電源變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種電源變換器。該電源變換器包含機(jī)柜、第一變換電路模塊、第二變換電路模塊及直流電容模塊。第一變換電路模塊包含至少一第一橋臂。第二變換電路模塊包含至少一第二橋臂。第一變換電路模塊、第二變換電路模塊與直流電容模塊皆設(shè)置于機(jī)柜中。第二橋臂與第一橋臂相互平行成背靠背布局。直流電容模塊電性連接于該第一橋臂與該第二橋臂之間，使得第一橋臂與第二橋臂共享直流電容模塊。
【專利說(shuō)明】電源變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電源【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電源變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]電機(jī)驅(qū)動(dòng)用的變頻器、電能質(zhì)量管理領(lǐng)域的靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)、有源濾波器(APF)等電源變換器產(chǎn)品在節(jié)約電能、提高電能質(zhì)量等方面起到越來(lái)越重要的作用，在眾多的工業(yè)領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的推廣與應(yīng)用，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。
[0003]中壓大功率變頻器(MVD)是電源變換器的典型代表。一種現(xiàn)有電源變換器的特點(diǎn)，是與電網(wǎng)側(cè)連接端需要一個(gè)體積巨大且成本高昂的移相變壓器。移相變壓器二次側(cè)與眾多的低壓?jiǎn)蜗喙β誓K的二極管整流電路相連。若干個(gè)低壓?jiǎn)蜗喙β誓K逆變輸出進(jìn)行串聯(lián)得到所需的中壓。每個(gè)低壓?jiǎn)蜗喙β誓K均有直流母線電容模塊。因此，其最大的缺點(diǎn)是需要體積大且成本高的移相變壓器，另外功率變換電路部分整體所需的直流母線電容器數(shù)量多、體積巨大、成本高。
[0004]為了解決上述的缺點(diǎn)，另有一種基于功率器件(比如IGBT/Diode)串聯(lián)技術(shù)的中壓大功率變頻器被提出，這種功率變頻器的一大優(yōu)點(diǎn)是不再需要體積巨大且成本高昂的移相變壓器。然而，這種功率變頻器的直流母線電容模塊都存在不同程度的分散，比如每相變換電路配置相應(yīng)的直流母線電容器(或組)，再用母線將各部分直流母線電容器(或組)的公共接線點(diǎn)相接。其所產(chǎn)生的問(wèn)題是產(chǎn)品整體配置的電容相對(duì)多而導(dǎo)致成本提高，且電容所需體積大而導(dǎo)致功率密度降低。另外，各分散的直流母線電容模塊之間還有產(chǎn)生內(nèi)部震蕩的風(fēng)險(xiǎn)。
[0005]因此，如何減小功率變換器的體積、提高功率密度、節(jié)約產(chǎn)品制造成本與運(yùn)輸成本、節(jié)省產(chǎn)品安裝所需空間，一直是業(yè)界持續(xù)研究的一個(gè)重要問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種電源變換器，其包含機(jī)柜、第一變換電路模塊、第二變換電路模塊以及直流電容模塊。第一變換電路模塊設(shè)置于機(jī)柜中，并包含至少一第一橋臂。第二變換電路模塊設(shè)置于機(jī)柜中，并包含至少一第二橋臂。第一橋臂與第二橋臂相互平行成背靠背布局。直流電容模塊設(shè)置于機(jī)柜中，并電性連接于第一橋臂與第二橋臂之間，使得第一橋臂與第二橋臂共享直流電容模塊。
[0007]于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，上述的機(jī)柜具有第一進(jìn)風(fēng)口以及第二進(jìn)風(fēng)口。第一進(jìn)風(fēng)口與第二進(jìn)風(fēng)口分別位于機(jī)柜的兩相對(duì)側(cè)。第一橋臂與第二橋臂位于第一進(jìn)風(fēng)口與第二進(jìn)風(fēng)口之間。第一橋臂鄰近第一進(jìn)風(fēng)口。第二橋臂鄰近第二進(jìn)風(fēng)口。
[0008]于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，上述的機(jī)柜還具有出風(fēng)口。第一橋臂與第二橋臂之間形成風(fēng)道。出風(fēng)口位于風(fēng)道的一端。
