CN106531424A - 水冷式空心电抗器、电力变换装置和风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水冷式空心电抗器、电力变换装置和风力发电机组。该水冷式空心电抗器包括：电抗器单元和水冷散热单元，其中，电抗器单元包括相互独立的多相电抗器，多相电抗器中的每相电抗器包括多个电抗器线圈；水冷散热单元包括对应多相电抗器设置的多根冷却管，多根冷却管彼此分隔地布置，以使每相电抗器的多个电抗器线圈能够分别轴向螺旋缠绕于多根冷却管的外壁，多根冷却管对缠绕于其的电抗器线圈进行冷却。能够提高对电抗器中的多个线圈的散热效率，并减少水冷式空心电抗器整体的占用空间。

Description

水冷式空心电抗器、电力变换装置和风力发电机组

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种水冷式空心电抗器、电力变换装置和风力发电机组。

背景技术

随着电力电子技术的发展，电力电子装置的功率密度、功率等级都在不断提高，为满足大功率电力电子装置的性能要求，则必须采用电力电子器件多重化并联的方法(即：模块并联+电力电子器件并联)，来构建具有更高电流密度的功率模块，从而提高电力电子装置的功率等级。

但是在多器件并联的电路中，容易出现半导体器件环流、并联器件输出电流不均衡的问题。并联半导体器件不均衡电流的存在，将对半导体器件产生很大的过电流冲击，加快器件的损坏速率，并会降低变流器的性能，最终将会阻碍电力电子装置向更高功率等级发展。目前，比较常用的抑制半导体器件环流、解决电流不均衡问题的方法为：通过增加均流电抗器来抑制半导体器件的暂态环流，并通过其感抗限制电流上升率，从而起到均衡电流的效果。因而在并联元件较多的情况下，通常会采用适当数量的均流电抗器来实现动态均流，通过其对暂态不平衡电流波动的抑制作用，使并联支路间保持均流。

目前主流的均流电抗器主要分为两种：一种均流电抗器是由绕在铁芯上的线圈构成(铁芯均流电抗器)，而另一种均流电抗器是由绕在绝缘支撑件上的线圈构成(空心均流电抗器)。因结构和工艺限制，目前应用在模块内部均采用风冷的方式进行散热，所以存在电抗器损耗大、体积大、散热性能差等问题，对实现大电流、高功率密度的功率模块单元的开发，有较大的局限性。同时，为了保证对半导体器件的均流效果，多重并联的电力电子装置所需的均流电抗器数量较多，增加了产品的加工和组装的复杂程度。

发明内容

根据本发明的实施例，提供了一种水冷式空心电抗器、电力变换装置和风力发电机组，能够实现提高电抗器单元中的多个线圈的散热效率，并减少水冷式空心电抗器整体的占用空间中的至少一个目的。

根据本发明的一个方面，提供了一种水冷式空心电抗器包括：电抗器单元和水冷散热单元，其中，电抗器单元包括相互独立的多相电抗器，多相电抗器中的每相电抗器包括多个电抗器线圈；水冷散热单元包括对应多相电抗器设置的多根冷却管，多根冷却管彼此分隔地布置，以使每相电抗器的多个电抗器线圈能够分别轴向螺旋缠绕于多根冷却管的外壁，多根冷却管对缠绕于其的电抗器线圈进行冷却。

根据本发明的一个方面，电抗器单元中的每相电抗器包括的电抗器线圈的个数与多相电抗器的相数相匹配；并且，多根冷却管的个数也与多相电抗器的相数相匹配。

根据本发明的一个方面，电抗器单元包括两相电抗器或三相电抗器，对应的，每相电抗器包括两个电抗器线圈或三个电抗器线圈；对应的，水冷散热单元包括两根冷却管或三根冷却管。

根据本发明的一个方面，电抗器单元为三相电抗器，对应的，每相电抗器包括三个电抗器线圈。

根据本发明的一个方面，每相电抗器的三个电抗器线圈的输入端分别从水冷散热单元的同一侧伸出，并分别构成该相电抗器的三个交流输入端；每相电抗器的三个电抗器线圈的输出端分别从水冷散热单元的同一侧伸出，并短接构成该相电抗器的交流输出端。

