专利名称：级联装置的功率单元及级联装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种级联装置的功率单元及级联装置。
背景技术：
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来，原来一直难于解决的高压问题，近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。随着电力电子技术以及控制技术的日益成熟，高压变频器以及高压SVG、SVC等高压设备在各个行业应用越来越广泛。目前单元传联型高压变频器拓扑结构都为全桥结构，也称H桥结构，前端为不控整流、直流电容滤波，后端为全桥逆变方式。然而，由于受制于成本和体积限制，上述高压变频器内部功率单元(又称功率模块)大多使用电解电容串联。由于单个电解电容目前技术上能达到的电压等级为450V，所以对于690v功率单元来说需要串联3组电容，如果要达到同样容量，电容的个数会超过串联两个同样电容的一倍。由于采用全桥逆变方式的功率单元中需使用4个IGBT，总体成本较闻。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述高压变频器总体成本较高的问题，提供一种级联装置的功率单元及级联装置。本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种级联装置的功率单元，包括输出端连接到正直流母线和负直流母线的三相不控整流桥、第一开关元件、第二开关元件、第一滤波电容、第二滤波电容，其中:所述第一开关元件和第二开关元件串联连接在所述正直流母线和负直流母线之间；所述第一滤波电容和第二滤波电容串联连接在所述正直流母线和负直流母线之间；所述功率单元的第一输出端连接到第一开关元件和第二开关元件的连接点、第二输出端连接到第一滤波电容和第二滤波电容的连接点。在本实用新型所述的级联装置的功率单元中，所述第一开关元件和第二开关元件分别为第一 IGBT和第二 IGBT，其中:所述第一 IGBT的集电极连接到正直流母线、发射极连接到第二 IGBT的集电极；所述第二 IGBT的发射极连接到负直流母线。在本实用新型所述的级联装置的功率单元中，所述第一开关元件和第二开关元件为 MOS 管、IEGT 或 GCT。在本实用新型所述的级联装置的功率单元中，所述功率单元还包括第一续流二极管和第二续流二极管，所述第一续流二极管的阴极连接到正直流母线、阳极连接到第二续流二极管的阴极，所述第二续流二极管的阳极连接到负直流母线，所述功率单元的第二输出端连接到第一续流二极管和第二续流二极管的连接点。[0010]本实用新型还提供一种级联装置，该级联装置包括功率单元且该功率单元包括输出端连接到正直流母线和负直流母线的三相不控整流桥、第一开关元件、第二开关元件、第一滤波电容、第二滤波电容，其中:所述第一开关元件和第二开关元件串联连接在所述正直流母线和负直流母线之间；所述第一滤波电容和第二滤波电容串联连接在所述正直流母线和负直流母线之间；所述功率单元的第一输出端连接到第一开关元件和第二开关元件的连接点、第二输出端连接到第一滤波电容和第二滤波电容的连接点。在本实用新型所述的级联装置中，所述第一开关元件和第二开关元件分别为第一IGBT和第二 IGBT，其中:所述第一 IGBT的集电极连接到正直流母线、发射极连接到第二IGBT的集电极；所述第二 IGBT的发射极连接到负直流母线。在本实用新型所述的级联装置中，所述第一开关元件和第二开关元件为MOS管、IEGT 或 GCT。在本实用新型所述的级联装置中，所述功率单元还包括第一续流二极管和第二续流二极管，所述第一续流二极管的阴极连接到正直流母线、阳极连接到第二续流二极管的阴极，所述第二续流二极管的阳极连接到负直流母线，所述功率单元的第二输出端连接到第一续流二极管和第二续流二极管的连接点。在本实用新型所述的级联装置中，所述级联装置为串联型高压变频器。在本实用新型所述的级联装置中，所述级联装置为级联型高压静止无功补偿器与静止无功发生器。本实用新型的级联装置的功率单元及级联装置具有以下有益效果:通过半桥逆变方式减少了开关元件及滤波电容的使用数量，从而节省整个功率单元的成本。
图1是本实用新型级联装置的功率单元实施例的示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。如图1所示，是本实用新型级联装置的功率单元实施例的示意图。本实施例中的功率单元包括输出端连接到正直流母线和负直流母线的三相不控整流桥、第一开关元件Q1、第二开关元件Q2、第一滤波电容Cl、第二滤波电容C2，其中第一开关元件Ql和第二开关元件Q2串联连接在正直流母线和负直流母线之间；第一滤波电容Cl和第二滤波电容C2串联连接在正直流母线和负直流母线之间。该功率单元的第一输出端Tl连接到第一开关元件Ql和第二开关元件Q2的连接点、第二输出端T2连接到第一滤波电容Cl和第二滤波电容C2的连接点。由于在逆变部分仅使用了两个开关元件和两个滤波电容，整个功率单元在保持性能的同时，可显著降低成本。上述三相不控整流桥由第一整流二极管Dl、第二整流二极管D2、第三整流二极管D3、第四整流二极管D4、第五整流二极管D5、第六整流二极管D6组成，其输入端可经由熔断器、电感等连接到三相交流电(例如市电)、输出端直接连接到正直流母线和负直流母线。为了在第一开关元件Ql和第二开关元件Q2都关断时保持续流通路，可在上述级联装置的功率单元中增加第一续流二极管D7和第二续流二极管D8，其中第一续流二极管D7的阴极连接到正直流母线、阳极连接到第二续流二极管D8的阴极，第二续流二极管D8的阳极连接到负直流母线，并且该功率单元的第二输出端T2连接到第一续流二极管D7和第二续流二极管D8的连接点。