专利名称：变换器箱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电气高功率驱动领域。尤其是，本实用新型涉及一种用于高压电力变换器的变换器箱以及高压变换器。
背景技术：
高功率电气驱动通常包括电动机和变换器，变换器用于将例如来自电网的输入AC 电压转换成用于供应给电动机的输出AC电压。通常，电力变换器包括用于输出AC电压的每一相的相变换器单元，该相变换器单元适用于产生用于相应相的可变输出AC电压。例如，这样的相变换器单元包括适用于将AC电压转换成DC电压的整流模块，与整流模块互连的DC链路，以及用于将来自DC链路模块的DC电压转换成输出AC电压的相的相模块或逆变器模块。通常，输出AC电压具有三个相，因此通常电力变换器至少具有三个整流模块，三个相模块以及三个DC链路模块。电力变换器的所有这些组件可能都必须设置在电动机的地点处，并可能必须在保持在此位置上的情况下进行冷却。
实用新型内容本实用新型的一个目的是提供一种安全并且易于维护的变换器箱。本实用新型的另一个目的是提供一种包括这种容易组装的变换器箱的电力变换器。该目的通过独立权利要求的主题来实现。通过从属权利要求以及下面的描述将明白另外的示范性实施例。本实用新型的一个方面涉及一种用于(例如高压)电力变换器的变换器箱，该电力变换器适用于将输入AC电压转换成输出AC电压。根据本实用新型的一个实施例，变换器箱包括用于将AC电压转换成DC电压的整流模块，用于将DC电压转换成输出AC电压的相的相模块，以及将整流模块和相模块互连的 DC链路模块。应该理解，模块可以是变换器箱的部分或构成块，该部分或构成块适用于执行相应模块的任务。例如，整流模块可以包括用于将输入到整流模块中的AC电压整流的多个二极管。DC链路模块可以包括至少一个适用于储存电能的电容器。此外，相模块可以包括多个半导体开关，例如IGCT，其适用于以使得产生输出AC电压的相应可变相电压的方式来导通和关断DC链路中的恒定电压。根据本实用新型的一个实施例，变换器箱包括容纳整流模块、相模块以及DC链路模块的壳体。换句话说，变换器箱可包括框架和壁，电气组件(即整流模块、相模块和DC链路模块)机械地连接到该框架，并且该壁环绕着变换器箱的机械地互连的组件。这样，变换器箱的所有组件可组装在变换器箱的壳体内，并可和壳体一起被运输至电力变换器的安装地点。根据本实用新型的一个实施例，变换器箱适用于提供所述输出AC电压的一个相， 并且变换器箱适用于与另外的同样设计的用于提供输出AC电压的其它相的变换器箱互连。变换器箱可集成一多级(multilevel)变换器的一完整相，其中包括一个壳体中的整流模块、DC链路模块和相模块。因此，变换器箱可安全并且可容易维护。由于上面以及下面描述的变换器箱适用于互相连接，高压电力变换器可由同样设计的变换器箱组装，只不过这必须电气互连。根据本实用新型的一个实施例，两个变换器箱和尤其是由包括整流模块、相模块以及DC链路模块的变换器箱容置(house)的电气相变换器单元，可以串联或并联。这样， 对于输出AC电压的每个相，为了倍增输出电流或倍增输出电压，可以分别并联或串联地使用多于一个(例如至少两个)变换器箱。根据本实用新型的一个实施例，变换器箱包括恰好一个整流模块、恰好一个DC链路模块和/或恰好一个相模块。这样，由变换器箱组装的电力变换器可由相对简单和同样设计的组件组成，这可以减少组装电力变换器所需的工作，并且这可降低电力变换器组件的花费。根据本实用新型的一个实施例，变换器箱包括用于将变换器箱和水冷却模块连接的入水口。可在电力变换器的另外的壳体中容纳水冷却模块，并且水冷却模块可提供冷却水给变换器箱。例如，对于高压，IGCT三级频率变换器，变换器箱可包括一个紧凑的输入整流模块、一个具有包括DC电容器的电容器组的DC链路模块、一个紧凑的IGCT功率相模块、 以及入水口管。这样的变换器箱是易于且便于与其它变换器箱组装，并且可和用于形成水冷却高压电力变换器的水冷却模块组合在一起。例如，变换器箱可以包括流过变换器箱的水管，流过的方式使得管的端部可以直接和第二变换器箱的另一水管的端部互连，该第二变换器箱位于该变换器箱的隔壁。