专利名称：船用变频器的电力电子模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及船用变频器的电力电子模块，具体是一种高功率密度的船用大功 率变频器的电力电子模块，属于电力电子元器件技术领域。
背景技术：
随着电力电子技术及系统集成技术的飞速发展，船舶综合电力推进备受关注。综 合电力推进有着传统推进方式所不可比拟的优点，在豪华游轮、破冰船甚至军用船舶中的 应用越来越多。变频器是船舶综合电力推进的核心设备之一，在国外ABB、Alstom、西门子 等大型厂商已研制出船用变频器的电力电子模块。现有的在船舶以外的其它应用领域的大 功率变频器，其整流单元和逆变单元的直流连接及逆变单元间的直流连接大多采用常规铜 排连接方式，占用结构空间范围大，功率密度比较小。船用变频器，尤其是特殊的、容间小的 船舶用变频器，在保证可靠性和可维性的前提下，尽可能的减小变频器的体积和重量，提高 变频器的功率密度。常规的大功率变频器在船舶应用领域受到很大限制。
发明内容为了克服常规研制的大功率变频器在体积和功率密度等方面的不足，本实用新型 提供一种在保证可靠性和可维修性的前提下，具有体积小、重量轻、功率密度高的船用变频 器的电力电子模块。本实用新型的技术方案是船用变频器的电力电子模块，它包括两个对称安装在支架上的智能功率模块 (IPM)；一组安装在支架中的支撑电容；功率母排与智能功率模块的直流输入端固定连接； 高频吸收电容、支撑电容、功率母排固定连接；缓冲电阻固定在支架上的散热器上；电源滤 波器安装在支架上；智能功率模块的交流输出端通过软母线将输出端并连，并连接至电连 接器；还有冷却散热系统；所述冷却散热系统包括冷却进、出水管，安装在支架上；还至少 有三个散热风机。在上述技术方案的基础上更进一步的技术方案是所述的船用变频器的电力电子模块，其两个智能功率模块对称布置在支架的上层 和下层；支撑电容安装在支架中间层；功率母排为U型迭层母排，与智能功率模块的直流输 入端通过螺钉连接；高频吸收电容、支撑电容、功率母排通过螺钉连接；功率母排在支架正 面前端布置；缓冲电阻通过螺钉安装在散热器上，散热器固定在支架的中间层的后部；电 源滤波器固定在支架的左上部和右下部；智能功率模块的交流输出端通过软母线将输出端 并连。所述的船用变频器的电力电子模块，其冷却散热系统包括冷却进、出水管，安装在 支架的左下部和右上部；三个散热风机其中一个是用于出风的散热风机，安装在散热器上， 至少有两个散热风机是分别安装在支撑电容的左右两侧。所述的船用变频器的电力电子模块，其支架上还安装一个插座，该插座为航空插座，安装在支架的左上侧。所述的船用变频器的电力电子模块，其缓冲电阻的一端用2. 5mm2、耐压1500V的 高压线与缓冲电容的正极性端连接，缓冲电阻的另一端用高压线与缓冲电容的中间端子连 接；滤波器输入端用1. 5mm2的电缆与插座连接，输出端用1. 5mm2的电缆与智能功率模块的 电源+24V、0V连接。所述的船用变频器的电力电子模块，其散热风机用1. 5mm2的电缆与外部220V的 工频交流电源连接；智能功率模块通过光纤与外部电路连接，同时状态信号通过光纤连接 方式反馈给外部电路。一种大功率船用多相组合变频器，它至少由两个如权利要求1所述的船用变频器 的电力电子模块串联或并联组成。进一步技术方案是所述的大功率船用多相组合变频器，它由3个船用变频器的电力电子模块并联组 合成四象限变频器。本实用新型的技术效果为1、结构紧凑，体积小，易于安装、方便维修；2、直流母线电压尖峰小，发热量小；3、功率密度高；4、在变频器上运行，性能稳定，安全可靠。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明
