CN100414820C - 用于交流/交流电力转换的电力模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有基本结构的电力模块，在该基本结构中在基板上设有变流器、逆变器、平流电容器以及多个电抗器。变流器包括：用于三相的三对IGBT和多个第一二极管。变流器的每对中的IGBT相互串联连接。三对IGBT相互并联连接。各第一二极管按反向极性并联连接到对应的IGBT。逆变器包括：用于三相的三对IGBT和多个第一二极管。逆变器的每对中的IGBT相互串联连接。三对IGBT相互并联连接。各第一二极管按反向极性并联连接到对应的IGBT。平流电容器连接在变流器与逆变器之间。各电抗器连接在变流器的每对IGBT间的连接节点与未示出的AC电源的每相的输出端子之间。根据所需规格可以略去部分变流器组件和/或部分逆变器组件，从而使该电力模块适合各种类型的电力模块。
Description
技术领域
本发明涉及用于交流/交流电力转换的电力模块。更具体来说，本发明涉及用于利用变流器和逆变器把交流电压转换为希望的交流电压的电力模块。
背景技术
多年来，带有两个开关的电力模块或带有四个开关的电力模块是仅在电力转换领域中已广泛使用的装置。对这些电力模块进行标准化的主要原因是为了达到简化和通用的目的。以各种名称商业提供这种类型的电力模块，如：集成栅双极晶体管模块“IGBT MOD”、用于特定应用的智能模块“ASIPM”，以及双列直插式封装智能电力模块“DIP-IPM”。所有上述示例的开发都只是为了改善负载侧应用的状态。然而，由于缺乏激烈竞争的理由，所以输电设备网侧始终被忽视。
近年来，EMC规定和全世界市场经济已非常快速地改变了它们的状况。并且，一种新型电力模块已被引入市场。
首先，以下文献引入了一种矩阵模块：Olaf Simon，et al，“ModernSolution for Industrial Matrix-Converter Applications”，IEEE Transactions onIndustrial Electronics pp/401-406，Vol.49，No.2，April 2002，和Patrick W.Wheeler，et al，“Matrix converter：A Technology Review”，IEEE Transactionson Industrial Electronics pp/276-288，Vol.49，No.2，April 2002。如图1所示，该模块旨在实现三相的交流-交流转换。
第二，以下文献提出一种有源滤波器智能电力模块“A/F IPM”：G.Mjumdar，et al，“Intelligent power module applications”，IEEJ TechnicalReport No.842，pp.13-19，Jun 2001。如图2所示，“A/F IPM”旨在针对单相应用实现送电设备网侧的功率因数修正。
现有技术的电力模块存在以下问题：
1)通常，由于标准设计，对于特定应用，如输电设备网侧的功率因数修正，需要外部电路；
2)设计应根据每种应用类别(如供电类型(200V，100V，400V，……等)，和负载类型，如200V马达或400V马达)而改变。这导致模型类型的增加。这意味着最终产品的成本增加。
3)所提出的矩阵模块的优点在于：三相-三相系统的实现可以服务于所有系统。但是，它不能应用于单相/三相系统。这是因为该应用仅限于三相/三相系统和三相/单相系统。
4)“A/F IPM”技术针对特定应用的目的不能适用于三相-三相转换。
发明内容
鉴于上述问题提出了本发明。本发明的目的是提供一种电力模块，其可以容易地应对各种类型的电力模块。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于交流/交流电力转换的电力模块是这样一种电力模块，在该电力模块中，在已形成有必要布线的基板上安装构成多相变流器10的多个变流器组件、多个平流电容器5和构成多相逆变器20的多个逆变器组件，
该电力模块被构成为：在所述基板上安装有与电力模块的所需规格相符的至少一部分变流器组件和至少一部分逆变器组件，并且设置有必要的跨接装置，
该电力模块具有：
连接在所述多相变流器上的多个输入端子；
对所述多相变流器与所述多相逆变器之间进行连接的第1直流电源线；
对所述多相变流器与所述多相逆变器之间进行连接，施加比所述第1直流电源线低的电位的第2直流电源线；以及
连接在所述第1直流电源线与所述第2直流电源线之间的平流电容器5，
一个变流器组件具有：
将所述多个输入端子中的一个输入端子选择性地与所述第1直流电源线和所述第2直流电源线中的任一个相连接的开关组件；
负极与所述第1直流电源线相连接的第一二极管2；以及
正极与所述第2直流电源线相连接的第二二极管2，
所述跨接装置连接所述第一二极管的正极和所述第二二极管的负极以及所述多个输入端子中的另一个输入端子。
根据本发明的第二方面，提供了一种如第一方面所述的用于交流/交流电力转换的电力模块，其中，所述平流电容器5为两个，相互串联连接在所述第1直流电源线与所述第2直流电源线之间，
所述开关组件具有：
负极与所述第1直流电源线相连接的第三二极管12；
正极与所述第2直流电源线相连接的第四二极管12；
连接在所述第三二极管与所述第四二极管之间的晶体管11；以及
对所述一个输入端子、两个所述平流电容器5之间、所述晶体管的发射极和集电极进行连接的二极管电桥13。
根据本发明的第三方面，提供了一种如第一方面所述的用于交流/交流电力转换的电力模块，其中，
所述开关组件具有：
负极与所述第1直流电源线相连接的第三二极管14；
正极与所述第2直流电源线相连接的第四二极管14；
