專利名稱：級聯(lián)裝置的功率單元及級聯(lián)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種級聯(lián)裝置的功率單元及級聯(lián)裝置。
背景技術(shù)：
變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，高壓大功率變頻調(diào)速裝置不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓問題，近年來通過器件串聯(lián)或單元串聯(lián)得到了很好的解決。隨著電力電子技術(shù)以及控制技術(shù)的日益成熟，高壓變頻器以及高壓SVG、SVC等高壓設(shè)備在各個行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛。目前單元傳聯(lián)型高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都為全橋結(jié)構(gòu)，也稱H橋結(jié)構(gòu)，前端為不控整流、直流電容濾波，后端為全橋逆變方式。然而，由于受制于成本和體積限制，上述高壓變頻器內(nèi)部功率單元(又稱功率模塊)大多使用電解電容串聯(lián)。由于單個電解電容目前技術(shù)上能達(dá)到的電壓等級為450V，所以對于690v功率單元來說需要串聯(lián)3組電容，如果要達(dá)到同樣容量，電容的個數(shù)會超過串聯(lián)兩個同樣電容的一倍。由于采用全橋逆變方式的功率單元中需使用4個IGBT，總體成本較聞。
實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對上述高壓變頻器總體成本較高的問題，提供一種級聯(lián)裝置的功率單元及級聯(lián)裝置。本實用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種級聯(lián)裝置的功率單元，包括輸出端連接到正直流母線和負(fù)直流母線的三相不控整流橋、第一開關(guān)元件、第二開關(guān)元件、第一濾波電容、第二濾波電容，其中:所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件串聯(lián)連接在所述正直流母線和負(fù)直流母線之間；所述第一濾波電容和第二濾波電容串聯(lián)連接在所述正直流母線和負(fù)直流母線之間；所述功率單元的第一輸出端連接到第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件的連接點、第二輸出端連接到第一濾波電容和第二濾波電容的連接點。在本實用新型所述的級聯(lián)裝置的功率單元中，所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件分別為第一 IGBT和第二 IGBT，其中:所述第一 IGBT的集電極連接到正直流母線、發(fā)射極連接到第二 IGBT的集電極；所述第二 IGBT的發(fā)射極連接到負(fù)直流母線。在本實用新型所述的級聯(lián)裝置的功率單元中，所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件為 MOS 管、IEGT 或 GCT。在本實用新型所述的級聯(lián)裝置的功率單元中，所述功率單元還包括第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管，所述第一續(xù)流二極管的陰極連接到正直流母線、陽極連接到第二續(xù)流二極管的陰極，所述第二續(xù)流二極管的陽極連接到負(fù)直流母線，所述功率單元的第二輸出端連接到第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管的連接點。[0010]本實用新型還提供一種級聯(lián)裝置，該級聯(lián)裝置包括功率單元且該功率單元包括輸出端連接到正直流母線和負(fù)直流母線的三相不控整流橋、第一開關(guān)元件、第二開關(guān)元件、第一濾波電容、第二濾波電容，其中:所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件串聯(lián)連接在所述正直流母線和負(fù)直流母線之間；所述第一濾波電容和第二濾波電容串聯(lián)連接在所述正直流母線和負(fù)直流母線之間；所述功率單元的第一輸出端連接到第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件的連接點、第二輸出端連接到第一濾波電容和第二濾波電容的連接點。在本實用新型所述的級聯(lián)裝置中，所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件分別為第一IGBT和第二 IGBT，其中:所述第一 IGBT的集電極連接到正直流母線、發(fā)射極連接到第二IGBT的集電極；所述第二 IGBT的發(fā)射極連接到負(fù)直流母線。在本實用新型所述的級聯(lián)裝置中，所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件為MOS管、IEGT 或 GCT。在本實用新型所述的級聯(lián)裝置中，所述功率單元還包括第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管，所述第一續(xù)流二極管的陰極連接到正直流母線、陽極連接到第二續(xù)流二極管的陰極，所述第二續(xù)流二極管的陽極連接到負(fù)直流母線，所述功率單元的第二輸出端連接到第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管的連接點。在本實用新型所述的級聯(lián)裝置中，所述級聯(lián)裝置為串聯(lián)型高壓變頻器。在本實用新型所述的級聯(lián)裝置中，所述級聯(lián)裝置為級聯(lián)型高壓靜止無功補償器與靜止無功發(fā)生器。本實用新型的級聯(lián)裝置的功率單元及級聯(lián)裝置具有以下有益效果:通過半橋逆變方式減少了開關(guān)元件及濾波電容的使用數(shù)量，從而節(jié)省整個功率單元的成本。
