專利名稱：一種船用變頻器的電力電子模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種船用變頻器的電力電子模塊，具體是一種高功率密度的船用大功
率變頻器的電力電子模塊，屬于電力電子元器件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)及系統(tǒng)集成技術(shù)的飛速發(fā)展，船舶綜合電力推進(jìn)備受關(guān)注。綜 合電力推進(jìn)有著傳統(tǒng)推進(jìn)方式所不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，在豪華游輪、破冰船甚至軍用船舶中的 應(yīng)用越來越多。變頻器是船舶綜合電力推進(jìn)的核心設(shè)備之一，在國外ABB、 Alstom、西門子 等大型廠商已研制出船用變頻器的電力電子模塊。現(xiàn)有的在船舶以外的其它應(yīng)用領(lǐng)域的大 功率變頻器，其整流單元和逆變單元的直流連接及逆變單元間的直流連接大多采用常規(guī)銅 排連接方式，占用結(jié)構(gòu)空間范圍大，功率密度比較小。船用變頻器，尤其是特殊的、容間小的 船舶用變頻器，在保證可靠性和可維性的前提下，盡可能的減小變頻器的體積和重量，提高 變頻器的功率密度。常規(guī)的大功率變頻器在船舶應(yīng)用領(lǐng)域受到很大限制。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服常規(guī)研制的大功率變頻器在體積和功率密度等方面的不足，本發(fā)明提供 一種在保證可靠性和可維修性的前提下，具有體積小、重量輕、功率密度高的船用變頻器的 電力電子模塊。 本發(fā)明的技術(shù)方案是 —種船用變頻器的電力電子模塊，它包括兩個(gè)對稱安裝在支架上的智能功率模塊 (IPM); —組安裝在支架中的支撐電容；功率母排與智能功率模塊的直流輸入端固定連接； 高頻吸收電容、支撐電容、功率母排固定連接；緩沖電阻固定在支架上的散熱器上；電源濾 波器安裝在支架上；智能功率模塊的交流輸出端通過軟母線將輸出端并連，并連接至電連 接器；還有冷卻散熱系統(tǒng)。 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步的技術(shù)方案是 所述的一種船用變頻器的電力電子模塊，其兩個(gè)智能功率模塊對稱布置在支架的 上層和下層；支撐電容安裝在支架中間層；功率母排為U型迭層母排，與智能功率模塊的直 流輸入端通過螺釘連接；高頻吸收電容、支撐電容、功率母排通過螺釘連接；功率母排在支 架正面前端布置；緩沖電阻通過螺釘安裝在散熱器上，散熱器固定在支架的中間層的后部； 電源濾波器固定在支架的左上部和右下部；智能功率模塊的交流輸出端通過軟母線將輸出 端并連。 所述的一種船用變頻器的電力電子模塊，其冷卻散熱系統(tǒng)包括冷卻進(jìn)、出水管，安
裝在支架的左下部和右上部；還至少有三個(gè)散熱風(fēng)機(jī)其中一個(gè)是用于出風(fēng)的散熱風(fēng)機(jī)，
安裝在散熱器上，至少有兩個(gè)散熱風(fēng)機(jī)是分別安裝在支撐電容的左右兩側(cè)。 所述的一種船用變頻器的電力電子模塊，其支架上還安裝一個(gè)插座，該插座為航
空插座，安裝在支架的左上側(cè)。
所述的一種船用變頻器的電力電子模塊，其緩沖電阻的一端用2. 5咖2、耐壓1500V 的高壓線與緩沖電容的正極性端連接，緩沖電阻的另一端用高壓線與緩沖電容的中間端子 連接；濾波器輸入端用1. 5mm2的電纜與插座連接，輸出端用1. 5mm2的電纜與智能功率模塊 的電源+24V、0V連接。 所述的一種船用變頻器的電力電子模塊，其散熱風(fēng)機(jī)用1. 5mm2的電纜與外部220V 的工頻交流電源連接；智能功率模塊通過光纖與外部電路連接，同時(shí)狀態(tài)信號(hào)通過光纖連 接方式反饋給外部電路。 —種大功率船用多相組合變頻器，它至少由兩個(gè)如權(quán)利要求1所述的船用變頻器 的電力電子模塊串聯(lián)或并聯(lián)組成。
進(jìn)一步技術(shù)方案是 所述的大功率船用多相組合變頻器，它由3個(gè)船用變頻器的電力電子模塊并聯(lián)組
合成四象限變頻器。 本發(fā)明的技術(shù)效果為 1、結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，易于安裝、方便維修；
2、直流母線電壓尖峰小，發(fā)熱量?。?