根据本发明的一个方面，水冷散热单元包括三根冷却管，每根冷却管沿其轴向分别缠绕有三个电抗器线圈。

根据本发明的一个方面，每根冷却管沿其轴向分别缠绕的三个电抗器线圈为三相电抗器中的各相电抗器中的一个电抗器线圈。

根据本发明的一个方面，每个冷却管的直径和长度根据缠绕于每个冷却管的多个电抗器线圈的线圈电感量和线圈匝数计算得出。

根据本发明的一个方面，每个冷却管的直径和长度的比值的计算公式为：

其中：I为每根冷却管上缠绕的多个电抗器线圈的线圈电感量，D为每根冷却管直径，N为每根冷却管上缠绕的多个电抗器线圈的线圈匝数，L为每根冷却管的长度。

根据本发明的一个方面，每根冷却管为具有中空结构的管体，管体的横截面的形状为圆形、矩形或者三角形。

根据本发明的一个方面，水冷散热单元包括进水口和出水口，多根冷却管各自的轴向两端分别与水冷散热单元的进水口以及出水口连通，以使冷却液体能够通过进水口和出水口分别流经多根冷却管。

根据本发明的一个方面，水冷散热单元还包括第一集水器和第二集水器，第一集水器连通于进水口以及多根冷却管之间；第二集水器连通于出水口以及多根冷却管之间。

根据本发明的一个方面，第一集水器和/或第二集水器与多根冷却管之间焊接连接。

根据本发明的一个方面，水冷散热单元的轴向两端分别进行接地处理。

根据本发明的一个方面，水冷式空心电抗器还包括分别设置在水冷散热单元轴向两端的固定支架，并且固定支架分别接地。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种电力变换装置，电力变换装置包括：彼此并联的多相功率模块，多相功率模块中的每相功率模块具有多个交流输出端；和上述的水冷式空心电抗器，其中，多相电抗器的每相电抗器中的多个电抗器线圈的输入端与多相功率模块中的每相功率模块的多个交流输出端分别一一对应地连接。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种风力发电机组，风力发电机组包括上述的电力变换装置。

综上，本发明实施例的水冷式空心电抗器通过设置电抗器单元和水冷散热单元，对应电抗器单元中的多相电抗器在水冷散热单元中设置多根冷却管，并将多相电抗器中每相电抗器中的多个电抗器线圈对应地沿冷却管的轴向缠绕于多根冷却管的外壁上，使电抗器单元中的多相电抗器能够集成于一套水冷散热单元上，并通过水冷散热的方式对每相电抗器中的多个线圈进行冷却。相比现有的电抗器，本发明实施例的水冷式空心电抗器散热效果好，并且结构紧凑，占用空间小。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1是根据本发明实施例的水冷式空心电抗器的轴测结构示意图；

图2是图1中的水冷式空心电抗器的主视结构示意图；

图3是图1中的水冷式空心电抗器的一个具体应用示例的电气原理示意图；

图4是图1中的水冷式空心电抗器的后视结构示意图；

图5是图2的水冷式空心电抗器的俯视结构示意图。

其中：

10-电抗器单元；11-第一相电抗器；111-电抗器线圈；112-输出侧接线端子；113-输入侧接线端子；12-第二相电抗器；121-电抗器线圈；122-输出侧接线端子；123-输入侧接线端子；13-第三相电抗器；131-电抗器线圈；132-输出侧接线端子；133-输入侧接线端子；20-水冷散热单元；21-冷却管；22-第一集水器；220-进水口；23-第二集水器；230-出水口；24-固定支架；31-第一逆变单元；32-第二逆变单元；33-第三逆变单元。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的水冷式空心电抗器的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供的水冷式空心电抗器能够应用于电力装置或者系统中，连接于多个并联的功率模块的输出端或者输入端，通过其对暂态不平衡电流波动的抑制作用，来抑制功率模块中的半导体器件的暂态环流，并且通过其感抗限制电流上升率，能够起到均衡各并联支路电流的效果，从而实现动态均流，使各并联支路间保持电流均衡的作用。而由于在空心电抗器中设置了水冷散热单元，因此本发明实施例的水冷式空心电抗器能够对实现均流作用的电抗器进行很好的冷却。

