[实用新型]一种紧凑型风能变流器功率模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种功率模块，特别涉及一种紧凑型风能变流器功率模块。

背景技术

在风力发电系统中，风能变流器是核心设备之一，是连接发电机与电网的重要桥梁。其中，功率模块又是变流器的核心部件，且是易损件，而风能变流器的大多数应用在严寒、高温高湿等环境比较恶劣的地区，这就要求风能变流器的功率模块具有下面特点：①可靠性高；②体积小，功率密度高，更换方便；③功率模块是易损件，要考虑便于维护；④直接硬件成本及维护成本低。

现有的大功率风能变流器的功率模块，其结构通常是将绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)以及给其散热的液冷板(或散热器)、直流支撑电容，以及连接IGBT和直流支撑电容的母线等集成在一起，形成一只单相功率模块。再通过铜排或叠层母排将至少6只(6的倍数)这样的单相功率模块的直流侧连接在一起，组成一个风能变流器的功率模块。

或者，将多只IGBT以及给其散热的液冷板(或散热器)、直流支撑电容，以及连接IGBT和直流支撑电容的母线等集成在一起，形成一只三相功率模块。再通过铜排或叠层母排将至少2只(2的倍数)这样的三相功率模块的直流侧连接在一起，组成一个风能变流器的功率模块。

第一种现有技术方案存在的缺点：①单相功率模块的直流侧连接在一起需要大面积的铜排或叠层母排，回路寄生电感大，产生较大的电压尖峰，可靠性降低；为控制电压尖峰，需要更多的直流支撑电容，成本高；②组成一个风能变流器的功率模块所需的单相功率模块数量多，系统集成度不高，结构不够紧凑，功率密度低，导致成本高；③风能变流器的功率模块将多只直流支撑电容集成到功率模块上，单只单相功率模块重量在70-80kg以上，维护不便。

第二种现有技术方案存在的确定：①三相功率模块的直流侧需要铜排或叠层母排连接，回路杂散电感大，为控制电压尖峰，需要更多的直流支撑电容或增加其他的硬件，成本高；②连接IGBT到电容的叠层母排面积大，如果IGBT炸毁，覆盖其上的叠层母排必然损坏，甚至波及叠层母排下的其他IGBT，修复成本高。③风能变流器的功率模块为三相输出，单只三相功率模块重量在80-90kg以上，维护更加不便。

实用新型内容

为了减小回路中的寄生电感，从而减小IGBT的尖峰电压，提高系统的可靠性，本实用新型提出一种紧凑型风能变流器功率模块。

本实用新型的解决方案是：一种紧凑型风能变流器功率模块，其包括至少一组变流器功率单元、与所述至少一组变流器功率单元相对应的至少一块电容单元；每个变流器功率单元包括多个IGBT子单元，每个IGBT子单元包括箱体、收容在箱体内且上下叠置布局的网侧IGBT组件和机侧IGBT组件；网侧IGBT组件包括两只IGBT一、IGBT母排一、交流铜排一，机侧IGBT组件包括两只IGBT二、IGBT母排二、交流铜排二；

其中，在同一个IGBT子单元中：交流铜排一引入电能至两个IGBT一，由两个IGBT一整流成直流电后，经过IGBT母排一直接注入相应的电容单元的多个直流支撑电容中，通过与此电容单元直接连接的IGBT母排二引至两个IGBT二，经过两个IGBT二逆变成交流电，通过交流铜排二引出。

作为上述方案的进一步改进，电容单元除多个直流支撑电容之外还包括电容母排、安装板；多个直流支撑电容安装在安装板上，电容母排覆盖在多个直流支撑电容上且引出与所有IGBT子单元相对应的多对正极接触端和负极接触端；IGBT母排一通过与相应IGBT子单元相对应的正极接触端、负极接触端电性连接至IGBT母排二。

进一步地，多个直流支撑电容根据相应变流器功率单元内的IGBT子单元的数量分成对应的团，每团内的直流支撑电容根据相应IGBT组件的数量分成对应的组，每组内的直流支撑电容并联且在电容母排上引出相应的正极接触端和负极接触端。

作为上述方案的进一步改进，同一个变流器功率单元中的多个IGBT子单元并行排列，且并行排列方向垂直于相应两个IGBT组件的上下叠置方向。

作为上述方案的进一步改进，同一个电容单元中的多个直流支撑电容之间相互平行。

作为上述方案的进一步改进，变流器功率单元的数量为多个时，多个变流器功率单元并行排列，且并行排列方向垂直于相应两个IGBT组件的上下叠置方向；多个电容单元沿多个变流器功率单元的并行排列方向也并行排列。

进一步地，相邻两个电容单元之间通过铜排、熔丝串联。