3、功率密度高； 4、在變頻器上運(yùn)行，性能穩(wěn)定，安全可靠。 以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
圖1是船用變頻器的電力電子模塊結(jié)構(gòu)主視示意圖； 圖2是圖1電子模塊的左視圖； 圖3是圖1電子模塊的俯視圖。 圖4是船用變頻器的電力電子模塊電氣原理圖。 圖中各附圖標(biāo)記名稱為l-支撐電容；2-高頻吸收電容；3_功率母排；4_緩沖電 容；5-智能功率模塊(IPM) ;6-母線；7-插座；8_電連接器；9-散熱風(fēng)機(jī)；10-冷卻進(jìn)、出水 管；ll-支架；12-電源濾波器；13-緩沖電阻；14_散熱器。
具體實(shí)施例方式
如圖1、2、3、4所示，一種船用變頻器的電力電子模塊，它有兩個(gè)對稱安裝在支架 11上的智能功率模塊(IPM)5 ;—組安裝在支架11中的支撐電容1 ;功率母排3與智能功率 模塊5的直流輸入端固定連接；高頻吸收電容2、支撐電容1、功率母排3固定連接；緩沖電 阻13固定在支架11上的散熱器14上；電源濾波器12安裝在支架11上；智能功率模塊5 的交流輸出端通過軟母線6將輸出端并連，并連接至電連接器8 ;還有冷卻散熱系統(tǒng)及插座
7。所述的支架11在所設(shè)計(jì)的變頻器中采用滑軌式安裝方式，提高船用變頻器的可維修性。 支架11，由3mm厚的鋼板折彎后焊接成型，共三層。所述兩個(gè)智能功率模塊5對稱布置在支 架11的上層和下層；支撐電容1安裝在支架11中間層；功率母排3為U型迭層母排，與智 能功率模塊5的直流輸入端通過螺釘連接；高頻吸收電容2、支撐電容1、功率母排3通過螺 釘連接；功率母排3在支架11正面前端布置；緩沖電阻13通過螺釘安裝在散熱器14上，
4散熱器14固定在支架11的中間層的后部；電源濾波器12固定在支架11的左上部和右下 部；智能功率模塊5的交流輸出端通過軟母線6將輸出端并連。所述冷卻散熱系統(tǒng)包括冷 卻進(jìn)、出水管IO，安裝在支架11的左下部和右上部；有三個(gè)散熱風(fēng)機(jī)9 :其中一個(gè)是用于出 風(fēng)的散熱風(fēng)機(jī)9，安裝在散熱器14上，有兩個(gè)散熱風(fēng)機(jī)9是分別安裝在支撐電容1的左右兩 側(cè)。所述支架11上還安裝一個(gè)插座7，該插座7為航空插座，安裝在支架11的左上側(cè)。所 述緩沖電阻13的一端用2. 5咖2、耐壓1500V的高壓線與緩沖電容4的正極性端連接，緩沖 電阻13的另一端用高壓線與緩沖電容4的中間端子連接；濾波器12輸入端用1. 5mm2的電 纜與插座7連接，輸出端用1.5mm2的電纜與智能功率模塊5的電源+24V、0V連接。所述散 熱風(fēng)機(jī)9用1. 5mm2的電纜與外部220V的工頻交流電源連接；智能功率模塊5通過光纖與 外部電路連接。 —種大功率船用多相組合變頻器，它至少由兩個(gè)上述的船用變頻器的電力電子模 塊串聯(lián)或并聯(lián)組成；本實(shí)施例由3個(gè)船用變頻器的電力電子模塊并聯(lián)組合成四象限變頻 器。 結(jié)合附圖對電路和冷卻系統(tǒng)及安裝方式進(jìn)一步說明如下 所述的智能功率模塊5 (IPM)自帶水冷板式散熱器，其直流端共4組接線端子兩個(gè) 正、負(fù)極性接線端子為一組，交流輸出端共4個(gè)接線端子。直流端的4組接線端子通過迭層 功率母排并聯(lián)在一起，交流輸出端的接線端子與軟母線連接，后再用銅排并聯(lián)在一起，接至 電連接器。IPM電源接線端子共3個(gè)，分別是0V、+15V、+24V， +15V、+24V兩個(gè)接線端子只能 選其一，IPM的控制線用光纖方式。所述的緩沖電路包括自帶二極管的緩沖電容以及緩沖 電阻，緩沖電阻的一端并聯(lián)在二極管的正極性端，一端并聯(lián)在二極管的負(fù)極性端。所述的一 組風(fēng)機(jī)包含3個(gè)風(fēng)機(jī)，主要是考慮到流過支撐電容的電流比較大，需要散熱，因此增加左右 兩個(gè)風(fēng)機(jī)。兩個(gè)緩沖電阻安裝在散熱器上，并借助風(fēng)機(jī)進(jìn)行散熱，散熱器固定在支架上。
進(jìn)一步說明本發(fā)明效果和技術(shù)參數(shù)如下 本發(fā)明船用變頻器的電力電子模塊的功率密度為單個(gè)電力電子模塊的 輸出功率為400kW，其體積為600*800*500mm3，單個(gè)電力電子模塊的功率密度為 400kW/0. 6*0. 8*0. 5m3 = 1. 7麗/m3。 本發(fā)明船用變頻器的電力電子模塊的直流母線電壓額定值為1000V，電壓尖峰在 100V以內(nèi)，所占百分比100/1000*100%= 10%。 本發(fā)明船用變頻器的電力電子模塊通過多個(gè)組合，可以滿足不同功率等級(jí)船用變 頻器的要求。
