本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种电力电子功率模块，适合于船用变频器或者其他场合的变频器。
背景技术：
船用推进变频器是船舶综合电力推进系统的关键设备之一。
电力电子功率模块是船舶推进变频器的核心部件，可以通过其不同组合实现推进变频器的功率扩容。
目前700-1200VDC电压等级低压船用推进变频器一般采用两电平逆变器，输出电压谐波含量较大，开关频率较低，容易导致电机振动噪声指标超标，难以满足某些对振动噪声要求较高的使用场合。
因此采用三电平逆变模块成为一种选择，而传统三电平逆变器由于每个桥臂采用四个IGBT，受半导体器件限制，抑制了外层器件关断过电压，就容易导致内层器件过压，反之亦然，很难同时减小桥臂内、外层半导体器件关断期间换流过电压，使得器件的电压裕量较小，导致设备运行的安全性、可靠性降低。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，提供一种船用变频器的三电平逆变功率模块，具备较高的推进安全性、可靠性和维修性，具备更低谐波含量，能满足更高开关频率的应用，适用于对振动噪声要求较高的场合。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种船用变频器的三电平逆变功率模块，包括模块框架以及固定在模块框架上的散热器、驱动电路板和一组采用串并联连接的电容阵，所述的散热器正面安装有IGBT组件，IGBT组件上连接有电源转接板和电流传感器，所述的电容阵和IGBT组件通过一块层叠母排连接在一起，所述的层叠母排上设置有绝缘柱，模块框架外通过绝缘子连接有输出铜排，所述的驱动电路板安装在IGBT组件上，驱动电路板上分别连接有光航插9和电航插10，驱动信号和故障信号通过一个光航插9与外部连接，模块内部电压电流等测量信号通过一个电航插10与外部连接；所述的IGBT组件由IGBT管T1～T12、二极管D1～D6和电容C1、电容C2组成；其中IGBT管T1～T4串联组成第一IGBT组，第一IGBT组上并联有由二极管D1和二极管D2串联而成的第一二极管组，第一二极管组一端连接在IGBT管T1和IGBT管T2之间，另一端连接在IGBT管T3和IGBT管T4之间；IGBT管T5～T8串联组成第二IGBT组，第二IGBT组上并联有由二极管D3和二极管D4串联而成的第二二极管组，第二二极管组一端连接在IGBT管T5和IGBT管T6之间，另一端连接在IGBT管T7和IGBT管T8之间；IGBT管T9～T12串联组成第三IGBT组，第三IGBT组上并联有由二极管D5和二极管D6串联而成的第三二极管组，第三二极管组一端连接在IGBT管T9和IGBT管T10之间，另一端连接在IGBT管T11和IGBT管T12之间；所述的三个IGBT组并联在直流母线上，所述二极管D1、D3、D5的正极连接，所述IGBT管T2和IGBT管T3之间引出作为A相交流输出，IGBT管T6和IGBT管T7之间引出作为B相交流输出，IGBT管T10和IGBT管T11之间引出作为C相交流输出，A、B、C三相交流输出端通过软连接连接至输出铜排；所述的电容C1与IGBT管T1、二极管D1的两端构成第一吸收回路，所述的电容C2与二极管D2、IGBT管T4的两端构成第二吸收回路。
所述的一种船用变频器的三电平逆变功率模块，其第一吸收回路和第二吸收回路设计可以采用纯电容吸收电路，也可以根据条件采用RC、RCD型等吸收电路。
所述的一种船用变频器的三电平逆变功率模块，其模块框架侧面的底部设置有滑轨，模块框架正面的底部安装有两个把手，模块框架左侧设置有吊耳。
所述的一种船用变频器的三电平逆变功率模块，其散热器采用长方形铜水冷板散热，其进水/出水接口采用DN16宝塔接头，一左一右对称布置。