根据本实用新型的一个实施例，直接用来自入水口的水冷却整流模块，和/或直接用来自入水口的水冷却DC链路模块。如下会是可能的用水冷却变换器箱的模块、尤其是电气模块以及将该水通过入水口供应至相应模块。根据本实用新型的一个实施例，变换器箱包括至少一个在壳体中容纳的风扇，所述风扇用于循环壳体内部的空气，并用于冷却壳体内部的电气组件。对于水冷却而言可替换地或附加地，不直接用水冷却变换器箱，而是用壳体内部循环的空气来冷却。在这种情况下，如下是可能的通过壳体中的热交换器来冷却壳体内部的空气，例如，在入水口上与水冷却模块连接的热交换器，和/或用于冷却变换器箱组件的空气在被加热之后离开壳体。 在后一种情况下，变换器箱可包括开口，通过该开口空气可进入壳体的内部并且可离开壳体的内部。根据本实用新型的一个实施例，变换器箱包括具有锁机构的门，所述锁机构适用于在DC链路模块的电容器具有高于预定阈值电压的电压时锁门。只有在如下情况下，即当 DC链路模块的电容器放电的方式使得触摸变换器箱的组件不会产生危险时，门才可以打开。这样，变换器箱是安全的，并且容易维护。本实用新型的另一个方面涉及一种高压变换器，所述高压变换器在三相系统的情况下包括至少三个如上及如下所述的变换器箱。高压变换器可进一步包括容置用于控制变换器箱的电气组件的控制模块的控制箱。例如，控制箱可以包括可与高压变换器的其它箱组装在一起的壳体，例如变换器箱和附加的冷却箱。根据本实用新型的一个实施例，所述高压变换器的至少两个变换器箱被同样地设计。如已经说过的，在这种情况下，高压变换器可以高度灵活地组装，并且高压变换器的组件也可以以较低的成本来生产和维护。根据本实用新型的一个实施例，高压变换器进一步包括容纳用于冷却水的水冷却模块的冷却箱。水冷却模块可与变换器箱中容纳的热交换器互连。该互连可以通过上面提及的变换器箱的水管和入水口形成。根据本实用新型的一个实施例，变换器的箱布置成一行，使得箱通过侧壁机械地互连，并且使得箱的门位于变换器的同一侧并可在一个方向上打开。这样，所述高压变换器的所有箱可以排列成一行，并且如下是容易实现的多于一个变换器箱用于AC输出电压的每一相。例如，对于三相电压变换器，两个变换器箱可用于每一相，并且可以串行或并行地互连。所得到的高压变换器包括六个变换器箱、一个冷却箱和一个控制箱。参考下面描述的实施例，本实用新型的这些以及其它方面将会被阐述以及变得清林疋。
参考附图中示出的示范性实施例，下文中将更加详细地说明本实用新型的主题。图1示出根据本实用新型的一个实施例的变换器箱内部的等距视图。图2示出图1中的变换器箱的壳体的等距视图。图3示出图1中的变换器箱的前视图。图4示出图1中的变换器箱内部的另一个等距视图。图5示出根据本实用新型的一个实施例的变换器箱的前视图。图6示出图5中的变换器箱的剖视图。图7示出根据本实用新型的一个实施例的变换器箱的前视图。图8示出图7中的变换器箱的剖视图。图9示出根据本实用新型的一个实施例的电压变换器内部的等距视图。图10示出图9中的电压变换器的壳体。附图中使用的参考标记以及它们的含义，以总结的形式列在参考标记的列表中。 原则上，在附图中为相同的部件提供相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出变换器箱10的等距视图，其中变换器箱的门被移除了，因此可以看见变换器箱10的内部。变换器箱10包括具有底部和顶壁、两个侧壁和后壁的壳体12，以及变换器箱10的壁12和其它组件机械地附接到其的框架14。在变换器箱10内部，整流模块16、DC链路模块18和相模块20附接至框架14。在壳体12的底部，变换器箱10包括提供用于将冷却水供应至变换器箱10的电气组件的入水口 22的水管22。整流模块16是水冷却二极管模块，水冷却二极管模块包括一个构成块中的整流二极管，连同一组保护晶闸管一起。使用箱10内部的螺丝或其它附接部件将整流模块16 固定到框架14。整流模块16具有用于水冷却的输入端24，以及还有水可通过其离开整流模块16的输出端。整流模块16通过电缆和铜母线直接地连接至DC链路模块18的DC电容器。DC链路模块18包括位于变换器箱10的基部上的电容器组。电容器组由空气冷却电容器形成，但是也可以由水冷却电容器形成。