专利名称：一种基于iegt的大容量变流器水冷却模块化h桥结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力电子行业中的变流器H桥结构，特别是一种基于IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor电子注入增强栅晶体管)大容量变流器水冷却模块化H桥结构(以下简称H桥结构)。
背景技术：
能源的开发利用是人类进步的标志。其中，以电力能源形式的终端消耗占很大比重。由于发电、输电、配电和用电等为电力行业的重大环节，在每个环节能量传递的过程中，对电能的质量均有要求。为改善电能质量常采用诸多有效措施，其中以无功补偿装置为用量最多。而当前由于新型大功率器件的出现，如IEGT，使得STATC0M大功率无功补偿装置得到了发展。在STATC0M大功率无功补偿设备中基于IEGT的大容量变流器的采用是目前电网应用较为广泛的配套设备，H桥是其中核心装备部件，根据电气设计要求，把其中的电气结构单元件拼装起来，安装在固定的结构体中，再通过结构之间的连接，确保STATC0M设备的电气原件能够正常可靠运转。H桥的结构在不断的改进，以保证电气设计的要求，同时能满足设备向大功率集成化，集约型发展。在现有技术中，H桥框架结构多局限于小容量装机设备，并不适合高压(35kV)大容量(200Mvar)、模块化生产要求。现有技术的H桥结构多为IGBT功率器件，且不是模块化单元结构。如《一种基于级联型变流器的多功能快速开关装置》(申请号为201110341235. 3)，仅给出H桥电路原理图。而《基于IGBT模块并联的大功率变流器》(申请号为201010624224.1 )，没有给出H桥结构。目前没有见到采用IEGT的大容量变流器水冷却模块化H桥结构。只有本课题组已申请的《一种基于IEGT的功率相模块》(专利号为ZL201010121677. 2)实用新型专利结构(见图5和图6)和《一种基于全控型变流器件IEGT的大容量H桥功率单元》(专利号为ZL201020128033.1)实用新型专利电路原理图(见图4)均已授权。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种基于IEGT的大容量变流器水冷却模块化H桥结构，这种H桥结构可应用于多种高压大容量变流器中，能装满足现代电力电子高压大容量装机需要，且结构轻简，可批量模块化生产，装配、调试和维护方便。解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案实现一种基于IEGT的大容量变流器水冷却模块化H桥结构，其特征是结构左右对称，组成包括箱型框架(I);左相模块单元(2)，处在框架内左侧前部并设有A插件板(3-1)；[0012]左电容模块(5),处在框架内左侧后部,设有B插件板(6-1)；旁路模块(4)，处在框架内前部的中间并设有接入铜排(4-1)和接出铜排(4-2)；电压撬杠电路(7)，处在框架内后部的中间位于旁路模块(4)后；隔离电源(14)，固定在框架后面的隔离电源固定板(15)上；左放电电阻(17)，固定在框架后面的左侧；左水冷电阻散热器(16)，固定在左放电电阻(17)上；左模块驱动单元(9)，连接在所述的左相模块单元前端；出水管和进水管(24和23)，分别横向布置在框架后面的上下；左相模块进水分管(12)，从进水管左端接出，经框架左侧外引至前面，通过水管快速接头进入左相模块；左相模块出水分管(13)，从左相模块前面通过水管快速接头接出，经框架左侧外引至出水管左端；左控制单元、左电源单元和左充电单元，在框架左侧从前往后依次固定。在上述基础上，本实用新型还可以做如下进一步的改进所述的箱型框架(I)底面的中间设有两纵向支承板、后面设有两横向支承板，顶面前部设有一横向加强板。所述的左电容模块(5)由两只高压大容量电容器(5-1)用夹板固定并联而成。所述的水冷系统的水管快速接头是一种仅用手即可接通或断开，断开后水不会溢出。所述的A插件板和B插件板相互电连接。所述的旁路模块⑷通过伸出铜排与相模块电连接固定。图1为STATC0M逻辑原理图，图2为STATC0M H桥水冷系统示意图，图3为H桥逻辑原理图，图4为H桥电路原理图，图5和图6分别是本实用新型的现有技术的相模块立体结构图和平面结构图。