上述的第一开关元件Ql和第二开关元件Q2分别为第一 IGBT和第二 IGBT，其中第一 IGBT的集电极连接到正直流母线、发射极连接到第二 IGBT的集电极，第二 IGBT的发射极连接到负直流母线。在实际应用中，上述第一开关元件Ql和第二开关元件Q2也可采用MOS管、IEGT或GCT 等。上述功率单元可直接应用于级联装置，该级联装置包括功率单元且该功率单元包括输出端连接到正直流母线和负直流母线的三相不控整流桥、第一开关元件、第二开关元件、第一滤波电容、第二滤波电容，其中第一开关元件和第二开关元件串联连接在所述正直流母线和负直流母线之间；第一滤波电容和第二滤波电容串联连接在所述正直流母线和负直流母线之间；功率单元的第一输出端连接到第一开关元件和第二开关元件的连接点、第二输出端连接到第一滤波电容和第二滤波电容的连接点。在上述的级联装置中，第一开关元件和第二开关元件分别为第一 IGBT和第二IGBT，其中第一 IGBT的集电极连接到正直流母线、发射极连接到第二 IGBT的集电极；第二IGBT的发射极连接到负直流母线。当然，上述第一开关元件和第二开关元件也可使用MOS管、IEGT或GCT等代替。上述级联装置中的功率单元还可包括第一续流二极管和第二续流二极管，从而在第一开关元件和第二开关元件都关断时起到续流通路的作用。上述第一续流二极管的阴极连接到正直流母线、阳极连接到第二续流二极管的阴极，第二续流二极管的阳极连接到负直流母线，功率单元的第二输出端连接到第一续流二极管和第二续流二极管的连接点。上述级联装置为串联型高压变频器、级联型高压静止无功补偿器(SVC)或静止无功发生器(SVG)。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求1.一种级联装置的功率单元，包括输出端连接到正直流母线和负直流母线的三相不控整流桥，其特征在于:该功率单元还包括第一开关元件、第二开关元件、第一滤波电容、第二滤波电容，其中:所述第一开关元件和第二开关元件串联连接在所述正直流母线和负直流母线之间；所述第一滤波电容和第二滤波电容串联连接在所述正直流母线和负直流母线之间；所述功率单元的第一输出端连接到第一开关元件和第二开关元件的连接点、第二输出端连接到第一滤波电容和第二滤波电容的连接点。
2.根据权利要求1所述的级联装置的功率单元，其特征在于:所述第一开关元件和第二开关元件分别为第一 IGBT和第二 IGBT，其中:所述第一 IGBT的集电极连接到正直流母线、发射极连接到第二 IGBT的集电极；所述第二 IGBT的发射极连接到负直流母线。
3.根据权利要求1所述的级联装置的功率单元，其特征在于:所述第一开关元件和第二开关元件为MOS管、IEGT或GCT。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的级联装置的功率单元，其特征在于:所述功率单元还包括第一续流二极管和第二续流二极管，所述第一续流二极管的阴极连接到正直流母线、阳极连接到第二续流二极管的阴极，所述第二续流二极管的阳极连接到负直流母线，所述功率单元的第二输出端连接到第一续流二极管和第二续流二极管的连接点。
5.一种级联装置，该级联装置包括功率单元且该功率单元包括输出端连接到正直流母线和负直流母线的三相不控整流桥，其特征在于:所述功率单元还包括第一开关元件、第二开关元件、第一滤波电容、第二滤波电容，其中:所述第一开关元件和第二开关元件串联连接在所述正直流母线和负直流母线之间；所述第一滤波电容和第二滤波电容串联连接在所述正直流母线和负直流母线之间；所述功率单元的第一输出端连接到第一开关元件和第二开关元件的连接点、第二输出端连接到第一滤波电容和第二滤波电容的连接点。
6.根据权利要求5所述的级联装置，其特征在于:所述第一开关元件和第二开关元件分别为第一 IGBT和第二 IGBT，其中:所述第一 IGBT的集电极连接到正直流母线、发射极连接到第二 IGBT的集电极 ；所述第二 IGBT的发射极连接到负直流母线。
7.根据权利要求5所述的级联装置，其特征在于:所述第一开关元件和第二开关元件为 MOS 管、IEGT 或 GCT。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的级联装置，其特征在于:所述功率单元还包括第一续流二极管和第二续流二极管，所述第一续流二极管的阴极连接到正直流母线、阳极连接到第二续流二极管的阴极，所述第二续流二极管的阳极连接到负直流母线，所述功率单元的第二输出端连接到第一续流二极管和第二续流二极管的连接点。
9.根据权利要求8所述的级联装置，其特征在于:所述级联装置为串联型高压变频器。
10.根据权利要求8所述的级联装置，其特征在于:所述级联装置为级联型高压静止无功补偿器与静止无功发生器。
专利摘要本实用新型提供了一种级联装置的功率单元，包括输出端连接到正直流母线和负直流母线的三相不控整流桥、第一开关元件、第二开关元件、第一滤波电容、第二滤波电容，其中所述第一开关元件和第二开关元件串联连接在所述正直流母线和负直流母线之间；所述第一滤波电容和第二滤波电容串联连接在所述正直流母线和负直流母线之间；所述功率单元的第一输出端连接到第一开关元件和第二开关元件的连接点、第二输出端连接到第一滤波电容和第二滤波电容的连接点。本实用新型还提供一种包括上述功率单元的级联装置。本实用新型通过半桥逆变方式减少了开关元件及滤波电容的使用数量，从而节省整个功率单元的成本。
文档编号H02M7/162GK203166788SQ20132012602
公开日2013年8月28日 申请日期2013年3月19日 优先权日2013年3月19日
发明者刘东平 申请人:苏州汇川技术有限公司, 苏州默纳克控制技术有限公司, 深圳市汇川技术股份有限公司