连接在所述第三二极管与所述第四二极管之间的晶体管11；
分别将正极连接到所述一个输入端子，将负极连接到所述第四二极管的负极与所述晶体管之间的第五二极管15；以及
分别将正极连接到所述第三二极管的正极与所述晶体管之间，将负极连接到所述一个输入端子的第六二极管15。
根据本发明的第四方面，提供了一种如第三方面所述的用于交流/交流电力转换的电力模块，该电力模块还具有：
连接到所述第1直流电源线与所述第2直流电源线之间的电抗器16；和
设置在所述第1直流电源线上，分别将正极与所述平流电容器相连接，将负极与所述电抗器相连接的第七二极管17。
根据本发明的第五方面，提供了一种如第三方面所述的用于交流/交流电力转换的电力模块，该电力模块还具有：
分别将正极连接到所述第2直流电源线，将负极连接到所述第1直流电源线的第七二极管18；和
设置在所述第1直流电源线上，连接在所述第七二极管与所述平流电容器之间的电抗器19。
根据本发明的第六方面，提供了一种用于交流/交流电力转换的电力模块，在该电力模块中，在已形成有必要布线的基板上安装构成多相变流器10的多个变流器组件、多个平流电容器5和构成多相逆变器20的多个逆变器组件，
该电力模块被构成为：在所述基板上安装有与电力模块的所需规格相符的至少一部分变流器组件和至少一部分逆变器组件，并且设置有必要的跨接装置，
该电力模块具有：
连接在所述多相变流器上的多个输入端子；
连接在所述多相逆变器上的多个输出端子；
对所述多相变流器与所述多相逆变器之间进行连接的第1直流电源线；
对所述多相变流器与所述多相逆变器之间进行连接，施加比所述第1直流电源线低的电位的第2直流电源线；以及
连接在所述第1与所述第2直流电源线之间的平流电容器，
所述平流电容器为两个，相互串联连接在所述第1直流电源线与所述第2直流电源线之间，
一个多相变流器组件具有：
负极与所述第1直流电源线相连接的第一二极管；
正极与所述第2直流电源线相连接的第二二极管；
连接在所述第一二极管与所述第二二极管之间的晶体管；以及
对所述多个输入端子中的一个输入端子、两个所述平流电容器之间、所述晶体管的发射极和集电极进行连接的二极管电桥，
所述跨接装置对所述平流电容器之间与所述多个输出端子中的一个输出端子进行连接。
根据本发明的第七方面，提供了一种如第六方面所述的用于交流/交流电力转换的电力模块，其中，所述跨接装置连接所述一个输出端子与所述多个输入端子中的另一个输入端子。
根据本发明的第八方面，提供了一种如第一至第七方面中的任一项所述的用于交流/交流电力转换的电力模块，其中，所述平流电容器5外装在所述基板上。
根据本发明的第九方面，提供了一种如第一至第七方面中的任一项所述的用于交流/交流电力转换的电力模块，其中，安装在所述基板上的所述多相变流器10为三相变流器10，所述多相逆变器20为三相逆变器20。
附图说明
图1是示出一种常规三相-三相电力模块的电路图；
图2是示出一种常规有源滤波器电力模块的框图；
图3是示出第一类型电力模块的基本拓扑结构的电路图；
图4是第一类型电力模块的一构成示例的示意图；
图5是第一类型电力模块的另一构成示例的示意图；
图6是第一类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图7是第一类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图8是第一类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图9是第一类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图10是第一类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图11是第一类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图12是第一类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图13是示出第二类型电力模块的基本拓扑结构的电路图；
图14是第二类型电力模块的一构成示例的示意图；
图15是第二类型电力模块的另一构成示例的示意图；
图16是第二类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图17是第二类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图18是第二类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图19是第二类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图20是第二类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图21是示出第三类型电力模块的基本拓扑结构的电路图；
图22是第三类型电力模块的一构成示例的示意图；
图23是第三类型电力模块的另一构成示例的示意图；
图24是第三类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图25是第三类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图26是第三类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图27是第三类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图28是第三类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图29是第三类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图30是第三类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图31是第三类型电力模块的又一构成示例的示意图；