为了更好地理解本发明，下面结合图1至5根据本发明实施例的水冷式空心电抗器进行详细描述。

图1是根据本发明实施例的水冷式空心电抗器的轴测结构示意图。如图1所示，根据本发明的一个实施例，水冷式空心电抗器包括电抗器单元10和水冷散热单元20，其中，电抗器单元10包括相互独立的多相电抗器，多相电抗器中的每相电抗器包括多个电抗器线圈。水冷散热单元20包括对应多相电抗器设置的多根冷却管21，多根冷却管21彼此分隔布置，以使每相电抗器的多个电抗器线圈能够分别沿多根冷却管21轴向螺旋缠绕于冷却管21的外壁，每根冷却管21对缠绕于该冷却管21的电抗器线圈进行冷却。

由此，本发明实施例的水冷式空心电抗器100通过对应电抗器单元10中的多相电抗器在水冷散热单元20中设置多根冷却管21，并且多根冷却管21彼此分隔地设置，以能够将多相电抗器中的每相电抗器的多个电抗器线圈对应地沿多根冷却管21的轴向螺旋缠绕至冷却管21的外壁，由多根冷却管21中流经的冷却液体与缠绕于冷却管21外壁的电抗器线圈进行间接换热接触，以带走电抗器线圈产生的热量，对电抗器线圈进行冷却。

由于本发明实施例中对电抗器线圈采用水冷的方式进行冷却，相比现有的风冷式电抗器散热效果好，而且不需要针对散热需求较大的装置单独设置较大体积的风冷装置，所以本发明实施力的水冷式空心电抗器能够节省占用空间。并且，通过一个集成的水冷散热单元20对整体的电抗器单元10进行冷却，进一步节省了水冷式空心电抗器的占用空间，从而能够优化应用水冷式空心电抗器的电力装置的尺寸，同时本发明实施例的水冷式空心电抗器的结构简单，便于加工。

上述实施例中电抗器单元10包括多相电抗器，而每相电抗器都包括多个电抗器线圈，并且，电抗器单元10中每相电抗器包括的电抗器线圈的个数与多相电抗器的相数相匹配。相应地，水冷散热单元20中的冷却管21的个数同样需要与多相电抗器的相数相匹配，其之间具体的对应方式请详见下述具体示例。

请一并参见图2和图3，其中，图2是图1中的水冷式空心电抗器的主视结构示意图；图3是图1中的水冷式空心电抗器的一个具体应用示例的电气原理示意图。首先，根据水冷式空心电抗器的电抗器单元10的应用原理对电抗器单元10的构成进行说明。

如图2和图3所示，其中，根据本发明一个实施例，具体示出了电抗器单元10具有三相电抗器，分别为：第一相电抗器11、第二相电抗器12和第三相电抗器13。在图3所示出的水冷式空心电抗器的一个具体应用示例中，将水冷式空心电抗器应用于具有三个并联的功率模块的电力装置中。第一相电抗器11、第二相电抗器12和第三相电抗器13分别包括三个电抗器线圈，其中，第一相电抗器11的三个电抗器线圈111为三个U相线圈；第二相电抗器12的三个电抗器线圈121为三个V相线圈；第三相电抗器13的三个电抗器线圈131为三个W相线圈。

示例性地，上述的电力装置为逆变器，其包括彼此并联的第一逆变单元31、第二逆变单元32和第三逆变单元33，其中，每个逆变单元为由六个IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)组成的IGBT并联的桥式输出电路，三个逆变单元组成三相桥式输出电路。第一逆变单元31中的并联桥臂的交流输出端分别与第一相电抗器11的三个U相线圈的输入端连接；而第一相电抗器11的三个U相线圈的输出端则短接构成最终三相交流的A相输出端。第二逆变单元32中的并联桥臂的交流输出端分别与第二相电抗器12的三个V相线圈的输入端连接；而第二相电抗器12的三个V相线圈的输出端则短接构成最终三相交流的B相输出端。第三逆变单元33中的并联桥臂的交流输出端分别与第三相电抗器13的三个W相线圈的输入端连接；第三相电抗器13的三个W相线圈的输出端则短接构成最终三相交流的C相输出端。

