一种变流器的功率单元及变流器的制作方法

本实用新型涉及风电技术领域，尤其涉及一种变流器的功率单元及变流器。

背景技术：

目前市场上的变流器的功率单元要么采用单相模块，要么采用三相模块，采用单相模块时，单个模块维护简单方便，电流能力大，通过单相模块组合而成的功率单元需要更大的维护空间，更多的铜排连接，空间利用率不高；采用三相模块组成的功率单元，结构紧凑，便于多模块并联，灵活性强，但单个模块的尺寸和重量较大，单个模块的电流相对较小，需要多个并联才能满足使用需求，且不利于装配维护。

无论单相模块还是三相模块又包括单独的网侧模块、单独的机侧模块和母线电容，单独网侧模块和单独的机侧模块都要与共用母排连接，则需要两个连接区域，而且共用母排连接长度较长，导致自身的寄生电感较大，共用母排容易谐振，母线电容纹波电流偏大、芯温高，不利于高功率密度、大型整机的开发。具体如图1和图2所示，为单相模块的变流器中的机侧模块10和网侧模块20，以一台四象限的风电变流器为例，需要6个功率模块连同相应的结构件才构成整机的功率单元。每个功率模块都需要与共用母排2相连，无论是一字排开模式（图1）还是背靠背放置的模式（图2），都需要较多的共用母排2；同时，每个功率模块都需要与共用母排2连接，一共需要六个连接区域30，寄生参数较大、阻抗也大。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种结构紧凑、功率密度高的变流器功率单元及变流器。

本实用新型是这样实现的：一种变流器的功率单元，包括至少两个集成的单相功率模组，所述单相功率模组包括网侧模块、机侧模块以及母线电容，所述网侧模块和机侧模块设置在所述母线电容的两侧，单相功率模组之间通过共用母排连接。

其中，所述单相功率模组数量为三个，分别对应三相电路中的每一相。

其中，所述三个单相功率模组形成一组小型功率单元，多组小型功率单元形成大功率的功率单元。

其中，所述网侧模块与机侧模块通过直流母排连接，所述直流母排设置在网侧模块和机侧模块的一侧，通过位于单相功率模组侧面的连接区域与共用母排连接。

其中，所述直流母排与共用母排不共面设置，网侧模块和机侧模块水平放置且分布于共用母排的两侧。

其中，所述单相功率模组还包括主结构件、左侧盖和右侧盖，左侧盖和右侧盖均固定在主结构件上，组成单相功率模组的外壳，母线电容固定在主结构件上，直流母排固定在母线电容上。

其中，所述网侧模块或机侧模块包括可控的半导体器件，所述可控的半导体器件为IGBT，所述IGBT分为两部分，所述单相功率模组包括两块水冷板，水冷板分别固定在主结构件的上下两侧，所述IGBT的两部分水平放置并分别固定在两块水冷板上，所述直流母排与IGBT的直流端相连，IGBT的交流端子与单相功率模组的交流铜排连接。

其中，所述单相功率模组还包括吸收电容，所述吸收电容设置在网侧模块和机侧模块的直流端子上。

其中，每个单相功率模组与共用母排只有一个连接区域。

本实用新型提供的另一种技术方案为：一种变流器，包括上面所述变流器的功率单元。

本实用新型的有益效果为：所述变流器的功率单元把网侧模块和机侧模块集成在一个单相功率模组中，多个集成的单相功率模组通过共用母排连接，因此，当组成相同容量的功率单元时，本申请所述的功率单元所使用的共用母排的长度相应的减少一半，功率单元结构更紧凑，共用母排的材料成本更低，功率密度更高，寄生电感小，有利于减小共用母排本身的阻抗和母线纹波电流，降低母线电容的温度，减少母线电容的用量和降低损耗，有利于系统的稳定，能大幅提升功率单元的性价比。单相功率模组之间相对独立，可单独维护，具有单相模块重量轻、易维护、电流大的优点，单相功率模组内部连接紧凑，通过更换功率模块可兼容多个电流等级的功率单元，灵活性强，不逊于三相模块。