电容器组的电容器是自修复DC链路电容器。DC链路模块18并且尤其是电容器可以使用螺丝或其它附接部件通过框架14固定至变换器箱10的基部。DC链路模块18的电容器通过铜母线连接并联。相模块20或逆变器模块20包括一组绝缘栅极控制晶闸管(IGCT)，所述一组绝缘栅极控制晶闸管(IGCT)适合用于开通和关断来自DC链路模块18的电压并且由通过电力变换器的控制单元驱动的栅极信号控制，可将变换器箱10电气连接至其。由于IGCT的开关，电压施加于变换器箱10的输出端，例如电动机等负载连接至该输出端。图2示出变换器箱10的壳体12的等距视图。变换器箱10的壳体12包括门26，门沈包括自动锁机构，该自动锁机构仅在DC链路模块18的电容器的电容器电压低于预定阈值的情况下才允许打开门26。这样，可保证维护变换器箱的操作人员的安全。在变换器箱10的顶部，存在包括用于循环变换器箱10内部空气的风扇的盒30。变换器箱10的门沈进一步包括开口观或者狭缝观，通过它们，来自变换器箱10 外部的空气可以进入变换器箱10以用于冷却变换器箱10内部的组件。图3和4示出变换器箱10另外的视图。图4中可以看见另外的上部水管23。变换器箱10包括可直接地和相邻的变换器箱的水管连接的下部水管22和上部水管23。图5示出用于变换器箱10的壳体12的一个实施例。壳体12，尤其是在该壳体12 前侧的门沈，包括壳体12的下部中的开口 28，通过该开口观空气可以进入变换器箱10和壳体12的内部。示出图5中的变换器箱的剖视图的图6中示出流过变换器箱10内部的空气。通过开口 28进入到变换器箱10内部的空气32，经过了电子组件(例如DC链路模块18和相模块20)，并进入了变换器箱10顶部上的盒30。正如已经讲过的，盒30内部存在维持通过变换器箱10的空气流的风扇34。为此，风扇34将空气32从变换器箱10内部吹至盒30的外部。图7示出用于变换器箱10的壳体12的另一个实施例，其与图5和6的实施例的不同之处在于门沈没有开口观。尤其是，图7的变换器箱10的壳体12从变换器箱10的外部基本上是密封的，使得几乎没有(merely no)来自变换器箱10内部的空气可与变换器箱10的外部交换。在作为图7中的变换器箱10的剖视图的图8中，示出通过变换器箱10的空气流。 在变换器箱10顶部的盒30中的风扇34将空气32吹入变换器箱10的上部。在变换器箱 10的前侧，空气32 —直往下吹，直到它到达在底部容置DC链路模块18的变换器箱10的部分。之后，空气32从变换器箱10的底部吹至变换器箱10的顶部，同时经过变换器箱10的电气组件，例如DC链路模块18和相模块20。之后，空气32再次进入风扇34。使热交换器 36位于盒30中，其适于冷却离开风扇34的空气32。热交换器36连接至入水口 22，并且因此连接至包括变换器箱10的电力变换器的冷却模块。[0052]概括来说，变换器箱10包括用于水冷却的入水口 22，并且变换器箱10在变换器箱10的顶部包括一个或更多的风扇34，以在第一实施例中通过空气冷却并将热量传输到环境空气中和/或在第二实施例中通过与冷却模块相连接的热交换器36来从变换器箱10 的内部取走热量。图9示出电力变换器38，其由三个变换器箱10组装而成。该三个变换器箱10排列成一行并且机械地连接至控制箱40和冷却箱42。控制箱40容置用于控制变换器箱10 的控制模块，例如用于开关相模块20的IGCT。冷却箱42适合用于向变换器箱10提供冷却水。冷却箱42连接至变换器箱10的水管22。变换器箱10的管22在变换器箱10的纵向方向上对齐，因此当变换器箱10排列成一行时，它们可以直接地互连。换句话说，当组装电力变换器38时，变换器箱10在其壳体的每一侧上都具有对齐的入水口。图10示出图9中的电力变换器38的等距视图。从图10可以看出，控制箱40和冷却箱42还具有单独的壳体44、46。图9和10示出包括三个变换器箱10的电力变换器38，变换器箱10具有三个相变换器单元(即一个整流模块，一个DC链路模块，一个相模块)。然而，如下是可能的对于其输出电压的相中的一个相，电力变换器38包括一个以上的变换器箱10。例如，两个变换器箱10可以串联或并联以便产生输出电流的一个相。