圖1是本實用新型級聯(lián)裝置的功率單元實施例的示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。如圖1所示，是本實用新型級聯(lián)裝置的功率單元實施例的示意圖。本實施例中的功率單元包括輸出端連接到正直流母線和負(fù)直流母線的三相不控整流橋、第一開關(guān)元件Q1、第二開關(guān)元件Q2、第一濾波電容Cl、第二濾波電容C2，其中第一開關(guān)元件Ql和第二開關(guān)元件Q2串聯(lián)連接在正直流母線和負(fù)直流母線之間；第一濾波電容Cl和第二濾波電容C2串聯(lián)連接在正直流母線和負(fù)直流母線之間。該功率單元的第一輸出端Tl連接到第一開關(guān)元件Ql和第二開關(guān)元件Q2的連接點、第二輸出端T2連接到第一濾波電容Cl和第二濾波電容C2的連接點。由于在逆變部分僅使用了兩個開關(guān)元件和兩個濾波電容，整個功率單元在保持性能的同時，可顯著降低成本。上述三相不控整流橋由第一整流二極管Dl、第二整流二極管D2、第三整流二極管D3、第四整流二極管D4、第五整流二極管D5、第六整流二極管D6組成，其輸入端可經(jīng)由熔斷器、電感等連接到三相交流電(例如市電)、輸出端直接連接到正直流母線和負(fù)直流母線。為了在第一開關(guān)元件Ql和第二開關(guān)元件Q2都關(guān)斷時保持續(xù)流通路，可在上述級聯(lián)裝置的功率單元中增加第一續(xù)流二極管D7和第二續(xù)流二極管D8，其中第一續(xù)流二極管D7的陰極連接到正直流母線、陽極連接到第二續(xù)流二極管D8的陰極，第二續(xù)流二極管D8的陽極連接到負(fù)直流母線，并且該功率單元的第二輸出端T2連接到第一續(xù)流二極管D7和第二續(xù)流二極管D8的連接點。上述的第一開關(guān)元件Ql和第二開關(guān)元件Q2分別為第一 IGBT和第二 IGBT，其中第一 IGBT的集電極連接到正直流母線、發(fā)射極連接到第二 IGBT的集電極，第二 IGBT的發(fā)射極連接到負(fù)直流母線。在實際應(yīng)用中，上述第一開關(guān)元件Ql和第二開關(guān)元件Q2也可采用MOS管、IEGT或GCT 等。上述功率單元可直接應(yīng)用于級聯(lián)裝置，該級聯(lián)裝置包括功率單元且該功率單元包括輸出端連接到正直流母線和負(fù)直流母線的三相不控整流橋、第一開關(guān)元件、第二開關(guān)元件、第一濾波電容、第二濾波電容，其中第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件串聯(lián)連接在所述正直流母線和負(fù)直流母線之間；第一濾波電容和第二濾波電容串聯(lián)連接在所述正直流母線和負(fù)直流母線之間；功率單元的第一輸出端連接到第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件的連接點、第二輸出端連接到第一濾波電容和第二濾波電容的連接點。在上述的級聯(lián)裝置中，第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件分別為第一 IGBT和第二IGBT，其中第一 IGBT的集電極連接到正直流母線、發(fā)射極連接到第二 IGBT的集電極；第二IGBT的發(fā)射極連接到負(fù)直流母線。當(dāng)然，上述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件也可使用MOS管、IEGT或GCT等代替。上述級聯(lián)裝置中的功率單元還可包括第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管，從而在第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件都關(guān)斷時起到續(xù)流通路的作用。上述第一續(xù)流二極管的陰極連接到正直流母線、陽極連接到第二續(xù)流二極管的陰極，第二續(xù)流二極管的陽極連接到負(fù)直流母線，功率單元的第二輸出端連接到第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管的連接點。上述級聯(lián)裝置為串聯(lián)型高壓變頻器、級聯(lián)型高壓靜止無功補償器(SVC)或靜止無功發(fā)生器(SVG)。