[0009]于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，上述的出風(fēng)口位于機(jī)柜的頂部。直流電容模塊位于機(jī)柜的底部。出風(fēng)口與直流電容模塊分別位于風(fēng)道的兩端。[0010]于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，上述的電源變換器還包含風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)固定至機(jī)柜，并與出風(fēng)口連通。
[0011]于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，上述的直流電容模塊包含電容陣列以及連接母排。電容陣列由多個(gè)電容單元排列而成。電容單元經(jīng)由連接母排電性連接第一橋臂與第二橋臂。
[0012]于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，上述的第一變換電路模塊為三相變換電路。
[0013]于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，上述的第二變換電路模塊為三相變換電路。
[0014]于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，上述的第一橋臂為整流橋臂或逆變橋臂。
[0015]于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，上述的第二橋臂為整流橋臂或逆變橋臂。
[0016]于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，上述的電源變換器還可米用液冷散熱方式或熱管散熱方式進(jìn)行 散熱。
[0017]綜上所述，本發(fā)明的電源變換器的技術(shù)特征至少包含:(I)兩組變換電路模塊共享一個(gè)直流電容模塊；以及(2)兩組變換電路模塊位于直流電容模塊的連接母排上方，并相互平行成背靠背布局。因此，本發(fā)明的電源變換器至少具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)電源變換器集中共享直流電容模塊，可節(jié)省電容；(2)電源變換器整體結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，并且功率密度高；以及(3)節(jié)省生產(chǎn)與運(yùn)輸成本、節(jié)省設(shè)備安裝所需空間。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1A為繪示本發(fā)明一實(shí)施方式中電源變換器的前視圖。
[0019]圖1B為繪示圖1A中電源變換器的后視圖。
[0020]圖2為繪示圖1A中電源變換器的側(cè)視圖。
[0021]圖3為繪示本發(fā)明一實(shí)施方式中電源變換器的系統(tǒng)原理圖。
[0022]圖4為繪示本發(fā)明一實(shí)施方式中第二變換電路模塊的電路原理圖。
[0023]圖5為繪示圖1A中直流電容模塊的立體示意圖。
[0024]圖6為繪示本發(fā)明另一實(shí)施方式中電源變換器的側(cè)視圖。
[0025]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0026]1、3:電源變換器140:逆變橋臂
[0027]10:機(jī)柜16:直流電容模塊
[0028]100:第一進(jìn)風(fēng)口160:電容陣列
[0029]102:第二進(jìn)風(fēng)口162:連接母排
[0030]104:風(fēng)道18:風(fēng)機(jī)
[0031]106:出風(fēng)口2:電網(wǎng)
[0032]12、32:第一變換電路模塊 320:第一逆變橋臂
[0033]120:整流橋臂340:第二逆變橋臂
[0034]14、34:第二變換電路模塊 4:電機(jī)
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下將以圖式公開(kāi)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式，為明確說(shuō)明起見(jiàn)，許多實(shí)務(wù)上的細(xì)節(jié)將在以下敘述中一并說(shuō)明。然而，應(yīng)了解到，這些實(shí)務(wù)上的細(xì)節(jié)不應(yīng)用以限制本發(fā)明。也就是說(shuō)，在本發(fā)明部分實(shí)施方式中，這些實(shí)務(wù)上的細(xì)節(jié)是非必要的。此外，為簡(jiǎn)化圖式起見(jiàn)，一些現(xiàn)有慣用的結(jié)構(gòu)與元件在圖式中將以簡(jiǎn)單示意的方式繪示。
[0036]請(qǐng)參照?qǐng)D1A、圖1B以及圖2。圖1A為繪示本發(fā)明一實(shí)施方式中電源變換器I的前視圖。圖1B為繪示圖1A中的電源變換器I的后視圖。圖2為繪示圖1A中的電源變換器I的側(cè)視圖。