根据高压大容量变流器原理拓扑电路的设计要求(见图1)，变流器每相应选用若干个IEGT的大容量变流器水冷却模块化H桥单元，按照变流器原理拓扑电路的设计要求将H桥接入设计的系统中，其变流器H桥单元的整体水冷却系统原理见图2，I为总进水口，O为总出水口。H桥(见图3)主要由两个相模块、两个电容模块、电压撬杠电路、旁路模块、水冷却系统及框架等部件组成，参见图4，第一电容模块(C3)、第二电容模块(C4)分别并联在第一相模块、第二相模块与正负母排的连接端口上，电压撬杠电路连接在正负母排端口，其包括反向并联的两个晶闸管后并串联一电阻(R4)，旁路模块连接在第一相模块、第二相模块的输出端口上，其包括两个反并联的晶闸管(SCRl)后并连一接触器(SCR2 )。H桥中的相模块(见图4中的原理电路和图5中的IEGT相模块立体结构和IEGT相模块结构的平面图，即A10)，由IEGT高压大功率管、二极管、电感、电容、电阻、水冷却系统及框架组成(此相模块已授权实用新型专利，专利号为ZL201010121677. 2)；现有技术的相模块包括两个IEGT器件，每个IEGT器件均并联有续流二极管，两个IEGT器件串联在一起，中间连接端引出为输出端；相模块设有缓冲吸收电路，其包括电感、电阻、二极管及电容，二极管正极端与电感相连、负极端与电阻一端相连，电阻另一端与电感相连；二极管的负极端还连接电容一端，电容另一端与负母排相连接，与电感相连的二极管正极端还与正母排相连。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是I)本H桥是基于高压大电流全控型器件IEGT的功率单元，具有超強的通用性、灵活性和可靠性，可用作多种功能的高压大电流变流器，如，35kV± 200MvarSTATC0M高压大功率无功补偿；又如，IOkV 25MW超大容量高压变频器；2)本H桥是一种高压大容量水冷却模块化结构的功率单元，组装快，方便大批量生产；3)本H桥釆用相控模块并联方式水冷却系统，使功率器件冷却均衡，保证了功率系统运行的可靠性；4)本H桥结构进行了多种优化，确保电气单元连接的准确性、合理性，结构十分紧凑，标准化和集成度高，体积小，功耗低，便于系统集装箱紧凑结构的实现；5)本H桥结构中，采用了水管快速接头，可以在压力水的情况下进行断开或接通，因为快速接头断开时，快速接头自行封闭，接通时，自行打开，无漏水现象。这项功能可安全、方便的更換任意一个H桥单元。
图1. STATC0M逻辑原理图；图2. STATC0M H桥水冷系统示意图；图3. H桥逻辑原理图；图4. H桥电路原理图；图5. AlO是IEGT相控模块立体结构图；图6. AlO是IEGT相控模块平面结构图；图7. H桥结构图的前视图；图8. H桥结构图的后视图；图9为框架立体示意图。图6(A10)中All-水管快速接头A12-蝶簧A13-绝缘片A14-金属管A15-水冷圆盘接头A16-水冷缓冲电感A17-1EGT器件A18-水冷散热器A19-上分水器20-二极管器件A21-下分水器A22-水冷散热器A23-二极管器件A24-压装式电阻A25-绝缘片A26-蝶簧。其余图中1_框架，2-左相模块单元，3-右相模块单元，3-1-插件板A，4-旁路模块，4-1-接入铜排，4-2-接出铜排，5-左电容模块，5-1-电容，6-右电容模块，6-1插件板B, 7-电压撬杠，8-模块固定板，9-模块驱动单元，10-右相模块进水分管，11-右相模块出水分管，12-左相模块进水分管，13-左相模块出水分管，14-隔离电源，15-隔离电源固定板，16-水冷电阻散热器，17-放电电阻，18-水冷散热器连接管，19-水冷散热器进出水管，20-充电单元，21-电源单元，22-控制单元，23-进水管，24-出水管。
具体实施方式