由此，逆变器中的多个并联的功率模块将公共直流母线上的直流电转换为三相交流电，并通过电抗器单元10进行滤波以及均流处理之后将三相交流电进行输出。因此，本发明实施例的水冷式空心电抗器能够通过其中的电抗器单元10有效抑制因控制系统误差、电力电子器件特性不一致所导致的半导体器件之间的暂态环流，并有效地降低了并联的多个功率模块的不均流度，提高了均流效果，使功率模块中各并联支路输出的电流保持均衡。并且由于水冷式空心电抗器的电感值较小，减小了应用其的电力设设备的体积，降低了成本。

如图2所示，对应上述的电抗器单元10，水冷散热单元20包括三根冷却管21，每根冷却管21分别沿轴向依次同方向螺旋缠绕有三相电抗器中的不同相的电抗器的一个电抗器线圈。具体地，如图2所示，在本实施例中，水冷散热单元20包括三根冷却管21，每根冷却管21为具有中空结构的管体，整体呈圆柱形结构。三根冷却管21彼此沿纵长方向并列地布置，并且三根冷却管21彼此独立，以使得相邻的两根冷却管21彼此之间形成一定的间隙。水冷散热单元20包括总的进水口220和总的出水口230，每根冷却管21在其轴向的两个端面上分别设置有进水口和出水口。三根冷却管21分别将各自的进水口以及出水口对应地连通至进水口220和出水口230处，以与外部存储冷却液体的储液容器(例如：冷凝器)连通，供冷却液体经由进水口220和出水口230分别流经三根冷却管21中进行换热。本发明实施例对冷却液体的具体类型不进行限制，可以是实现水冷形式的冷却液。

在一个可选实施例中，水冷散热单元20还包括第一集水器22和第二集水器23，第一集水器22分别与进水口220以及多根冷却管21的轴向一侧端部(图2所示观察方向的下端)相连通；第二集水器23分别与出水口230以及多根冷却管21的轴向另一侧端部(图2所示观察方向的上端)相连通。具体地，在本实施例中，第一集水器22和第二集水器23结构相同，均为中空的管体结构。在图2所示的观察方向中，第一集水器22位于水冷散热单元20的下端，第一集水器22的一端为水冷散热单元20的进水口220，第一集水器22的另一端分别与三根冷却管21的进水口相连通。由此，外部储液容器中的冷却液体能够经由水冷散热单元20流入三根冷却管21中。在图2所示的观察方向中，第二集水器23位于水冷散热单元20的上端，第二集水器23的一端为水冷散热单元20的出水口230，第二集水器23的另一端分别与三根冷却管21的出水口相连通。由此，流经三根冷却管21中的冷却液体能够经由出水口230回到外部储液容器中，进行循环冷却。在一个可选的实施例中，第一集水器22和/或第二集水器23与多根冷却管21之间采用焊接连接。优选地，第一集水器22和第二集水器23与多根冷却管21之间均采用焊接连接，以使水冷式空心电抗器整体形成一体化的结构。

通过在水冷散热单元20中设置第一集水器22和第二集水器23，能够使冷却液体从进水口220流入位于下端的第一集水器22处并进一步分散至每根冷却管21中，每一根冷却管21都是独立的一根，都可以单独地进行冷却作用。而从三根冷却管21中流经的冷却液体，最终在位于上端的第二集水器23处汇流后通过出水口230流出。并且每根冷却管21将各自的进水口和出水口汇接至第一集水器22和第二集水器23，使连接处都集中在一起，以便集中维护。并且，通过焊接的方式分别将冷却管21与第一集水器22和第二集水器23进行连接的方式，保证了水冷散热单元20中管路的密封以及抗压强度，避免了连接过程中出现多个接口而容易导致漏液的问题，从而提升系统的安全可靠性。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，第一相电抗器11、第二相电抗器12和第三相电抗器13各自的三个电抗器线圈分别并排地螺旋缠绕于三根冷却管21的外壁，使得在图2所示的观察方向，右起第一根冷却管21上沿轴向从上至下依次顺序地螺旋缠绕第一相电抗器11的一个U相线圈、第二相电抗器12的一个V相线圈以及第三相电抗器13的一个W相线圈。而右起第二根冷却管21上沿轴向从上至下依次顺序地螺旋缠绕第一相电抗器11的一个U相线圈、第二相电抗器12的一个V相线圈以及第三相电抗器13的一个W相线圈。同理，右起第三根冷却管21上沿轴向从上至下依次顺序地螺旋缠绕第一相电抗器11的一个U相线圈、第二相电抗器12的一个V相线圈以及第三相电抗器13的一个W相线圈。