[0037]如圖1A至圖2所示，于本實(shí)施方式中，電源變換器I包含機(jī)柜10、第一變換電路模塊12、第二變換電路模塊14以及直流電容模塊16。電源變換器I的第一變換電路模塊12設(shè)置于機(jī)柜10中，并包含至少一第一橋臂。于本實(shí)施方式中，第一橋臂以整流橋臂120為例。電源變換器I的第二變換電路模塊14設(shè)置于機(jī)柜10中，并包含至少一第二橋臂。于本實(shí)施方式中，第二橋臂以逆變橋臂140為例。電源變換器I的直流電容模塊16設(shè)置于機(jī)柜10中。電源變換器I的機(jī)柜10具有第一進(jìn)風(fēng)口 100以及第二進(jìn)風(fēng)口 102。機(jī)柜10的第一進(jìn)風(fēng)口 100與第二進(jìn)風(fēng)口 102分別位于機(jī)柜10的兩相對(duì)側(cè)(即圖1A所示的前側(cè)與圖1B所示的后側(cè))。第一變換電路模塊12的整流橋臂120與第二變換電路模塊14的逆變橋臂140位于機(jī)柜10的第一進(jìn)風(fēng)口 100與第二進(jìn)風(fēng)口 102之間。其中，整流橋臂120鄰近機(jī)柜10的第一進(jìn)風(fēng)口 100，而逆變橋臂140鄰近機(jī)柜10的第二進(jìn)風(fēng)口 102。
[0038]電源變換器I的機(jī)柜10還具有出風(fēng)口 106。第一變換電路模塊12的整流橋臂120與第二變換電路模塊14的逆變橋臂140之間形成風(fēng)道104，并且機(jī)柜10的出風(fēng)口 106位于風(fēng)道104的一端。詳細(xì)來(lái)說(shuō)，機(jī)柜10的出風(fēng)口 106位于機(jī)柜10的頂部，而直流電容模塊16位于機(jī)柜10的底部。機(jī)柜10的出風(fēng)口 106與直流電容模塊16分別位于風(fēng)道104的兩端。
[0039]進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，電源變換器I還包含風(fēng)機(jī)18。電源變換器I的風(fēng)機(jī)18固定于機(jī)柜10，并與出風(fēng)口 106連通。當(dāng)電源變換器I的風(fēng)機(jī)18在運(yùn)作時(shí)，會(huì)將機(jī)柜10外的冷卻空氣由機(jī)柜10前側(cè)的第一進(jìn)風(fēng)口 100與機(jī)柜10后側(cè)的第二進(jìn)風(fēng)口 102吸入機(jī)柜10中。由第一進(jìn)風(fēng)口 100與第二進(jìn)風(fēng)口 102進(jìn)入的冷卻空氣，會(huì)與第一變換電路模塊12的整流橋臂120及第二變換電路模塊14的逆變橋臂140進(jìn)行熱交換，并在通過(guò)整流橋臂120與逆變橋臂140之后于風(fēng)道104匯集，最后再經(jīng)由機(jī)柜10的出風(fēng)口 106被風(fēng)機(jī)18排出機(jī)柜10。本發(fā)明在機(jī)柜10的前側(cè)與后側(cè)分別開(kāi)設(shè)第一進(jìn)風(fēng)口 100與第二進(jìn)風(fēng)口 102的作法，不僅可使得冷卻空氣能夠與整流橋臂120及逆變橋臂140進(jìn)行大面積的熱交換，還可增加安裝與維護(hù)電源變換器I的便利性。
[0040]要特別說(shuō)明的是，本發(fā)明的技術(shù)特征之一，在于電源變換器I的直流電容模塊16是電性連接于第一變換電路模塊12的整流橋臂120與第二變換電路模塊14的逆變橋臂140之間。也就是說(shuō)，整流橋臂120與逆變橋臂140共享一個(gè)直流電容模塊16，因此本發(fā)明的電源變換器I具有節(jié)省電容的優(yōu)點(diǎn)。
[0041]另外，在機(jī)柜10中，第一變換電路模塊12的整流橋臂120與第二變換電路模塊14的逆變橋臂140是位于直流電容模塊16的上方,并相互平行成背靠背布局。較精確來(lái)說(shuō)，整流橋臂120與逆變橋臂140的平行方向?yàn)閳D2中的鉛直方向，整流橋臂120與逆變橋臂140的背靠背布局方向?yàn)閳D2中的水平方向。因此，本發(fā)明的電源變換器I還具有整體結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，并且功率密度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0042]于其他實(shí)施方式中，電源變換器I還可采用液冷散熱方式或熱管散熱方式進(jìn)行散熱。[0043]請(qǐng)參照?qǐng)D3，其為繪示本發(fā)明一實(shí)施方式中電源變換器I的系統(tǒng)原理圖。