这样的电力变换器可包括6个变换器箱10，一个控制单元和一个冷却单元。尽管在附图和上文描述中已经详细地说明并阐述了本实用新型，但是这些说明和阐述要被认为是说明性的或示范性的并且不是限制性的；本实用新型不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容以及随附权利要求，本领域技术人员将能理解和实施对于所公开实施例的各种变型并实施所要求权利的本实用新型。在权利要求中，词语“包括”并不排除其它的元件或步骤，不定冠词“一”并不排除复数。单个的处理器或控制器或其它单元可履行权利要求中提及的多个项的功能。在相互不同的从属权利要求中引用某些度量的纯粹事实并不指示不能有利地使用这些度量的组合。权利要求中任何参考符号都不应视作对范
围的限制。[0058]参考符号列表[0059]10变换器箱[0060]12壳体[0061]14框架[0062]16整流模块[0063]18DC链路模块[0064]20相模块[0065]22，23入水口，水管[0066]24水输入端[0067]26门[0068]28开口[0069]30具有风扇的 [0070]32空气[0071]34风扇[0072]36热交换器[0073]38电力变换器[0074]40控制箱[0075]42冷却箱
权利要求1.一种用于高压电力变换器(38)的变换器箱(10)，该高压电力变换器(38)用于将输入AC电压转换为输出AC电压，所述变换器箱(10)包括用于将AC电压转换为DC电压的整流模块(16)；用于将所述DC电压转换为所述输出AC电压的相的相模块00)；将所述整流模块和所述相模块互连的DC链路模块(18)；容纳所述整流模块、所述相模块和所述DC链路模块的壳体(12)；其中，所述变换器箱(10)适合用于提供所述输出AC电压的一个相，并且所述变换器箱 (10)适合用于与另外的同样设计的用于提供所述输出AC电压的其它相的变换器箱互连。
2.如权利要求1所述的变换器箱(10)，其中，所述变换器箱恰好包括一个相模块00)。
3.如权利要求1所述的变换器箱(10)，进一步包括用于连接所述变换器箱与水冷却模块(42)的入水口 (22) 0
4.如权利要求3所述的变换器箱(10)，其中直接使用来自所述入水口 0 的水冷却所述整流模块(16)，和/或其中直接使用来自所述入水口 0 的水冷却所述DC链路模块(18)。
5.如权利要求1所述的变换器箱(10)，其中所述变换器箱包括至少一个在所述壳体 (12)中容纳的风扇(34)，所述风扇(34)用于循环所述壳体内部的空气并且用于冷却所述壳体内部的电气组件，其中通过所述壳体中的热交换器(36)冷却所述空气或在加热后使所述空气离开所述壳体。
6.如权利要求1所述的变换器箱(10)，进一步包括具有锁机构的门( )，所述锁机构适用于在所述DC链路模块的电容器具有高于阈值电压的电压时锁所述门。
7.一种高压变换器(38)，包括至少两个如权利要求1所述的变换器箱(10)；容置用于控制所述变换器箱(10)的电气组件的控制模块的控制箱00)。
8.如权利要求7所述的高压变换器(38)，其中至少两个变换器箱(10)是同样设计的。
9.如权利要求9所述的高压变换器(38)，进一步包括冷却箱(42)，其容纳用于冷却水的水冷却模块；其中所述水冷却模块与所述变换器箱(10)中容纳的热交换器(36)互连。
10.如权利要求7-9中任一项所述的高压变换器(38)，其中所述变换器的箱(12，44， 46)布置成一行，使得所述箱通过侧壁机械地互连，并且使得所述箱的门06)位于所述变换器的同一侧并且可在一个方向上打开。
专利摘要本实用新型的名称为变换器箱，提供一种用于高压电力变换器的变换器箱10，包括在壳体12中容纳的整流模块16、相模块20和DC链路模块18。变换器箱10适用于提供输出AC电压的一个相，并且变换器箱10适用于和另外的同样设计的用于提供输出AC电压的其它相的变换器箱互连。
文档编号H05K5/00GK202197221SQ201120258560
公开日2012年4月18日 申请日期2011年6月27日 优先权日2011年6月27日
发明者K·达马齐奥-科尔霍, M·施姆基 申请人:Abb技术有限公司