图32是图4所示电力模块的修改示例的示意图；
图33是图5所示电力模块的修改示例的示意图；
图34是图6所示电力模块的修改示例的示意图；
图35是图7所示电力模块的修改示例的示意图；
图36是图8所示电力模块的修改示例的示意图；
图37是图9所示电力模块的修改示例的示意图；
图38是图10所示电力模块的修改示例的示意图；
图39是图11所示电力模块的修改示例的示意图；
图40是图12所示电力模块的修改示例的示意图；
图41是图14所示电力模块的修改示例的示意图；
图42是图15所示电力模块的修改示例的示意图；
图43是图16所示电力模块的修改示例的示意图；
图44是图17所示电力模块的修改示例的示意图；
图45是图18所示电力模块的修改示例的示意图；
图46是图19所示电力模块的修改示例的示意图；
图47是图20所示电力模块的修改示例的示意图；
图48是图22所示电力模块的修改示例的示意图；
图49是图23所示电力模块的修改示例的示意图；
图50是图24所示电力模块的修改示例的示意图；
图51是图26所示电力模块的修改示例的示意图；
图52是图27所示电力模块的修改示例的示意图；
图53是图28所示电力模块的修改示例的示意图；以及
图54是图29所示电力模块的修改示例的示意图。
具体实施方式
以下参照附图，对根据本发明一实施例的用于交流/交流电力转换的电力模块进行详细描述。
本发明包括三种类型的用于交流/交流电力转换的电力模块：
(A)第一类型电力模块基于升压型拓扑结构。
(B)第二类型电力模块基于升压三电平型拓扑结构。
(C)第三类型电力模块基于降压/升压电流源型拓扑结构。
通过添加/去除相应的必要/不必要单个器件，可以将所提出的三种电力模块中的每种电力模块应用于不同情况。
(A)第一类型：
图3示出了一种基本电力转换模块，该基本电力转换模块用于把恒压和恒频的三相交流电源转换为带有可变电压和可变频率控制系统的三相交流输出电源。该基本电力转换模块包括：交流/直流转换部(变流器)10；直流/交流转换部(逆变器)20；平流电容器5，连接在变流器10与逆变器20之间；以及多个电抗器6，各电抗器6连接在变流器10的各对IGBT开关1的连接点与交流电源的各相的输出端子之间。并且，必要时，在输入端子之间连接有电容器7。交流/直流转换部(变流器)10包括：三对IGBT开关1，每对IGBT开关1相互串联连接，并且三对IGBT开关1对于三相相互并联连接；和各按反向极性并联连接到各IGBT开关1的第一二极管2。直流/交流转换部(逆变器)20包括：三对IGBT开关3，每对IGBT开关3相互串联连接，并且三对IGBT开关3对于三相相互并联连接；和各按反向极性并联连接到各IGBT开关3的二极管4。
如图4中所示，使用与集成IGBT标准模块相似的表面安装IGBT器件把所提出的三相-三相系统集成到一个模块中。根据表1所示的输入和输出要求来设计该表面安装IGBT器件。
表1
通过根据以下特定应用的要求只改变表面安装电力器件的类型，可以修改所提出的三相-三相电力模块。在以下各图中，粗实线表示跨接线。
(1)图4的三相-三相电力模块包括12个表面安装二极管2、4和表面安装IGBT开关1、3。略去了位于一侧的表面安装平流电容器5。通过控制IGBT开关1、3，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，控制了直流线路电压，并且从负载向电源回收了电力。
图32的三相-三相电力模块与图4的三相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此，通过控制IGBT开关1、3，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，控制了直流线路电压，并且从负载向电源回收了电力。
(2)图7的三相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的6个表面安装二极管2，作为变流器10；以及位于负载侧的4个表面安装二极管4和表面安装IGBT开关3，作为逆变器20。该构成用于仅考虑效率的应用。在变流器10与平流电容器5之间从外部连接有电抗器8，来代替在变流器10的输入侧连接电抗器6。
图35的三相-三相电力模块与图7的三相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此，该构成也用于仅考虑效率的应用。
(3)图5的三相-三相电力模块包括10个表面安装IGBT开关1、3。10个IGBT开关中的6个IGBT开关位于输电设备网侧的变流器10中，而其余4个IGBT开关3位于负载侧的逆变器20中。通过控制IGBT开关1、3，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，控制了直流线路电压，并且从负载向电源回收了电力。而且，通过将位于负载侧的IGBT开关3减少2个，降低了开关损耗并提高了效率。
图33的三相-三相电力模块与图5的三相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此，通过控制IGBT开关1、3，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，控制了直流线路电压，并且从负载向电源回收了电力。而且，通过将位于负载侧的IGBT开关3减少2个，降低了开关损耗并提高了效率。