如图7和图8、图9所示，为本实用新型的基于IEGT的大容量变流器水冷却模块化H桥结构，结构左右对称，以下对称部分只描述左半部，组成包括箱型框架1，箱型框架I底面的中间设有两纵向支承板、后面设有两横向支承板，顶面前部设有一横向加强板，参见图9 ；左相模块单元2，处在框架内左侧前部并设有A插件板3-1 (图上只画出右边的此构件，可结构是左右对称的，虽看不到左边实际上也有此构件);左电容模块5，由两只高压大容量电容器5-1用夹板固定并联而成，处在框架内左侧后部，设有B插件板6-1 (图上只画出右边的此构件，可结构是左右对称的，虽看不到左边实际上也有此构件);A插件板和B插件板相互电连接。旁路模块(4)，处在框架内前部的中间并设有接入铜排(4-1)和接出铜排(4-2)；旁路模块(4)通过伸出铜排与相模块电连接固定；电压撬杠电路(7)，处在框架内后部的中间位于旁路模块(4)后；隔离电源(14)，固定在框架后面的隔离电源固定板(15)上；左放电电阻17，固定在框架后面的左侧；左水冷电阻散热器(16)，固定在左放电电阻17上；左模块驱动单元9，连接在所述的左相模块单元前端；出水管和进水管24和23，分别横向布置在框架后面的上下；左相模块进水分管12，从进水管左端接出，经框架左侧外引至前面，通过水管快速接头进入左相模块；左相模块出水分管13，从左相模块前面通过水管快速接头接出，经框架左侧外引至出水管左端；水管快速接头是一种仅用手即可接通或断开，断开后水不会溢出。左控制单元、左电源单元和左充电单元，在框架左侧从前往后依次固定。本实用新型的H桥结构设计，采用框架结构，使之能完全满足电气单元结构的批量模块化生产的需要，采用静态结构分析校核结构。设计遵循结构简单、拆卸方便、安全高效、连接紧凑稳固、布局合理，走线方便等原则。
权利要求1.一种基于IEGT的大容量变流器水冷却模块化H桥结构，其特征是结构左右对称，组成包括 箱型框架(I); 左相模块单元(2)，处在框架内左侧前部并设有A插件板(3-1)； 左电容模块(5),处在框架内左侧后部,设有B插件板(6-1)； 旁路模块(4)，处在框架内前部的中间并设有接入铜排(4-1)和接出铜排(4-2)； 电压撬杠电路(7)，处在框架内后部的中间位于旁路模块(4)后； 隔离电源(14)，固定在框架后面的隔离电源固定板(15)上； 左放电电阻(17)，固定在框架后面的左侧； 左水冷电阻散热器(16)，固定在左放电电阻(17)上； 左模块驱动单元(9)，连接在所述的左相模块单元前端； 出水管和进水管(24和23)，分别横向布置在框架后面的上下； 左相模块进水分管(12)，从进水管左端接出，经框架左侧外引至前面，通过水管快速接头进入左相模块； 左相模块出水分管(13)，从左相模块前面通过水管快速接头接出，经框架左侧外引至出水管左端； 左控制单元、左电源单元和左充电单元，在框架左侧从前往后依次固定。
2.根据权利要求1所述的基于IEGT的大容量变流器水冷却模块化H桥结构，其特征是所述的箱型框架(I)底面的中间设有两纵向支承板、后面设有两横向支承板，顶面前部设有一横向加强板，所述的左电容模块(5)由两只高压大容量电容器(5-1)用夹板固定并联而成。
3.根据权利要求2所述的基于IEGT的大容量变流器水冷却模块化H桥结构，其特征是所述的水冷系统的水管快速接头是一种仅用手即可接通或断开，断开后水不会溢出，所述的A插件板和B插件板相互电连接，所述的旁路模块(4)通过伸出铜排与相模块电连接固定。
专利摘要一种基于IEGT的大容量变流器水冷却模块化H桥结构，其左右对称，包括箱型框架；左相模块单元、左电容模块处在框架内左侧前、后部；旁路模块、电压撬杠电路处在框架内前、后部的中间；隔离电源固定在框架后面；左放电电阻，固定在框架后面的左侧；左水冷电阻散热器固定在左放电电阻上；左模块驱动单元连接在左相模块单元前端；出水管和进水管分别横向布置在框架后面的上下；左相模块进水分管和左相模块出水分管；左控制单元、左电源单元和左充电单元，在框架左侧从前往后依次固定。本H桥结构可应用于多种高压大容量变流器中，能装满足现代电力电子高压大容量装机需要，且结构轻简，可批量模块化生产，装配、调试和维护方便。
文档编号H02M7/00GK202840972SQ20122037973
公开日2013年3月27日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日
发明者欧阳旭东, 陈剑光, 廖毅强, 张飞, 郭小龙, 雷烈波, 李春华, 谢化安, 罗瑞彬, 黄伟雄, 刘锦宁, 许树楷, 胡玉岚, 魏伟, 王春岩, 白羽 申请人:广东电网公司东莞供电局, 广东电网公司电力科学研究院, 荣信电力电子股份有限公司