多模塊并聯(lián)輸出均流變流器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及變流器電路技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種多模塊并聯(lián)輸出均流變流器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著市場(chǎng)對(duì)大功率電力電子裝置的需求不斷增加，單支路器件的功率輸出，逐漸 無(wú)法滿足工業(yè)對(duì)大功率的需求。通常，采用多個(gè)電力電子器件（如IGBT)并聯(lián)的方式，來構(gòu) 成更高電流密度的功率模塊，來提高電力電子裝置的功率等級(jí)。但在多器件并聯(lián)中，輸出均 流問題一直是個(gè)技術(shù)難題，阻礙了變流器向更高功率等級(jí)發(fā)展的步伐。
[0003] 以下為幾種現(xiàn)有的均流方法：
[0004] 1)將整個(gè)變流輸出的均流裝置全部封裝在同一塊銅板上，通過對(duì)稱設(shè)計(jì)、相同尺 寸和相同阻抗，實(shí)現(xiàn)多條支路的均流；但由于全部均流裝置都集中在一塊銅板上，設(shè)備體積 不容易提升，只能提高功率密度，卻不能滿足工業(yè)對(duì)大功率變流器的需求；
[0005] 2)通過在輸出端，串入相互交叉的限流環(huán)來抑制電流不平衡，從而達(dá)到輸出端靜 態(tài)均流的目的；通過加入電流環(huán)來抑制不平衡電流，但是電流環(huán)的加入無(wú)疑增加了設(shè)備成 本，也增加了故障可能性。
[0006] 為滿足工業(yè)領(lǐng)域大功率的需求，若單純的改進(jìn)電力電子元器件的性能，完全跟不 上工業(yè)領(lǐng)域?qū)β实男枨?。同時(shí)，單純從提高功率輸出的角度來講，可通過提高逆變模塊的 輸出電壓、電流，來滿足大功率的要求。但是，變流器負(fù)載的額定電壓大多已經(jīng)成為行業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)，而且負(fù)載設(shè)備也不可能無(wú)限制的提高電壓值，否則將極大的危害人身安全，因此提高逆 變模塊輸出電流，成為最有前景的研宄方向。
[0007] 近年來，隨著來各大廠家、科研院所對(duì)多模塊并聯(lián)研宄的深入，并聯(lián)模塊輸出均流 問題顯得日益棘手。不平衡電流的存在，將對(duì)IGBT器件產(chǎn)生很大的過電流沖擊，加快IGBT 器件的損壞速率，也因此降低了變流器的性能，增加了設(shè)備的維護(hù)成本。均流問題得不到良 好的解決，變流器多模塊并聯(lián)的批量生產(chǎn)幾乎不可能實(shí)現(xiàn)，所謂的理論研宄也會(huì)變得毫無(wú) 實(shí)際價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 有鑒于此，本發(fā)明從生產(chǎn)廠家的角度出發(fā)，反復(fù)對(duì)變流器進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)與方案優(yōu) 化，結(jié)合公司合理資源，對(duì)變流器模型進(jìn)行仿真研宄與樣機(jī)開發(fā)，其目的在于提出一種技術(shù) 難度小、投入成本低、均流效果好的多模塊并聯(lián)輸出均流變流器，不但完美的解決了并聯(lián)輸 出的均流問題，也降低了變流器的生產(chǎn)成本與工藝難度，使大功率變流器的量產(chǎn)成為可能。
[0009] 基于上述目的，本發(fā)明提出的多模塊并聯(lián)輸出均流變流器，包括依次設(shè)置的整流 模塊、第一逆變模塊、第二逆變模塊；
[0010] 所述第一逆變模塊包括并聯(lián)的四條支路，分別為第一支路、第二支路、第三支路、 第四支路，每條支路由串聯(lián)的兩個(gè)IGBT組成；所述第二逆變模塊也包括并聯(lián)的四條支路， 分別為第五支路、第六支路、第七支路、第八支路，每條支路也由串聯(lián)的兩個(gè)IGBT組成；
[0011] 所述變流器的輸入為三相交流電，經(jīng)整流模塊后變成直流電，作為第一逆變模塊 和第二逆變模塊的輸入；第一逆變模塊的四條支路和第二逆變模塊的四條支路均并聯(lián)在直 流側(cè)的正母排和負(fù)母排之間；
[0012] 其中，第一支路的兩個(gè)串聯(lián)IGBT間的中點(diǎn)和第二支路的兩個(gè)串聯(lián)IGBT間的中點(diǎn) 并聯(lián)后輸出，作為牽引電機(jī)的U相輸入；第三支路的兩個(gè)串聯(lián)IGBT間的中點(diǎn)和第四支路的 兩個(gè)串聯(lián)IGBT間的中點(diǎn)并聯(lián)后輸出，作為牽引電機(jī)的V相輸入；第五支路的兩個(gè)串聯(lián)IGBT 間的中點(diǎn)和第六支路的兩個(gè)串聯(lián)IGBT間的中點(diǎn)并聯(lián)后輸出，作為牽引電機(jī)的W相輸入；第 七支路的兩個(gè)串聯(lián)IGBT間的中點(diǎn)和第八支路的兩個(gè)串聯(lián)IGBT間的中點(diǎn)并聯(lián)后輸出，接到 制動(dòng)電阻的一端，制動(dòng)電阻另一端與直流負(fù)母排連接，共同構(gòu)成斬波回路；
[0013] 第一逆變模塊和第二逆變模塊的輸出信號(hào)，用于給牽引電機(jī)供電，驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī) 運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)牽引電機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，制動(dòng)電阻開始工作，消耗變流器直流側(cè)的正母排和負(fù)母排上 的電壓，保證人身安全。