进一步，所述水冷散热板的冷却水槽采用对称设计，以保证各桥臂IGBT底板温度一致性。
所述的一种船用变频器的三电平逆变功率模块，其模块框架右侧设置有电压传感器组件，模块框架底部设置有起绝缘隔离作用的绝缘板，减小对地漏电流，适用于模块间的串并联连接。
本发明的有益效果是：
1、通过优化直流母线电容阵、IGBT器件换流回路布置，采用四层三电平层叠母排，减小外层IGBT关断过电压；同时通过在内层器件换流路径上，增加吸收电路，减小内层IGBT关断过电压，从而增加了半导体器件运行的可靠性，提高设备运行的安全性和可靠性；
2，输出电压谐波含量低，且开关频率较高，负载电机上产生的高频噪声明显优于同电压等级两电平模块；
3，模块底部采用绝缘材料隔离，漏电流低，适合多个模块组合成大功率变频器；
4，采用纯铜水冷散热，冷却效果好，可靠性高；
5，底部采用滑轨固定，方便维修拆卸，维修性好。
附图说明
图1是本发明的正视图；
图2是本发明的俯视图；
图3是本发明的左侧视图；
图4是本发明的右侧视图；
图5是本发明电容阵的布置图；
图6是本发明IGBT的布置图；
图7是本发明的主电路及换流回路示意图。
各附图标记为：1—电容阵，2—IGBT组件，3—层叠母排，4—模块框架，5—绝缘板，6—软连接，7—驱动电路板，8—电源转接板，9—光航插，10—电航插，11—电流传感器，12—电压传感器组件，13—宝塔接头，14—吊耳，15—绝缘柱，16—散热器，17—绝缘子，18—把手。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1至图4所示，作为本发明的实施例，提供一种低电压谐波含量，低振动噪声的大功率电力电子功率模块，以满足船舶推进的可靠性、维修性，其包括模块框架4以及通过螺钉固定在模块框架4上的散热器16、驱动电路板7和一组采用串并联连接的电容阵1，其中散热器16采用长方形铜水冷板散热，其进水/出水接口采用DN16宝塔接头13，一左一右对称布置，水冷散热板的冷却水槽采用对称设计，保证各桥臂IGBT底板温度一致性；所述的散热器16正面安装有IGBT组件2，IGBT组件2上连接有电源转接板8和电流传感器11，所述的电容阵1和IGBT组件2通过一块四层L型低寄生电感的层叠母排3连接在一起，构成逆变功率模块的主体结构，IGBT组件2与电容阵之间的层叠母排3结构减小IGBT器件开关期间的换流回路面积，从而省却了吸收电路；所述的层叠母排3上设置有绝缘柱15，模块框架4外通过绝缘子17连接有输出铜排，对逆变功率模块的三相交流进行输出，也满足对称设计，模块框架4右侧设置有电压传感器组件12，模块框架4底部设置有绝缘板5，减小对地漏电流，适用于模块间的串并联连接；所述的电容阵1和IGBT组件2通过一块层叠母排3连接在一起，所述的层叠母排3上设置有绝缘柱15，模块框架4外通过绝缘子17连接有输出铜排，所述的驱动电路板7通过螺钉安装在IGBT组件2上，驱动电路板7上分别连接有光航插9和电航插10，驱动信号和故障信号通过一个光航插9与外部连接，模块内部电压电流等测量信号通过一个电航插10与外部连接。
如图5、图6所示，所述的IGBT组件2包括IGBT管T1～T12、二极管D1～D6和电容C1、电容C2；其中IGBT管T1～T4串联组成第一IGBT组，第一IGBT组上并联有由二极管D1和二极管D2串联而成的第一二极管组，第一二极管组一端连接在IGBT管T1和IGBT管T2之间，另一端连接在IGBT管T3和IGBT管T4之间；IGBT管T5～T8串联组成第二IGBT组，第二IGBT组上并联有由二极管D3和二极管D4串联而成的第二二极管组，第二二极管组一端连接在IGBT管T5和IGBT管T6之间，另一端连接在IGBT管T7和IGBT管T8之间；IGBT管T9～T12串联组成第三IGBT组，第三IGBT组上并联有由二极管D5和二极管D6串联而成的第三二极管组，第三二极管组一端连接在IGBT管T9和IGBT管T10之间，另一端连接在IGBT管T11和IGBT管T12之间；所述的三个IGBT组并联在直流母线上，所述二极管D1、D3、D5的正极连接，本发明的直流输入为左右对称式设计，镜像对称安装时也能够保证输入直流正、负极方向一致，所述IGBT管T2和IGBT管T3之间引出作为A相交流输出，IGBT管T6和IGBT管T7之间引出作为B相交流输出，IGBT管T10和IGBT管T11之间引出作为C相交流输出，A、B、C三相交流输出端通过软连接6连接至输出铜排，也满足对称设计；所述的电容C1与IGBT管T1、二极管D1的两端构成第一吸收回路，所述的电容C2与二极管D2、IGBT管T4的两端构成第二吸收回路；所述的第一吸收回路和第二吸收回路设计可以采用纯电容吸收电路，也可以根据条件采用RC、RCD型等吸收电路。
本发明通过在IGBT组件上的IGBT管T4、二极管D2（IGBT管T1、二极管D1）两端增加吸收电路，可以吸收直流母线电容阵与二极管D1、IGBT管T2、IGBT管T3、IGBT管T4（二极管D1、IGBT管T1、IGBT管T2、IGBT管T3）大换流回路电感产生的过电压，而大换流回路器件端子由于设计在一个平面，再结合无感叠层母排设计，尽可能的减小了换流回路的寄生电感，减小了内层IGBT管的关断过电压，提高了半导体功率器件的电压裕度，增加了设备运行的可靠性。该模块可通过修改固定方式，满足竖直安装要求，也满足横向安装要求。
如图7所示为其中两种典型换流回路的示意图，吸收电容在电路上和电容阵相同。在设计上使小换流回路电流流经的器件端子在一个换流平面内，保证每个小换流回路电流流经的器件端子路径最短，器件端子间连接采用四层叠层母排，保证IGBT管T1、IGBT管T4关断期间换流回路面积最小，从而减小了IGBT管T1、IGBT管T4器件关断期间换流回路的寄生电感，由ΔV=Ldi/dt可知，可减小外层IGBT器件关断器件的过电压。
采用同样原理，更换直流电容结构形式，采用不同类型半导体器件，同时优化其正负极与外层IGBT管换流端子的换流回路，可有效降低外层器件的关断过电压IGBT组件与电容阵之间的层叠母排结构减小IGBT器件开关期间的换流回路面积，从而省却了吸收电路。
采用以上方式，同时减小内、外层IGBT器件的关断过电压，提高了半导体功率器件的电压裕度，增加了设备运行的安全性和可靠性。以这种方法还可以通过更改电容正、负极排列方式、根据IGBT器件端子进行不同组合，使回路寄生电感参数最优化，达到减小器件关断过电压的效果，从而提高设备运行的可靠性层叠母排结构减小了IGBT器件开关期间的换流回路面积，优化了吸收电路。
进一步，所述的模块框架4侧面的底部配置有滑轨，可安装于柜体的滑轨上，模块框架4正面的底部安装有两个把手18，模块框架4左侧设置有吊耳14；需要维修时，拆除正面挡块，通过底部把手18和滑轨可以容易地将故障模块滑出，模块底部安装有绝缘板起绝缘隔离作用，减小对地漏电流，适用于模块间的串并联连接。
本逆变模块是船用变频器的重要组成部分，主电路是三相三电平逆变桥，可实现电能的直流-交流变换。
本发明与现有的逆变模块相比，通过叠层母排和优化器件换流回路减小桥臂外层器件寄生电感，降低外层器件关断过电压；结合吸收电路降低桥臂内层器件过电压，从而提高了功率模块半导体器件运行的可靠性；本模块可实现较高开关频率，谐波含量低，冷却效果好，可维修性好，适用于对可靠性、维修性要求较高，振动噪声要求较高的电力电子装置。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。