另外，三相电抗器中的每相电抗器的三个电抗器线圈的输入端分别从水冷散热单元20的同一侧伸出构成该相电抗器的交流输入端；而每相电抗器的三个电抗器线圈的输出端分别从水冷散热单元20的同一侧伸出并短接构成该相电抗器的交流输出端。具体地，如图2所示的观察方向，第一相电抗器11的三个电抗器线圈111各自的一端分别从水冷散热单元20的左侧伸出，构成三个输入侧接线端子113，以使电抗器线圈111的三个U相线圈能够分别通过三个输入侧接线端子113与第一逆变单元31的输出端连接；而第一相电抗器11的三个电抗器线圈111各自的另一端分别从水冷散热单元20的右侧伸出，构成三个输出侧接线端子112，以使电抗器线圈111的三个U相线圈能够分别通过三个输出侧接线端子112短接，而构成第一相电抗器11的交流输出端(即，三相交流的A相输出端)。

同理，第二相电抗器12的三个电抗器线圈121伸出于水冷散热单元20的左侧，分别构成三个输入侧接线端子123，以使电抗器线圈121的三个V相线圈相能够分别通过三个输入侧接线端子123与第二逆变单元32的输出端连接；三个电抗器线圈121伸出于水冷散热单元20的右侧，分别构成三个输出侧接线端子122，以使电抗器线圈121的三个V相线圈能够分别通过三个输出侧接线端子122短接，构成第二相电抗器12的交流输出端(即，三相交流的B相输出端)。第三相电抗器13的三个电抗器线圈131伸出于水冷散热单元20的左侧，分别构成三个输入侧接线端子133，以使电抗器线圈131的三个W相线圈能够分别通过三个输入侧接线端子133与第三逆变单元33的输出端连接；三个电抗器线圈131伸出于水冷散热单元20的右侧，分别构成三个输出侧接线端子132，以使电抗器线圈131的三个W相线圈能够分别通过三个输出侧接线端子132短接，构成第三相电抗器13的交流输出端(即，三相交流的C相输出端)。

由此，水冷散热单元20中的每根冷却管21分别沿轴向依次同方向缠绕有三相电抗器中的不同相电抗器的一个电抗器线圈，即，能够将三相电抗器中的各三个线圈在水冷管上相对应地沿同轴设置。由于通过三相电抗器输出的三相交流稳态电流的相位互差120度，所以同轴地布置在同一根冷却管21上的三个电抗器线圈产生的磁场在相同的轴方向上，因此，三个电抗器产生的稳态磁场可相互抵消，从而减小了水冷式空心电抗器的电抗器单元10对外界产生的稳态磁场干扰，进而保证水冷式空心电抗器能够更有效地限制半导体器件(IGBT)并联的暂态环流，并使模块中的并联的各支路保持均流。

另外，本发明的实施例的水冷式空心电抗器通过对电抗器单元10中的多相电抗器的多个线圈采用水冷的方式进行冷却，使冷却液体能够从位于水冷散热单元20下端的进水口流入冷却管21中，并从位于水冷散热单元20上端的出水口流出，从而能够与承载电流的多个电抗器线圈充分换热。因此水冷式空心电抗器能够在有效抑制因控制系统误差、电力电子器件特性不一致，所导致的半导体器件产生暂态环流和动态电流不均衡等问题的同时，提高电抗器线圈的散热效率，避免像以往的电抗器，由于得不到很好的散热，而导致热量堆积，最终造成电路故障影响电力系统运行。并且可以有效地减小电抗器线圈的线径，从而减少了水冷式空心电抗器的占用空间。通过将多相电抗器加工成一体化组件，结构紧凑，并简化了水冷式空心电抗器的组装过程，从而使应用水冷式空心电抗器的电力装置易于组装和维护，改善了电力装置的生产加工工艺。