(4)图6的三相-三相电力模块包括8个表面安装IGBT开关1、3。8个IGBT开关中的4个IGBT开关位于输电设备网侧的变流器10中，而其余4个IGBT开关3位于负载侧的逆变器20中。由于将2个平流电容器5相互串联连接，所以可以执行电压倍增操作。通过控制IGBT开关1、3，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，控制了直流线路电压，并且从负载向电源回收了电力。而且，通过将位于负载侧的IGBT开关3减少4个，降低了开关损耗并提高了效率。
图34的三相-三相电力模块与图6的三相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此，通过控制IGBT开关1、3，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，控制了直流线路电压，并且从负载向电源回收了电力。而且，通过将位于负载侧的IGBT开关3减少4个，降低了开关损耗并提高了效率。
通过根据以下特定应用的要求仅改变表面安装电力器件的类型，可以把上述三相-三相电力模块修改成单相-三相电力模块。
(1)图8的单相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的变流器10的4个表面安装二极管2；以及位于负载侧的逆变器20的6个表面安装二极管4和6个表面安装IGBT开关3。如图8所示，该电力模块使用了电压加倍拓扑结构以提高输出电压(将一对表面安装平流电容器5相互串联连接)。该单相-三相电力模块用于其中输入电源低(例如，在日本为100V)并且IEC规定无效的应用。在变流器10与平流电容器5之间从外部连接了电抗器8，来代替在变流器10的输入侧连接电抗器6。
图36的单相-三相电力模块与图8的单相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此，该单相-三相电力模块用于其中输入电源低(例如，在日本为100V)并且IEC规定无效的应用。
(2)图9的单相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的变流器10的4个表面安装二极管2；以及位于负载侧的逆变器20的6个表面安装二极管4和6个表面安装IGBT开关3。因此，该单相-三相电力模块用于其中IEC规定无效的应用。在变流器10与平流电容器5之间从外部连接了电抗器8，来代替在变流器10的输入侧连接电抗器6。
图37的单相-三相电力模块与图9的单相-三相电力模块的不同点仅在于：从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此该单相-三相电力模块用于其中IEC规定无效的应用。在变流器10与平流电容器5之间从外部连接了电抗器8，来代替在变流器10的输入侧连接电抗器6。
(3)图10的单相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的变流器10的2个表面安装二极管2和2个表面安装IGBT开关1；以及位于负载侧的逆变器20的6个表面安装二极管4和6个表面安装IGBT开关3。如图10所示，该电力模块使用了电压加倍拓扑结构来提高输出电压(将一对表面安装平流电容器5相互串联连接)。该单相-三相电力模块用于其中输入电源低(例如，在日本为100V)并且IEC规定有效的应用。
图38的单相-三相电力模块与图10的单相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此，该单相-三相电力模块用于其中输入电源低(例如，在日本为100V)并且IEC规定有效的应用。
(4)图11的单相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的变流器10的4个表面安装IGBT开关1和4个表面安装二极管2；以及位于负载侧的逆变器20的6个表面安装二极管4和6个表面安装IGBT开关3。因此，该单相-三相电力模块用于其中IEC规定无效的应用。
图39的单相-三相电力模块与图11的单相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此，该单相-三相电力模块用于其中IEC规定无效的应用。
(5)图12的单相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的变流器10的2个表面安装二极管2和2个表面安装IGBT开关1；以及位于负载侧的逆变器20的4个表面安装二极管4和4个表面安装IGBT开关3。如图12所示，该电力模块使用了电压加倍拓扑结构来提高输出电压(将一对表面安装平流电容器5相互串联连接)。该单相-三相电力模块用于其中输入电源低(例如，在日本为100V)并且IEC规定有效的应用。
图40的单相-三相电力模块与图12的单相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此，该单相-三相电力模块用于其中输入电源低(例如，在日本为100V)并且IEC规定有效的应用。
图13示出了一种基本电力转换模块，该基本电力转换模块用于把恒压和恒频的三相交流电源转换为带有可变电压和可变频率控制系统的三相交流输出电源。在该基本电力转换模块中，位于输电设备网侧的变流器10构成有用于各相的串联连接的一个IGBT开关11和两个反接二极管12，并设置有二极管电桥13，该二极管电桥13的一对相对连接点连接到IGBT开关11的发射极端子、集电极端子，并且该二极管电桥13的另一对相对连接点被确定为输入端子、输出端子。并且，将一对平流电容器5相互串联连接，以执行电压倍增操作。位于负载侧的逆变器20的构成与图4的电力模块中的相同。因此，略去对该逆变器20的描述。