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種級聯(lián)裝置的功率單元，包括輸出端連接到正直流母線和負(fù)直流母線的三相不控整流橋，其特征在于:該功率單元還包括第一開關(guān)元件、第二開關(guān)元件、第一濾波電容、第二濾波電容，其中:所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件串聯(lián)連接在所述正直流母線和負(fù)直流母線之間；所述第一濾波電容和第二濾波電容串聯(lián)連接在所述正直流母線和負(fù)直流母線之間；所述功率單元的第一輸出端連接到第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件的連接點、第二輸出端連接到第一濾波電容和第二濾波電容的連接點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的級聯(lián)裝置的功率單元，其特征在于:所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件分別為第一 IGBT和第二 IGBT，其中:所述第一 IGBT的集電極連接到正直流母線、發(fā)射極連接到第二 IGBT的集電極；所述第二 IGBT的發(fā)射極連接到負(fù)直流母線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的級聯(lián)裝置的功率單元，其特征在于:所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件為MOS管、IEGT或GCT。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的級聯(lián)裝置的功率單元，其特征在于:所述功率單元還包括第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管，所述第一續(xù)流二極管的陰極連接到正直流母線、陽極連接到第二續(xù)流二極管的陰極，所述第二續(xù)流二極管的陽極連接到負(fù)直流母線，所述功率單元的第二輸出端連接到第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管的連接點。
5.一種級聯(lián)裝置，該級聯(lián)裝置包括功率單元且該功率單元包括輸出端連接到正直流母線和負(fù)直流母線的三相不控整流橋，其特征在于:所述功率單元還包括第一開關(guān)元件、第二開關(guān)元件、第一濾波電容、第二濾波電容，其中:所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件串聯(lián)連接在所述正直流母線和負(fù)直流母線之間；所述第一濾波電容和第二濾波電容串聯(lián)連接在所述正直流母線和負(fù)直流母線之間；所述功率單元的第一輸出端連接到第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件的連接點、第二輸出端連接到第一濾波電容和第二濾波電容的連接點。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的級聯(lián)裝置，其特征在于:所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件分別為第一 IGBT和第二 IGBT，其中:所述第一 IGBT的集電極連接到正直流母線、發(fā)射極連接到第二 IGBT的集電極 ；所述第二 IGBT的發(fā)射極連接到負(fù)直流母線。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的級聯(lián)裝置，其特征在于:所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件為 MOS 管、IEGT 或 GCT。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項所述的級聯(lián)裝置，其特征在于:所述功率單元還包括第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管，所述第一續(xù)流二極管的陰極連接到正直流母線、陽極連接到第二續(xù)流二極管的陰極，所述第二續(xù)流二極管的陽極連接到負(fù)直流母線，所述功率單元的第二輸出端連接到第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管的連接點。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的級聯(lián)裝置，其特征在于:所述級聯(lián)裝置為串聯(lián)型高壓變頻器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的級聯(lián)裝置，其特征在于:所述級聯(lián)裝置為級聯(lián)型高壓靜止無功補償器與靜止無功發(fā)生器。
專利摘要本實用新型提供了一種級聯(lián)裝置的功率單元，包括輸出端連接到正直流母線和負(fù)直流母線的三相不控整流橋、第一開關(guān)元件、第二開關(guān)元件、第一濾波電容、第二濾波電容，其中所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件串聯(lián)連接在所述正直流母線和負(fù)直流母線之間；所述第一濾波電容和第二濾波電容串聯(lián)連接在所述正直流母線和負(fù)直流母線之間；所述功率單元的第一輸出端連接到第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件的連接點、第二輸出端連接到第一濾波電容和第二濾波電容的連接點。本實用新型還提供一種包括上述功率單元的級聯(lián)裝置。本實用新型通過半橋逆變方式減少了開關(guān)元件及濾波電容的使用數(shù)量，從而節(jié)省整個功率單元的成本。
文檔編號H02M7/162GK203166788SQ20132012602
公開日2013年8月28日 申請日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者劉東平 申請人:蘇州匯川技術(shù)有限公司, 蘇州默納克控制技術(shù)有限公司, 深圳市匯川技術(shù)股份有限公司