根据本发明的一个实施例，水冷散热单元20的冷却管21的尺寸，即，冷却管21的直径和长度可以根据缠绕于每根冷却管21上的多个电抗器线圈的线圈电感量、线圈匝数计算得出。具体地，冷却管21的直径和长度的比值可以通过电抗器单元10的感值参数公式计算得出：

在公式(1)中：I为每根冷却管21上缠绕的多个电抗器线圈(即，本实施例中同轴布置的三个电抗器线圈)的线圈电感量，D为每根冷却管21直径(即线圈缠绕在冷却管后形成直径)，N为每根冷却管21上缠绕的多个电抗器线圈的线圈匝数(即线圈缠绕在每根冷却管上形成的匝数)，L为每根冷却管21的长度(即线圈缠绕后在每根冷却管上形成的轴向长度)。因此，对应电抗器单元10的各相电抗器中的线圈的参数，即可通过公式(1)计算得出冷却管21的直径和长度的比值，进一步地，还可以根据电力装置中为水冷式空心电抗器预留的容置空间合理地选择水冷散热单元20的冷却管21的尺寸。当然水冷散热单元20中的冷却管21的尺寸还可以根据电力装置中的容置空间直接进行确定，并且只要能够将多相电抗器各相的多个电抗器线圈分别沿冷却管21的轴向螺旋缠绕于多根冷却管21的外壁上即可。

在一个可选的实施例中，水冷散热单元20的轴向两端分别进行接地处理。图4是图1中的水冷式空心电抗器的后视结构示意图；图5是图2的水冷式空心电抗器的俯视结构示意图，如图4和图5所示，示例性地，水冷式空心电抗器还包括分别设置在水冷散热单元20轴向两端的固定支架24，固定支架24为角板状结构，该角板结构包括两个侧板，两个侧板通过各自的一个侧边缘按照一定的角度连接(例如采用焊接或者一体式连接方式)，以使得固定支架24能够分别通过角板结构的两个侧板将水冷式空心电抗器固定于相应的电力装置的容置空间中。具体地，两个固定支架24中的一个固定支架24通过其角板状结构的其中一个侧板的外侧面与水冷散热单元20中的三根冷却管21的轴向一侧的端部采用焊接方式连接，另一个固定支架24通过其角板状结构的其中一个侧板的外侧面与水冷散热单元20中的三根冷却管21的轴向另一侧的端部采用焊接方式连接，以使水冷式空心电抗器能够在电力装置中进行固定。并且，连接于水冷散热单元20轴向两端部的固定支架24同时接地，以在冷却液体流过水冷散热单元20时，穿过电抗器单元10的磁场所产生的电荷能够在接地点进行释放，保证了水冷散热单元20中的冷却液体处于地电位，避免了因冷却液体带电荷而对水冷散热单元20造成腐蚀，而对水冷散热单元20本身产生影响的问题。

在上述实施例中，三组冷却管21彼此沿纵长方向并列地布置，但是本发明的实施例并不限于此。在其他的实施例中，三组冷却管21还可以彼此相邻地呈“品”字形布置，并且彼此之间相互分隔地设置，以使相邻的冷却管21之间形成一定的间隙。如此，同样可以将三相电抗器各自的多个电抗器线圈分别螺旋缠绕至三根冷却管21上，从而对电抗器线圈进行冷却，并且此时水冷散热单元20的进水口220和出水口230可以按照上述实施例中的设置方式设置。另外，多相电抗器中包括的多个线圈在多根冷却管21上的缠绕方式还可以参照现有的空心电抗器本体处的线圈缠绕方式，其同样能够实现对电抗器单元10中的多个电抗器线圈进行水冷的目的，并保证电抗器单元10能够抑制半导体器件的暂态环流以及保持各并联支路间均流。

在上述实施例中，冷却管21、第一集水器22以及第二集水器23为圆柱形管体结构(即具有圆形的横截面)，但是本发明的实施例并不限于此，在其他的实施例中，水冷散热单元20的冷却管21、第一集水器22以及第二集水器23还可以是具有方形、矩形或者三角形横截面的管体结构，并且其纵向长度还可以根据应用水冷式空心电抗器的电力装置的容置空间进行设置。