如图14所示，使用与集成IGBT标准模块相似的表面安装IGBT器件把所提出的三相-三相系统集成到一个模块中。根据表2所示的输入和输出要求来设计该表面安装IGBT器件。
表2
通过根据以下特定应用的要求仅改变表面安装电力器件的类型，可以修改所提出的三相-三相电力模块。
(1)图14的三相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的变流器的18个表面安装二极管12、13和3个表面安装IGBT开关11；以及位于负载侧的逆变器20的6个表面安装二极管4和6个表面安装IGBT开关3。通过控制表面安装IGBT开关11，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，并控制直流线路电压以减小位于负载侧的逆变器20的IGBT开关11的额定电流。
图41的三相-三相电力模块与图14的三相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此，通过控制表面安装IGBT开关11，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，并控制了直流线路电压以减小位于负载侧的逆变器20的IGBT开关11的额定电流。
(2)图15的三相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的变流器10的6个表面安装二极管2；以及位于负载侧的逆变器20的6个表面安装二极管4和6个表面安装IGBT开关3。该三相-三相电力模块用于仅考虑效率的应用。在变流器10与平流电容器5之间从外部连接了电抗器8，来代替在变流器10的输入侧连接电抗器6。
图42的三相-三相电力模块与图15的三相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此，该三相-三相电力模块用于仅考虑效率的应用。在变流器10与平流电容器5之间从外部连接了电抗器8，来代替在变流器10的输入侧连接电抗器6。
(3)图16的三相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的变流器10的18个表面安装二极管12、13和3个表面安装IGBT开关11；位于负载侧的逆变器20的4个表面安装二极管4和4个表面安装IGBT开关3；以及用于电压加倍的一对平流电容器5。通过控制3个表面安装IGBT开关11，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，并控制了直流线路电压以减小位于负载侧的逆变器20的IGBT开关的额定电流。并且，通过减少位于负载侧的逆变器20的IGBT开关3的数量，降低了开关损耗并提高了效率。
图43的三相-三相电力模块与图16的三相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此，通过控制3个表面安装IGBT开关11，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，并控制了直流线路电压以减小位于负载侧的逆变器20的IGBT开关的额定电流。
(4)图17的三相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的变流器10的12个表面安装二极管12、13和2个表面安装IGBT开关11；位于负载侧的逆变器20的6个表面安装二极管4和6个表面安装IGBT开关3；以及用于电压加倍的一对平流电容器5。通过控制2个表面安装IGBT开关11，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，并控制了直流线路电压以减小位于负载侧的逆变器20的IGBT开关的额定电流。并且，通过减少位于输电设备网侧的变流器10的有源开关的总数，降低了开关损耗并提高了效率。
图44的三相-三相电力模块与图17的三相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此，通过控制2个表面安装IGBT开关11，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，并控制了直流线路电压以减小位于负载侧的逆变器20的IGBT开关的额定电流。并且，通过减少位于输电设备网侧的变流器10的有源开关的总数，降低了开关损耗并提高了效率。
通过根据以下特定应用的要求仅改变表面安装电力器件的类型，可以把该三相-三相电力模块修改成单相-三相电力模块。
(1)图18的单相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的变流器10的8个表面安装二极管12、13和1个表面安装IGBT开关11；位于负载侧的逆变器20的6个表面安装二极管4和6个表面安装IGBT开关3；以及用于电压加倍的一对平流电容器5。通过控制1个表面安装IGBT开关11，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，并控制了直流线路电压以减小位于负载侧的逆变器的IGBT开关3和二极管4的额定电流。并且，该单相-三相电力模块用于其中IEC规定有效的低输入电压应用。