图1是船用变频器的电力电子模块结构主视示意图；图2是图1电子模块的左视图；图3是图1电子模块的俯视图。图4是船用变频器的电力电子模块电气原理图。图中各附图标记名称为1_支撑电容；2-高频吸收电容；3-功率母排；4-缓冲电 容；5-智能功率模块(IPM) ；6-母线；7-插座；8-电连接器；9-散热风机；10-冷却进、出水 管；11-支架；12-电源滤波器；13-缓冲电阻；14-散热器。
具体实施方式
如图1、2、3、4所示，船用变频器的电力电子模块，它有两个对称安装在支架11上 的智能功率模块(IPM)5 ；—组安装在支架11中的支撑电容1 ；功率母排3与智能功率模块5 的直流输入端固定连接；高频吸收电容2、支撑电容1、功率母排3固定连接；缓冲电阻13固 定在支架11上的散热器14上；电源滤波器12安装在支架11上；智能功率模块5的交流输 出端通过软母线6将输出端并连，并连接至电连接器8 ；还有冷却散热系统及插座7 ；所述 冷却散热系统包括冷却进、出水管10，安装在支架11上；还至少有三个散热风机9。所述的 支架11在所设计的变频器中采用滑轨式安装方式，提高船用变频器的可维修性。支架11， 由3mm厚的钢板折弯后焊接成型，共三层。所述两个智能功率模块5对称布置在支架11的 上层和下层；支撑电容1安装在支架11中间层；功率母排3为U型迭层母排，与智能功率模块5的直流输入端通过螺钉连接；高频吸收电容2、支撑电容1、功率母排3通过螺钉连接； 功率母排3在支架11正面前端布置；缓冲电阻13通过螺钉安装在散热器14上，散热器14 固定在支架11的中间层的后部；电源滤波器12固定在支架11的左上部和右下部；智能功 率模块5的交流输出端通过软母线6将输出端并连。所述冷却散热系统包括冷却进、出水 管10，安装在支架11的左下部和右上部；有三个散热风机9 其中一个是用于出风的散热 风机9，安装在散热器14上，有两个散热风机9是分别安装在支撑电容1的左右两侧。所 述支架11上还安装一个插座7，该插座7为航空插座，安装在支架11的左上侧。所述缓冲 电阻13的一端用2. 5mm2、耐压1500V的高压线与缓冲电容4的正极性端连接，缓冲电阻13 的另一端用高压线与缓冲电容4的中间端子连接；滤波器12输入端用1. 5mm2的电缆与插 座7连接，输出端用1.5mm2的电缆与智能功率模块5的电源+24V、0V连接。所述散热风机 9用1. 5mm2的电缆与外部220V的工频交流电源连接；智能功率模块5通过光纤与外部电路 连接。—种大功率船用多相组合变频器，它至少由两个上述的船用变频器的电力电子模 块串联或并联组成；本实施例由3个船用变频器的电力电子模块并联组合成四象限变频
ο结合附图对电路和冷却系统及安装方式进一步说明如下所述的智能功率模块5 (IPM)自带水冷板式散热器，其直流端共4组接线端子两个 正、负极性接线端子为一组，交流输出端共4个接线端子。直流端的4组接线端子通过迭层 功率母排并联在一起，交流输出端的接线端子与软母线连接，后再用铜排并联在一起，接至 电连接器。IPM电源接线端子共3个，分别是0V、+15V、+24V，+15V、+24V两个接线端子只能 选其一，IPM的控制线用光纤方式。所述的缓冲电路包括自带二极管的缓冲电容以及缓冲 电阻，缓冲电阻的一端并联在二极管的正极性端，一端并联在二极管的负极性端。所述的一 组风机包含3个风机，主要是考虑到流过支撑电容的电流比较大，需要散热，因此增加左右 两个风机。两个缓冲电阻安装在散热器上，并借助风机进行散热，散热器固定在支架上。进一步说明本实用新型效果和技术参数如下本实用新型船用变频器的电力电子模块的功率密度为单个电力电子模块 的输出功率为400kW，其体积为600*800*500mm3，单个电力电子模块的功率密度为 400kff/0. 6*0. 8*0. 5m3 = 1. 7MW/m3。本实用新型船用变频器的电力电子模块的直流母线电压额定值为1000V，电压尖 峰在100V以内，所占百分比100/1000*100%= 10%。本实用新型船用变频器的电力电子模块通过多个组合，可以满足不同功率等级船 用变频器的要求。