權(quán)利要求
一種船用變頻器的電力電子模塊，其特征在于，它包括兩個(gè)對稱安裝在支架(11)上的智能功率模塊(IPM)(5)；一組安裝在支架(11)中的支撐電容(1)；功率母排(3)與智能功率模塊(5)的直流輸入端固定連接；高頻吸收電容(2)、支撐電容(1)、功率母排(3)固定連接；緩沖電阻(13)固定在支架(11)上的散熱器(14)上；電源濾波器(12)安裝在支架(11)上；智能功率模塊(5)的交流輸出端通過軟母線(6)將輸出端并連，并連接至電連接器(8)；還有冷卻散熱系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用變頻器的電力電子模塊，其特征在于，所述兩個(gè)智能功 率模塊(5)對稱布置在支架(11)的上層和下層；支撐電容(1)安裝在支架(11)中間層；功 率母排(3)為U型迭層母排，與智能功率模塊(5)的直流輸入端通過螺釘連接；高頻吸收電 容(2)、支撐電容(1)、功率母排(3)通過螺釘連接；功率母排(3)在支架(11)正面前端布 置；緩沖電阻(13)通過螺釘安裝在散熱器(14)上，散熱器(14)固定在支架(11)的中間層 的后部；電源濾波器(12)固定在支架(11)的左上部和右下部；智能功率模塊(5)的交流輸 出端通過軟母線(6)將輸出端并連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的船用變頻器的電力電子模塊，其特征在于，所述冷卻散熱 系統(tǒng)包括冷卻進(jìn)、出水管(IO)，安裝在支架(11)的左下部和右上部；還至少有三個(gè)散熱風(fēng) 機(jī)(9):其中一個(gè)是用于出風(fēng)的散熱風(fēng)機(jī)(9)，安裝在散熱器(14)上，至少有兩個(gè)散熱風(fēng)機(jī) (9)是分別安裝在支撐電容(1)的左右兩側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的船用變頻器的電力電子模塊，其特征在于，所述支架(11)上 還安裝一個(gè)插座(7)，該插座(7)為航空插座。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的船用變頻器的電力電子模塊，其特征在于，所述緩沖電阻 (13)的一端用2. 5mrf、耐壓1500V的高壓線與緩沖電容(4)的正極性端連接，緩沖電阻(13) 的另一端用高壓線與緩沖電容(4)的中間端子連接；濾波器(12)輸入端用1. 5mm2的電纜 與插座(7)連接，輸出端用1.5mm2的電纜與智能功率模塊(5)的電源+24V、0V連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的船用變頻器的電力電子模塊，其特征在于，所述散熱風(fēng)機(jī)(9) 用1. 5mm2的電纜與外部220V的工頻交流電源連接；智能功率模塊(5)通過光纖與外部電 路連接。
7. —種大功率船用多相組合變頻器，其特征在于，它至少由兩個(gè)如權(quán)利要求1所述的 船用變頻器的電力電子模塊串聯(lián)或并聯(lián)組成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的大功率船用多相組合變頻器，其特征在于，它由3個(gè)船用變頻 器的電力電子模塊并聯(lián)組合成四象限變頻器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種船用變頻器的電力電子模塊，它包括兩個(gè)對稱安裝在支架上的智能功率模塊(IPM)；一組安裝在支架中的支撐電容；功率母排與智能功率模塊的直流輸入端固定連接；高頻吸收電容、支撐電容、功率母排固定連接；緩沖電阻固定在支架上的散熱器上；電源濾波器安裝在支架上。該電力電子模塊具有功率密度高、體積小、直流母線電壓尖峰小、可靠性高和可維修性好等優(yōu)點(diǎn)，主要用于大功率、高功率密度船舶推進(jìn)變頻器。
文檔編號(hào)H02M1/00GK101719720SQ20091027328
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者劉璇, 宋飛, 李明勇, 梁哲興, 汪洋 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所