图45的单相-三相电力模块与图18的单相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此，通过控制1个表面安装IGBT开关11，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，并控制了直流线路电压以减小位于负载侧的逆变器的IGBT开关3和二极管4的额定电流。并且，该单相-三相电力模块用于其中IEC规定有效的低输入电压应用。
(2)图19的单相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的变流器10的4个表面安装二极管12；以及位于负载侧的逆变器20的6个表面安装二极管和6个表面安装IGBT开关3。因此，该单相-三相电力模块用于其中IEC规定无效的应用。在输电设备网侧的变流器10与平流电容器5之间从外部连接了电抗器8，来代替在输电设备网侧的变流器10的输入侧连接电抗器6。
图46的单相-三相电力模块与图19的单相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此，该单相-三相电力模块用于其中IEC规定无效的应用。在输电设备网侧的变流器10与平流电容器5之间从外部连接了电抗器8，来代替在输电设备网侧的变流器10的输入侧连接电抗器6。
(3)图20的单相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的变流器10的8个表面安装二极管12、13和1个表面安装IGBT开关11；以及位于负载侧的逆变器20的4个表面安装二极管4和4个表面安装IGBT开关3。通过控制1个表面安装IGBT开关11，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，并控制了直流线路电压以减小位于负载侧的逆变器20的IGBT开关3和二极管4的额定电流。通过减少位于两侧的有源开关的总数，降低了开关损耗并提高了效率。并且，该单相-三相电力模块用于其中IEC规定有效的低输入电压应用。
图47的单相-三相电力模块与图20的单相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此，通过控制1个表面安装IGBT开关11，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，并控制了直流线路电压以减小位于负载侧的逆变器20的IGBT开关3和二极管4的额定电流。通过减少位于两侧的有源开关的总数，降低了开关损耗并提高了效率。并且，该单相-三相电力模块用于其中IEC规定有效的低输入电压应用。
图21示出了一种基本电力转换模块，该基本电力转换模块用于把恒压和恒频的三相交流电源转换为带有可变电压和可变频率控制系统的三相交流输出电源。该基本电力转换模块与图13的基本电力转换模块的不同之处在于：使用正接的一对二极管14来代替反接的二极管12；设置一对二极管15来代替二极管电桥13，这一对二极管15串联反接在IGBT开关11的发射极端子与集电极端子之间，并且这一对二极管15的连接端子连接到位于输入侧的电抗器；电抗器16与由表面安装IGBT开关11和正接的一对二极管14构成的串联电路并联连接；并且设置有反接的二极管17，其连接在电抗器16与平流电容器5之间。
如图22所示，使用与集成IGBT标准模块相似的表面安装IGBT器件和二极管器件把所提出的三相-三相系统集成到一个模块中。根据表3所示的输入和输出要求来设计该表面安装IGBT器件和二极管器件。
表3
通过根据以下特定应用的要求仅改变表面安装电力器件的类型，可以修改所提出的三相-三相电力模块。
(1)图22所示的三相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的13个表面安装二极管14、15和3个表面安装IGBT开关11，用于构成降压/升压型变流器10；以及位于负载侧的逆变器20的6个表面安装二极管4和6个表面安装IGBT开关3。通过控制3个IGBT开关11，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，并从0伏到一超出最大输入电压的电压控制直流线路电压以进行脉冲幅度调制(PAM)。通过在高电力范围内提高直流电压，减小了位于负载侧的逆变器的IGBT开关3的额定电流和位于负载侧的逆变器的二极管4的额定电流。由表面安装IGBT开关11和正接的一对二极管14构成的串联电路并联连接有电抗器16，并且在电抗器16与平流电容器5之间反接有二极管17。因此，可以执行升降压操作。在输入侧连接有电抗器6，并且在输入侧的多个端子之间连接有电容器7。
图48的三相-三相电力模块与图22的三相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5和电抗器16。因此，通过控制3个IGBT开关11，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，并从0伏到一超出最大输入电压的电压控制了直流线路电压以进行脉冲幅度调制(PAM)。通过在高电力范围内提高直流电压，减小了位于负载侧的逆变器的IGBT开关3的额定电流和位于负载侧的逆变器的二极管4的额定电流。由表面安装IGBT开关11和正接的一对二极管14构成的串联电路并联连接有电抗器16，并且在电抗器16与平流电容器5之间反接有二极管17。因此，可以执行升降压操作。在输入侧连接有电抗器6，并且在输入侧的多个端子之间连接有电容器7。