另外，每根冷却管21的进水口和出水口也可以不设置在其轴向的端面上，只要是设置在冷却管21轴向的两个端部位置即可。例如，在其他的实施例中，冷却管21还可以在其轴向两端部位置的外周壁处对应设置进水口和出水口。此外，在上述实施例中，水冷散热单元20的进水口220和出水口230分别设置在三根冷却管21的轴向两端部位置，但是本发明的实施例并不限于此。在其他的实施例中，水冷散热单元20的进水口220和出水口230还可以同时设置在三根冷却管21的轴向同一端部，此时，进水口220和出水口230需要分别设置在位于最外侧的两根冷却管21处。

上述实施例中示出了电抗器单元10具有第一相电抗器11、第二相电抗器12、和第三相电抗器13三相电抗器的情况，但是本发明的实施例并不限于此。在其他的实施例中，电抗器单元10还可以包括两相电抗器或者四相电抗器等，而电抗器单元10中具体包括的电抗器的相数需要根据实际的电力装置中并联的模块数量确定，即，电抗器单元10中的每相电抗器需要与彼此并联的每个功率模块一一对应。

另外，在上述实施例中，电抗器单元10中的每相电抗器，即第一相电抗器11、第二相电抗器12和第三相电抗器13各自包括三个电抗器线圈，但是本发明的实施例并不限于此。在其他的实施例中，当电抗器单元10包括两相电抗器时，对应的，每相电抗器中包括两个电抗器线圈。相应地，水冷散热单元20包括两根冷却管21，两相电抗器的四个电抗器线圈在两根冷却管21的外壁上的缠绕方式与上述实施例中的三相电抗器的电抗器线圈的缠绕方式类似。可以将两相电抗器各自的两个线圈分别相对应地缠绕于相同的冷却管21上或者不同的冷却管21上，优选将两相电抗器各自的两个电抗器线圈分别相对应地缠绕于不同的冷却管21上，这样可以使两相电抗器形成的稳态磁场相互抵消，以减小水冷式空心电抗器对外界形成的稳态磁场干扰。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种电力变换装置，电力变换装置包括：彼此并联的多相功率模块和水冷式空心电抗器。多相功率模块中的每相功率模块具有多个交流输出端，水冷式空心电抗器的电抗器单元10中的多相电抗器的每相电抗器中的多个电抗器线圈的输入端与多相功率模块中的每相功率模块的交流输出端分别一一对应地连接。

根据本发明的一个实施例，还提供了一种风力发电机组，该风力发电机组包括上述的电力变换装置，其中，该电力变换装置为转子侧变换器。

综上，本发明实施例的水冷式空心电抗器通过设置电抗器单元10和水冷散热单元20，对应电抗器单元10中的多相电抗器在水冷散热单元20中设置多根冷却管21，并将多相电抗器中每相电抗器中的多个电抗器线圈对应地沿冷却管21的轴向螺旋缠绕于多根冷却管21的外壁上，使电抗器单元10中的多相电抗器能够集成于一套水冷散热单元20上，并通过水冷散热的方式对每相电抗器中的多个线圈进行冷却。相比现有的电抗器，本发明实施例的水冷式空心电抗器散热效果好，并且结构紧凑，占用空间小。

本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。并且，在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。

Claims (17)

1.一种水冷式空心电抗器，其特征在于，包括：电抗器单元(10)和水冷散热单元(20)，其中，

所述电抗器单元(10)包括相互独立的多相电抗器，所述多相电抗器(11，12，13)中的每相电抗器包括多个电抗器线圈(111，112，113)；

所述水冷散热单元(20)包括对应所述多相电抗器(11，12，13)设置的多根冷却管(21)，所述多根冷却管(21)彼此分隔地布置，以使所述每相电抗器的多个电抗器线圈(111，112，113)能够分别轴向螺旋缠绕于所述多根冷却管(21)的外壁，所述多根冷却管(21)对缠绕于其的电抗器线圈进行冷却。

2.根据权利要求1所述的水冷式空心电抗器，其特征在于，所述电抗器单元(10)中的所述每相电抗器包括的所述电抗器线圈的个数与所述多相电抗器(11，12，13)的相数相匹配；并且，所述多根冷却管(21)的个数与所述多相电抗器(11，12，13)的相数相匹配。