[0014] 在一些實(shí)施方式中，連接牽引電機(jī)U相的第一支路和第二支路集成在第一逆變模 塊中，連接牽引電機(jī)V相的第三支路和第四支路也集成在第一逆變模塊中；連接牽引電機(jī)W 相的第五支路和第六支路集成在第二逆變模塊中；制動(dòng)電阻斬波回路的第七支路和第八支 路集成在第二逆變模塊中；第一支路、第二支路、第三支路、第四支路、第五支路、第六支路、 第七支路、第八支路中的每個(gè)IGBT均分別經(jīng)脈沖分配板連接主控板，主控板接收變流器實(shí) 際工況的邏輯信號(hào)，然后計(jì)算出脈沖波，通過光纖將該信號(hào)傳給脈沖分配板，對(duì)該脈沖波進(jìn) 行分配，通過光纖分別傳給第一支路、第二支路、第三支路、第四支路、第五支路、第六支路、 第七支路、第八支路中的每個(gè)IGBT，從而單獨(dú)控制各IGBT的開通與關(guān)斷。
[0015] 在一些實(shí)施方式中，第一支路、第二支路、第三支路、第四支路、第五支路、第六支 路、第七支路、第八支路中分別串聯(lián)有第一電流傳感器、第二電流傳感器、第三電流傳感器、 第四電流傳感器、第五電流傳感器、第六電流傳感器、第七電流傳感器、第八電流傳感器，用 于分別檢測(cè)每條輸出支路的電流，確保并聯(lián)支路輸出電流在允許范圍內(nèi)一致，該八個(gè)電流 傳感器分別連接主控板，當(dāng)并聯(lián)支路輸出電流超出允許范圍，主控板將報(bào)出不平衡電流故 障。
[0016] 在一些實(shí)施方式中，所述第一支路中以兩個(gè)串聯(lián)的IGBT之間的中點(diǎn)為起點(diǎn)并且 以與第二支路匯合的交點(diǎn)為終點(diǎn)的第一電纜，與所述第二支路中以兩個(gè)串聯(lián)的IGBT之間 的中點(diǎn)為起點(diǎn)并且以與第一支路匯合的交點(diǎn)為終點(diǎn)的第二電纜的長(zhǎng)度相等；
[0017] 和 / 或，
[0018] 所述第三支路中以兩個(gè)串聯(lián)的IGBT之間的中點(diǎn)為起點(diǎn)并且以與第四支路匯合的 交點(diǎn)為終點(diǎn)的第三電纜，與所述第四支路中以兩個(gè)串聯(lián)的IGBT之間的中點(diǎn)為起點(diǎn)并且以 與第三支路匯合的交點(diǎn)為終點(diǎn)的第四電纜的長(zhǎng)度相等；
[0019] 和 / 或，
[0020] 所述第五支路中以兩個(gè)串聯(lián)的IGBT之間的中點(diǎn)為起點(diǎn)并且以與第六支路匯合的 交點(diǎn)為終點(diǎn)的第五電纜，與所述第六支路中以兩個(gè)串聯(lián)的IGBT之間的中點(diǎn)為起點(diǎn)并且以 與第五支路匯合的交點(diǎn)為終點(diǎn)的第六電纜的長(zhǎng)度相等；
[0021] 和 / 或，
[0022] 所述第七支路中以兩個(gè)串聯(lián)的IGBT之間的中點(diǎn)為起點(diǎn)并且以與第八支路匯合的 交點(diǎn)為終點(diǎn)的第七電纜，與所述第八支路中以兩個(gè)串聯(lián)的IGBT之間的中點(diǎn)為起點(diǎn)并且以 與第七支路匯合的交點(diǎn)為終點(diǎn)的第八電纜的長(zhǎng)度相等。
[0023] 在一些實(shí)施方式中，所述第一電纜、第二電纜、第三電纜、第四電纜、第五電纜、第 六電纜、第七電纜、第八電纜的截面積均不小于95mm2,且每根電纜長(zhǎng)度不小于1. 5m。
[0024] 從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的多模塊并聯(lián)輸出均流變流器，通過對(duì)變流器 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、逆變模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，逆變模塊輸出電纜的甄選與測(cè)試，最終 提出一種均流效果良好，滿足市場(chǎng)需求，且能批量生產(chǎn)的變流器輸出均流的解決方案。該多 模塊并聯(lián)輸出均流變流器，將變流器并聯(lián)模塊的輸出支路，整合在同一個(gè)逆變模塊內(nèi)，保證 了并聯(lián)輸出支路的IGBT器件，由同一塊主控板、同一塊脈沖分配板控制開通和關(guān)斷，從而 確保了IGBT器件開通關(guān)斷的同時(shí)性；在變流器技術(shù)方案設(shè)計(jì)時(shí)，為了抑制并聯(lián)輸出的不平 衡電流，將變流器的并聯(lián)輸出支路，用等長(zhǎng)的電纜引出，接到負(fù)載上，這樣，就確保了并聯(lián)輸 出的兩條支路電纜電感量一致，抑制不平衡電流能力相當(dāng)；為保證輸出電纜的電感量能夠 有效的抑制不平衡電流，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)輸出電纜進(jìn)行了計(jì)算和甄選，要求并聯(lián)輸出的電纜截面 積不小于95mm2,且每根電纜長(zhǎng)度不小于1. 5m。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明提供的多模塊并聯(lián)輸出均流變流器實(shí)施例的原理示意圖；
[0026] 圖2為本發(fā)明提供的多模塊并聯(lián)輸出均流變流器實(shí)