[0044]如圖3所示，于本實(shí)施方式中，電源變換器I的第一變換電路模塊12是以Vienna整流電路的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，而第二變換電路模塊14是以NPC三電平逆變電路的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，并集中共享直流電容模塊16。由此可知，第一變換電路模塊12包含三個(gè)整流橋臂120，而第二變換電路模塊14包含三個(gè)逆變橋臂140。第一變換電路模塊12上端的交流接線端子與電網(wǎng)2側(cè)的三相交流輸入電纜連接。第二變換電路模塊14上端的交流輸出接線端子與電機(jī)4側(cè)的三相交流電纜連接。第一變換電路模塊12的整流橋臂120與第二變換電路模塊14的逆變橋臂140皆由功率器件、驅(qū)動(dòng)和控制及保護(hù)電路、散熱器等元件所組成。第一變換電路模塊12與第二變換電路模塊14中的每相變換電路皆設(shè)計(jì)為上半橋臂模塊與下半橋臂模塊，且上半橋臂模塊與下半橋臂模塊是以面對(duì)面的布局方式形成一個(gè)橋臂。
[0045]請(qǐng)參照?qǐng)D4，其為繪示本發(fā)明一實(shí)施方式中第二變換電路模塊14的電路原理圖。
[0046]如圖4所示，于本實(shí)施方式中，第二變換電路模塊14是為基于功率器件(IGBT/Diode)串聯(lián)技術(shù)的NPC三電平逆變電路，其中每個(gè)功率器件由若干個(gè)(圖4中為6個(gè))低壓器件串聯(lián)而成。器件S1、S2與Dl組成上半橋臂模塊，而器件S3、S4與D2組成下半橋臂模塊。上半橋臂模塊與下半橋臂模塊相互平行且面對(duì)面安裝布局。而圖3中的Vienna整流電路與NPC三電平逆變電路相似，同樣是每個(gè)功率器件由若干個(gè)低壓器件串聯(lián)而成，并組成類似的上半橋臂模塊與下半橋臂模塊，且上半橋臂模塊與下半橋臂模塊同樣采用面對(duì)面安裝布局。
[0047]請(qǐng)參照?qǐng)D5，其為繪示圖1A中的直流電容模塊16的立體示意圖。
[0048]如圖3與圖5所示，于本實(shí)施方式中，直流電容模塊16包含電容陣列160以及連接母排162。電容陣列160是由多個(gè)電容單元排列而成。電容陣列160的電容單元經(jīng)由連接母排162電性連接第一變換電路模塊12的整流橋臂120與第二變換電路模塊14的逆變橋臂140。詳細(xì)來(lái)說(shuō)，在直流電容模塊16的連接母排162的兩邊分別設(shè)計(jì)有三組直流接線端子(DC+/DC —，或DC+/NP/DC-)。第一變換電路模塊12的三個(gè)整流橋臂120按一字陣列布局組成一個(gè)三相變換電路，第二變換電路模塊14的三個(gè)逆變橋臂140也按一字陣列布局組成另一個(gè)三相變換電路。兩組三相變換電路模塊(即第一變換電路模塊12與第二變換電路模塊14)的直流接線端再分別與直流電容模塊16的直流接線端子形成電性連接。兩組三相變換電路模塊位于直流電容模塊16的連接母排162上方,且相互平行成背靠背布局。藉由上述的布局架構(gòu)，整個(gè)電源變換器I的所有變換電路集中共享一個(gè)直流電容模塊16，并且變換器總體結(jié)構(gòu)非常緊湊，保證了很高的功率密度，節(jié)省制造與運(yùn)輸成本，節(jié)省設(shè)備安裝所需空間，使得電源變換器I實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明所預(yù)期的目的。
[0049]請(qǐng)參照?qǐng)D6，其為繪示本發(fā)明另一實(shí)施方式中電源變換器3的側(cè)視圖。
[0050]如圖6所不,于本實(shí)施方式中，電源變換器3包含機(jī)柜10、第一變換電路模塊32、第二變換電路模塊34、直流電容模塊16以及風(fēng)機(jī)18。本實(shí)施方式的機(jī)柜10、直流電容模塊16與風(fēng)機(jī)18的結(jié)構(gòu)、功能與連接關(guān)系，皆與圖2所示的實(shí)施方式相同，因此在此不再贅述。
[0051]在此要特別說(shuō)明的是，本實(shí)施方式與圖2所示的實(shí)施方式的差異之處，在于本實(shí)施方式的電源變換器3的第一變換電路模塊32所包含的第一橋臂以第一逆變橋臂320為例，而第二變換電路模塊34所包含的第二橋臂以第二逆變橋臂340為例。換言之，只需將圖2所示的整流橋臂120更改為逆變橋臂140，即可獲得本實(shí)施方式的電源變換器3。由此可知，于本實(shí)施方式的電源變換器3中，集中共享的直流電容模塊16上方是兩組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同的變換電路模塊。兩組變換電路模塊上端的交流接線端子若與電網(wǎng)2的三相交流電纜連接，就可實(shí)現(xiàn)共享直流電容模塊16的兩個(gè)中壓大功率NPC三電平靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)的并聯(lián)，在保證功率密度高的前提下可提高無(wú)功發(fā)生器的容量。