(2)图23所示的三相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的13个表面安装二极管14、15和3个表面安装IGBT开关11，用于构成降压型变流器10；以及位于负载侧的6个表面安装二极管4和6个表面安装IGBT开关3。通过控制3个IGBT开关11，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，并从0伏到一超出最大输入电压的电压控制直流线路电压以进行脉冲幅度调制(PAM)，并且通过在高电力范围内提高直流电压，减小了位于负载侧的逆变器的IGBT开关3的额定电流和位于负载侧的逆变器的二极管4的额定电流。由表面安装IGBT开关11和正接的一对二极管14构成的串联电路并联连接有二极管18，并且在二极管18与平流电容器5之间连接有电抗器19。因此，可以执行升降压操作。在输入侧连接有电抗器6，并且在输入侧的多个端子之间连接有电容器7。
图49的三相-三相电力模块与图23的三相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此，通过控制3个IGBT开关11，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，并从0伏到一超出最大输入电压的电压控制直流线路电压以进行脉冲幅度调制(PAM)。通过在高电力范围内提高直流电压，减小了位于负载侧的逆变器的IGBT开关3的额定电流和位于负载侧的逆变器的二极管4的额定电流。由表面安装IGBT开关11和正接的一对二极管14构成的串联电路并联连接有二极管18，并且在二极管18与平流电容器5之间连接有电抗器19。因此，可以执行升降压操作。在输入侧连接有电抗器6，并且在输入侧的多个端子之间连接有电容器7。
(3)图24所示的三相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的变流器10的6个表面安装二极管14；以及位于负载侧的6个表面安装二极管4和位于负载侧的6个表面安装IGBT开关3。该三相-三相电力模块用于仅考虑效率的应用。在输电设备网侧的变流器10与平流电容器5之间从外部连接了电抗器8，来代替在输电设备网侧的变流器10的输入侧设置电抗器6。
图50的三相-三相电力模块与图24的三相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此，该三相-三相电力模块用于仅考虑效率的应用。在输电设备网侧的变流器10与平流电容器5之间从外部连接了电抗器8，来代替在输电设备网侧的变流器10的输入侧设置电抗器6。
(4)图25所示的三相-三相电力模块是图23的电路的扩展版。具体来说，略去了电抗器18和平流电容器5。该三相-三相电力模块用于从电路拓扑结构中完全去除电抗器和电容器。该三相-三相电力模块是针对其中IEC规定有效的应用而提出的。
通过根据以下特定应用的要求仅改变表面安装电力器件的类型，可以把所提出的三相-三相电力模块修改成单相-三相电力模块。
(1)图26的单相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的8个表面安装二极管14、15和2个表面安装IGBT开关11，用于构成降压/升压型变流器10；以及位于负载侧的逆变器20的6个表面安装二极管4和6个表面安装IGBT开关3。通过控制2个IGBT开关11，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，并控制了直流线路电压，以针对其中IEC规定有效的应用减少位于负载侧的逆变器的IGBT和二极管的额定电流。由表面安装IGBT开关11和正接的一对二极管14构成的串联电路并联连接有电抗器16，并且在电抗器16与平流电容器5之间反接有二极管17。因此，可以执行升降压操作。在输入侧连接有电抗器6，并且在输入侧的多个端子之间连接有电容器7。
图51的单相-三相电力模块与图26的单相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5和电抗器16。因此，通过控制2个IGBT开关11，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，并控制了直流线路电压，以针对其中IEC规定有效的应用减少位于负载侧的逆变器的IGBT和二极管的额定电流。由表面安装IGBT开关11和正接的一对二极管14构成的串联电路并联连接有电抗器16，并且在电抗器16与平流电容器5之间反接有二极管17。因此，可以执行升降压操作。在输入侧连接有电抗器6，并且在输入侧的多个端子之间连接有电容器7。
(2)图27的单相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的8个表面安装二极管14、15和2个表面安装IGBT开关11，用于构成降压/升压型变流器10；以及位于负载侧的逆变器20的6个表面安装二极管4和6个表面安装IGBT开关3。通过控制2个IGBT开关11，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，并控制了直流线路电压，以针对其中IEC规定有效的应用减少位于负载侧的逆变器的IGBT和二极管的额定电流。由表面安装IGBT开关11和正接的一对二极管14构成的串联电路并联连接有二极管18，并且在二极管18与平流电容器5之间反接有电抗器19。因此，可以执行升降压操作。在输入侧连接有电抗器6，并且在输入侧的多个端子之间连接有电容器7。
图52的单相-三相电力模块与图27的单相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此，可以执行降压操作。在输入侧连接有电抗器6，并且在输入侧的多个端子之间连接有电容器7。