3.根据权利要求2所述的水冷式空心电抗器，其特征在于，所述电抗器单元(10)包括两相电抗器或三相电抗器(11，12，13)，对应的，所述每相电抗器包括两个电抗器线圈或三个电抗器线圈；对应的，所述水冷散热单元(20)包括两根冷却管(21)或三根冷却管(21)。

4.根据权利要求3所述的水冷式空心电抗器，其特征在于，所述电抗器单元(10)为三相电抗器(11，12，13)，对应的，所述每相电抗器包括三个所述电抗器线圈(111，112，113)。

5.根据权利要求4所述的水冷式空心电抗器，其特征在于，所述每相电抗器的三个所述电抗器线圈(111，112，113)的输入端分别从所述水冷散热单元(20)的同一侧伸出，并分别构成该相电抗器的三个交流输入端；所述每相电抗器的三个所述电抗器线圈(111，112，113)的输出端分别从所述水冷散热单元(20)的同一侧伸出，并短接构成该相电抗器的交流输出端。

6.根据权利要求5所述的水冷式空心电抗器，其特征在于，所述水冷散热单元(20)包括三根冷却管(21)，所述每根冷却管(21)沿其轴向分别缠绕有三个所述电抗器线圈(111，112，113)。

7.根据权利要求6所述的水冷式空心电抗器，其特征在于，所述每根冷却管(21)沿其轴向分别缠绕的三个所述电抗器线圈(111，112，113)为所述三相电抗器(11，12，13)中的各相电抗器中的一个所述电抗器线圈。

8.根据权利要求1至7任一项所述的水冷式空心电抗器，其特征在于，所述每个冷却管(21)的直径和长度根据缠绕于所述每个冷却管(21)的所述多个电抗器线圈(111，112，113)的线圈电感量和线圈匝数计算得出。

9.根据权利要求8所述的水冷式空心电抗器，其特征在于，所述每个冷却管(21)的直径和长度的比值的计算公式为：

$I=(0.01\×D\×N^2)/(\frac{L}{D}+0.44)$

其中：I为每根冷却管(21)上缠绕的多个电抗器线圈(111，112，113)的线圈电感量，D为每根冷却管(21)直径，N为每根冷却管(21)上缠绕的多个电抗器线圈(111，112，113)的线圈匝数，L为每根冷却管(21)的长度。

10.根据权利要求1-9所述的水冷式空心电抗器，其特征在于，所述每根冷却管(21)为具有中空结构的管体，所述管体的横截面的形状为圆形、矩形或者三角形。

11.根据权利要求10所述的水冷式空心电抗器，其特征在于，所述水冷散热单元(20)包括进水口(220)和出水口(230)，所述多根冷却管(21)各自的轴向两端分别与所述水冷散热单元(20)的所述进水口(220)以及所述出水口(230)连通，以使冷却液体能够通过所述进水口(220)和所述出水口(230)分别流经所述多根冷却管(21)。

12.根据权利要求11所述的水冷式空心电抗器，其特征在于，所述水冷散热单元(20)还包括第一集水器(22)和第二集水器(23)，所述第一集水器(22)连通于所述进水口(220)以及所述多根冷却管(21)之间；所述第二集水器(23)连通于所述出水口(230)以及所述多根冷却管(21)之间。

13.根据权利要求12所述的水冷式空心电抗器，其特征在于，所述第一集水器(22)和/或所述第二集水器(23)与所述多根冷却管(21)之间焊接连接。

14.根据权利要求1所述的水冷式空心电抗器，其特征在于，所述水冷散热单元(20)的轴向两端分别进行接地处理。

15.根据权利要求14所述的水冷式空心电抗器，其特征在于，所述水冷式空心电抗器还包括分别设置在所述水冷散热单元(20)轴向两端的固定支架(24)，并且所述固定支架(24)分别接地。

16.一种电力变换装置，其特征在于，所述电力变换装置包括：

彼此并联的多相功率模块，所述多相功率模块中的每相功率模块具有多个交流输出端；和

如权利要求1至15任一项所述的水冷式空心电抗器，其中，所述多相电抗器(11，12，13)的每相电抗器中的多个电抗器线圈(111，112，113)的输入端与所述多相功率模块中的每相功率模块的多个交流输出端分别一一对应地连接。

17.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求16所述的电力变换装置。