附图说明

图1是现有技术变流器中单相模块的机侧模块、网侧模块一字排开的模式与共用母排的连接图；

图2是现有技术变流器中单相模块的机侧模块、网侧模块背靠背模式与共用母排的连接图；

图3是本实用新型所述变流器的功率单元实施例的外观示意图；

图4是本实用新型所述变流器的功率单元实施例的内部结构示意图；

图5是本实用新型所述一个单相功率模组的结构示意图。

其中，10、机侧模块；20、网侧模块；30、连接区域；1、单相功率模组；11、母线电容；12、直流母排；13、主结构件；14、左侧盖；15、右侧盖；16、IGBT；17、水冷板；18、交流铜排；19、吸收电容；2、共用母排。

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。

本实用新型所述变流器包括功率单元，作为本实用新型所述功率单元的实施例，如图3至图5所示，包括至少两个集成的单相功率模组1，所述单相功率模组1包括网侧模块、机侧模块以及母线电容11，所述网侧模块和机侧模块设置在所述母线电容11的两侧，单相功率模组1之间通过共用母排2连接，且每个单相功率模组1与共用母排2只有一个连接区域。

所述变流器的功率单元把网侧模块和机侧模块集成在一个单相功率模组1中，多个集成的单相功率模组1通过共用母排2连接，因此，当组成相同容量的功率单元时，本申请所述的功率单元所使用的共用母排的长度相应的减少一半，功率单元结构更紧凑，共用母排2的材料成本更低，功率密度更高，寄生电感小，有利于减小共用母排2本身的阻抗和母线纹波电流，降低母线电容11的温度，减少母线电容11的用量和降低损耗，有利于系统的稳定，能大幅提升功率单元的性价比。单相功率模组1之间相对独立，可单独维护，具有单相模块重量轻、易维护、电流大的优点，单相功率模组1内部连接紧凑，通过更换功率模块可兼容多个电流等级的功率单元，灵活性强，不逊于三相模块。

在本实施例中，所述单相功率模组1数量为三个，分别对应三相电路中的每一相。每个单相功率模组1集成单相的机侧模块和网侧模块，网侧模块和机侧模块的定义可根据使用需求决定，一边为机侧模块，则另一边为网侧模块。由于单相功率模组1集成了网侧模块和机侧模块，组成一个三相功率单元时只需要3个单相功率模组1，相对现有技术中的6个功率模块，数量减少了一半，共用母排2的长度也可相应的减少一半。每个单相功率模组与共用母排只有一个连接区域，连接区域数量也减少一半。

在其他方式中，集成的单相功率模组也可以分为二个，这二个单相功率模组组成一相或者不同相，都是可行的。

在本实施例中，所述网侧模块与机侧模块通过直流母排12连接，所述直流母排12设置在网侧模块和机侧模块的一侧，通过位于单相功率模组1侧面的连接区域与共用母排2连接。

在本实施例中，所述单相功率模组1还包括主结构件13、左侧盖14和右侧盖15，左侧盖14和右侧盖15均固定在主结构件13上，组成单相功率模组1的外壳，母线电容11固定在主结构件13上，直流母排12固定在母线电容11上。

在本实施例中，所述直流母排12与共用母排2不共面设置，网侧模块和机侧模块水平放置且分布于共用母排2的两侧。

在本实施例中，所述网侧模块或机侧模块包括可控的半导体器件，所述可控的半导体器件为IGBT16，所述IGBT16分为两部分，所述单相功率模组1包括两块水冷板17，水冷板17分别固定在主结构件13的上下两侧，所述IGBT16的两部分水平放置并分别固定在两块水冷板17上，所述直流母排12与IGBT16的直流端相连，IGBT16的交流端子与单相功率模组1的交流铜排18连接。交流铜排18可以分别定义为网侧、机侧，也可以定义为机侧、网侧。由于母线电容11本身存在一定的宽度，IGBT16水平放置，相对竖直放置的IGBT的模式，即降低了功率单元的高度尺寸，又不增加功率单元的宽度尺寸，有利于整个功率单元功率密度的提升，有效的利用高度空间。

在本实施例中，所述单相功率模组1还包括吸收电容19，所述吸收电容19设置在网侧模块和机侧模块的直流端子上。

在本实用新型中，所述三个单相功率模组形成一组小型功率单元，多组小型功率单元形成大功率的功率单元，以提供更大功率的变流器种类。

在本实用新型中，所述可控的半导体器件还可以为MOS管或者晶闸管，可以根据功率单元的使用工况的不同，更换不同类型的半导体器件。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。