[0052]由于有源濾波器(APF)與靜止無(wú)功發(fā)生器可以有完全相同的拓?fù)?，因此本?shí)施方式也可應(yīng)用于并聯(lián)型的NPC三電平中壓大功率有源濾波器。
[0053]于其他實(shí)施方式中，亦可將圖2所示的逆變橋臂140更改為整流橋臂120，進(jìn)而獲得具有兩組整流橋臂120的電源變換器。
[0054]由以上對(duì)于本發(fā)明的具體實(shí)施例的詳述，可以明顯地看出，本發(fā)明的電源變換器的技術(shù)特征至少包含:(I)兩組變換電路模塊共享一個(gè)直流電容模塊；(2)在直流電容模塊的連接母排兩邊分別設(shè)置三組直流接線端子；(3) —字陣列布局的三個(gè)模塊化的變換電路(橋臂)組成一組三相變換電路模塊，且其直流接線端子分別與直流電容模塊對(duì)應(yīng)的直流接線端子形成電性連接；以及(4)兩組變換電路模塊位于直流電容模塊的連接母排上方，并相互平行成背靠背布局。因此，本發(fā)明的電源變換器至少具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)電源變換器集中共享直流電容模塊，可節(jié)省電容；(2)電源變換器整體結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，并且功率密度高；以及(3)節(jié)省生產(chǎn)與運(yùn)輸成本、節(jié)省設(shè)備安裝所需空間。
[0055]雖然本發(fā)明已以實(shí)施方式公開(kāi)如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視的權(quán)利要求的界定為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種電源變換器，其特征在于，包含: 一機(jī)柜； 一第一變換電路模塊，設(shè)置于該機(jī)柜中，并包含至少一第一橋臂； 一第二變換電路模塊，設(shè)置于該機(jī)柜中，并包含至少一第二橋臂，其中該第一橋臂與該第二橋臂相互平行成背靠背布局；以及 一直流電容模塊，設(shè)置于該機(jī)柜中，并電性連接于該第一橋臂與該第二橋臂之間，使得該第一橋臂與該第二橋臂共享該直流電容模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的電源變換器，其特征在于，該機(jī)柜具有一第一進(jìn)風(fēng)口以及一第二進(jìn)風(fēng)口，分別位于該機(jī)柜的兩相對(duì)側(cè)，該第一橋臂與該第二橋臂位于該第一進(jìn)風(fēng)口與該第二進(jìn)風(fēng)口之間，該第一橋臂鄰近該第一進(jìn)風(fēng)口，并且該第二橋臂鄰近該第二進(jìn)風(fēng)口。
3.如權(quán)利要求2所述的電源變換器，其特征在于，該機(jī)柜還具有一出風(fēng)口，該第一橋臂與該第二橋臂之間形成一風(fēng)道，并且該出風(fēng)口位于該風(fēng)道的一端。
4.如權(quán)利要求2所述的電源變換器，其特征在于，該出風(fēng)口位于該機(jī)柜的頂部，該直流電容模塊位于該機(jī)柜的底部，并且該出風(fēng)口與該直流電容模塊分別位于該風(fēng)道的兩端。
5.如權(quán)利要求2所述的電源變換器，其特征在于，還包含一風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)固定至該機(jī)柜，并與該出風(fēng)口連通。
6.如權(quán)利要求1所述的電源變換器，其特征在于，該直流電容模塊包含: 一電容陣列，由多個(gè)電容單元排列而成；以及 一連接母排，其中該些電容單元經(jīng)由該連接母排電性連接該第一橋臂與該第二橋臂。
7.如權(quán)利要求1所述的電源變換器，其特征在于，該第一變換電路模塊為一三相變換電路。
8.如權(quán)利要求1所述的電源變換器，其特征在于，該第二變換電路模塊為一三相變換電路。
9.如權(quán)利要求1所述的電源變換器，其特征在于，該第一橋臂為一整流橋臂或一逆變橋臂。
10.如權(quán)利要求1所述的電源變換器，其特征在于，該第二橋臂為一整流橋臂或一逆變橋臂。
11.如權(quán)利要求1所述的電源變換器，其特征在于，該電源變換器還可采用液冷散熱方式或熱管散熱方式進(jìn)行散熱。
【文檔編號(hào)】H02M5/458GK103986340SQ201410222820
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】文森林, 應(yīng)建平, 甘鴻堅(jiān), 喬理峰 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子企業(yè)管理（上海）有限公司