接有光航插9和电航插10，驱动信号和故障信号通过一个光航插9与外部连接，模块内部电压电流等测量信号通过一个电航插10与外部连接；所述的IGBT组件由IGBT管T1～T12、二极管D1～D6和电容C1、电容C2组成；其中IGBT管T1～T4串联组成第一IGBT组，第一IGBT组上并联有由二极管D1和二极管D2串联而成的第一二极管组，第一二极管组一端连接在IGBT管T1和IGBT管T2之间，另一端连接在IGBT管T3和IGBT管T4之间；IGBT管T5～T8串联组成第二IGBT组，第二IGBT组上并联有由二极管D3和二极管D4串联而成的第二二极管组，第二二极管组一端连接在IGBT管T5和IGBT管T6之间，另一端连接在IGBT管T7和IGBT管T8之间；IGBT管T9～T12串联组成第三IGBT组，第三IGBT组上并联有由二极管D5和二极管D6串联而成的第三二极管组，第三二极管组一端连接在IGBT管T9和IGBT管T10之间，另一端连接在IGBT管T11和IGBT管T12之间；所述的三个IGBT组并联在直流母线上，所述二极管D1、D3、D5的正极连接，所述IGBT管T2和IGBT管T3之间引出作为A相交流输出，IGBT管T6和IGBT管T7之间引出作为B相交流输出，IGBT管T10和IGBT管T11之间引出作为C相交流输出，A、B、C三相交流输出端通过软连接连接至输出铜排；所述的电容C1与IGBT管T1、二极管D1的两端构成第一吸收回路，所述的电容C2与二极管D2、IGBT管T4的两端构成第二吸收回路。

所述的一种船用变频器的三电平逆变功率模块，其第一吸收回路和第二吸收回路设计可以采用纯电容吸收电路，也可以根据条件采用RC、RCD型等吸收电路。

所述的一种船用变频器的三电平逆变功率模块，其模块框架侧面的底部设置有滑轨，模块框架正面的底部安装有两个把手，模块框架左侧设置有吊耳。

所述的一种船用变频器的三电平逆变功率模块，其散热器采用长方形铜水冷板散热，其进水/出水接口采用DN16宝塔接头，一左一右对称布置。

进一步，所述水冷散热板的冷却水槽采用对称设计，以保证各桥臂IGBT底板温度一致性。

所述的一种船用变频器的三电平逆变功率模块，其模块框架右侧设置有电压传感器组件，模块框架底部设置有起绝缘隔离作用的绝缘板，减小对地漏电流，适用于模块间的串并联连接。

本发明的有益效果是：

1、通过优化直流母线电容阵、IGBT器件换流回路布置，采用四层三电平层叠母排，减小外层IGBT关断过电压；同时通过在内层器件换流路径上，增加吸收电路，减小内层IGBT关断过电压，从而增加了半导体器件运行的可靠性，提高设备运行的安全性和可靠性；

2，输出电压谐波含量低，且开关频率较高，负载电机上产生的高频噪声明显优于同电压等级两电平模块；