权利要求船用变频器的电力电子模块，其特征在于，它包括两个对称安装在支架(11)上的智能功率模块(5)；一组安装在支架(11)中的支撑电容(1)；功率母排(3)与智能功率模块(5)的直流输入端固定连接；高频吸收电容(2)、支撑电容(1)、功率母排(3)固定连接；缓冲电阻(13)固定在支架(11)上的散热器(14)上；电源滤波器(12)安装在支架(11)上；智能功率模块(5)的交流输出端通过软母线(6)将输出端并连，并连接至电连接器(8)；还有冷却散热系统；所述冷却散热系统包括冷却进、出水管(10)，安装在支架(11)上；还至少有三个散热风机(9)。
2.根据权利要求1所述的船用变频器的电力电子模块，其特征在于，所述两个智能功 率模块(5)对称布置在支架(11)的上层和下层；支撑电容(1)安装在支架(11)中间层；功 率母排(3)为U型迭层母排，与智能功率模块(5)的直流输入端通过螺钉连接；高频吸收电 容(2)、支撑电容(1)、功率母排(3)通过螺钉连接；功率母排(3)在支架(11)正面前端布 置；缓冲电阻(13)通过螺钉安装在散热器(14)上，散热器(14)固定在支架(11)的中间层 的后部；电源滤波器(12)固定在支架(11)的左上部和右下部；智能功率模块(5)的交流输 出端通过软母线(6)将输出端并连。
3.根据权利要求1或2所述的船用变频器的电力电子模块，其特征在于，所述冷却散热 系统包括冷却进、出水管(10)，安装在支架(11)的左下部和右上部；散热风机(9)其中一 个是用于出风的散热风机(9)，安装在散热器(14)上，至少有两个散热风机(9)是分别安装 在支撑电容(1)的左右两侧。
4.根据权利要求1所述的船用变频器的电力电子模块，其特征在于，所述支架(11)上 还安装一个插座(7)，该插座(7)为航空插座。
5.根据权利要求1所述的船用变频器的电力电子模块，其特征在于，所述缓冲电阻 (13)的一端用2. 5mm2、耐压1500V的高压线与缓冲电容(4)的正极性端连接，缓冲电阻(13) 的另一端用高压线与缓冲电容⑷的中间端子连接；滤波器(12)输入端用1. 5mm2的电缆 与插座(7)连接，输出端用1. 5mm2的电缆与智能功率模块(5)的电源+24V、0V连接。
6.根据权利要求3所述的船用变频器的电力电子模块，其特征在于，所述散热风机(9) 用1. 5mm2的电缆与外部220V的工频交流电源连接；智能功率模块(5)通过光纤与外部电 路连接。
7.一种大功率船用多相组合变频器，其特征在于，它至少由两个如权利要求1所述的 船用变频器的电力电子模块串联或并联组成。
8.根据权利要求7所述的大功率船用多相组合变频器，其特征在于，它由3个船用变频 器的电力电子模块并联组合成四象限变频器。
专利摘要本实用新型涉及船用变频器的电力电子模块，它包括两个对称安装在支架上的智能功率模块(IPM)；一组安装在支架中的支撑电容；功率母排与智能功率模块的直流输入端固定连接；高频吸收电容、支撑电容、功率母排固定连接；缓冲电阻固定在支架上的散热器上；电源滤波器安装在支架上；冷却散热系统包括冷却进、出水管，安装在支架上；还至少有三个散热风机。该电力电子模块具有功率密度高、体积小、直流母线电压尖峰小、可靠性高和可维修性好等优点，主要用于大功率、高功率密度船舶推进变频器。
文档编号H02M1/00GK201750329SQ200920289290
公开日2011年2月16日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者刘璇, 宋飞, 李明勇, 梁哲兴, 汪洋 申请人:中国船舶重工集团公司第七一二研究所