(3)图28的单相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的6个表面安装二极管14、15和1个表面安装IGBT开关11，用于构成降压/升压型变流器10；以及位于负载侧的逆变器20的6个表面安装二极管4和6个表面安装IGBT开关3。通过控制1个IGBT开关11，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，并控制了直流线路电压，以针对其中IEC规定有效的应用减少位于负载侧的逆变器的IGBT和二极管的额定电流。由表面安装IGBT开关11和正接的一对二极管14构成的串联电路并联连接有电抗器16，并且在电抗器16与平流电容器5之间反接有二极管17。因此，可以执行升降压操作。在输入侧连接有电抗器6，并且在输入侧的多个端子之间连接有电容器7。
图53的单相-三相电力模块与图28的单相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5和电抗器16。因此，可以执行升降压操作。在输入侧连接有电抗器6，并且在输入侧的多个端子之间连接有电容器7。
(4)图29的单相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的6个表面安装二极管14、15和1个表面安装IGBT开关11，用于构成降压型变流器10；以及位于负载侧的逆变器20的6个表面安装二极管4和6个表面安装IGBT开关3。通过控制1个IGBT开关11，减少了输电设备网侧的谐波分量电流，并控制了直流线路电压，以针对其中IEC规定有效的应用减少位于负载侧的逆变器的IGBT和二极管的额定电流。由表面安装IGBT开关11和正接的一对二极管14构成的串联电路并联连接有二极管18，并且在二极管18与平流电容器5之间反接有电抗器19。因此，可以执行降压操作。在输入侧连接有电抗器6，并且在输入侧的多个端子之间连接有电容器7。
图54的单相-三相电力模块与图29的单相-三相电力模块的不同之处仅在于：前者从外部通过接合部(引线)连接了平流电容器5。因此，可以执行降压操作。在输入侧连接有电抗器6，并且在输入侧的多个端子之间连接有电容器7。
(5)图30所示的单相-三相电力模块是图27的电路的扩展版。具体来说，略去了平流电容器5和电抗器19。该单相-三相电力模块用于从针对其中IEC规定有效的应用的电路拓扑结构中完全去除电抗器和电容器。
(6)图31所示的单相-三相电力模块包括：位于输电设备网侧的变流器10的4个表面安装二极管14；以及位于负载侧的逆变器20的6个表面安装二极管4和6个表面安装IGBT开关3。该单相-三相电力模块用于仅考虑效率的应用。在输电设备网侧的变流器10与平流电容器5之间从外部连接了电抗器8，来代替在输电设备网侧的变流器10的输入侧设置电抗器6。
根据现有技术可知各上述电力模块中的变流器的控制和逆变器的控制，因此略去其详细描述。
Claims (9)
1. 一种用于交流/交流电力转换的电力模块，在该电力模块中，在已形成有必要布线的基板上安装构成多相变流器(10)的多个变流器组件、多个平流电容器(5)和构成多相逆变器(20)的多个逆变器组件，
该电力模块被构成为：在所述基板上安装有与电力模块的所需规格相符的至少一部分变流器组件和至少一部分逆变器组件，并且设置有必要的跨接装置，
该电力模块具有：
连接在所述多相变流器上的多个输入端子；
对所述多相变流器与所述多相逆变器之间进行连接的第1直流电源线；
对所述多相变流器与所述多相逆变器之间进行连接，施加比所述第1直流电源线低的电位的第2直流电源线；以及
连接在所述第1直流电源线与所述第2直流电源线之间的平流电容器(5)，
一个变流器组件具有：
将所述多个输入端子中的一个输入端子选择性地与所述第1直流电源线和所述第2直流电源线中的任一个相连接的开关组件；
负极与所述第1直流电源线相连接的第一二极管(2)；以及
正极与所述第2直流电源线相连接的第二二极管(2)，
所述跨接装置连接所述第一二极管的正极和所述第二二极管的负极以及所述多个输入端子中的另一个输入端子。
2. 如权利要求1所述的用于交流/交流电力转换的电力模块，其中，所述平流电容器(5)为两个，相互串联连接在所述第1直流电源线与所述第2直流电源线之间，
所述开关组件具有：
负极与所述第1直流电源线相连接的第三二极管(12)；
正极与所述第2直流电源线相连接的第四二极管(12)；
连接在所述第三二极管与所述第四二极管之间的晶体管(11)；以及
对所述一个输入端子、两个所述平流电容器(5)之间、所述晶体管的发射极和集电极进行连接的二极管电桥(13)。
3. 如权利要求1所述的用于交流/交流电力转换的电力模块，其中，所述开关组件具有：
负极与所述第1直流电源线相连接的第三二极管(14)；
正极与所述第2直流电源线相连接的第四二极管(14)；
连接在所述第三二极管与所述第四二极管之间的晶体管(11)；
分别将正极连接到所述一个输入端子，将负极连接到所述第四二极管的负极与所述晶体管之间的第五二极管(15)；以及
分别将正极连接到所述第三二极管的正极与所述晶体管之间，将负极连接到所述一个输入端子的第六二极管(15)。
4. 如权利要求3所述的用于交流/交流电力转换的电力模块，该电力模块还具有：
连接到所述第1直流电源线与所述第2直流电源线之间的电抗器(16)；和
设置在所述第1直流电源线上，分别将正极与所述平流电容器相连接，将负极与所述电抗器相连接的第七二极管(17)。
5. 如权利要求3所述的用于交流/交流电力转换的电力模块，该电力模块还具有：
分别将正极连接到所述第2直流电源线，将负极连接到所述第1直流电源线的第七二极管(18)；和
设置在所述第1直流电源线上，连接在所述第七二极管与所述平流电容器之间的电抗器(19)。
6. 一种用于交流/交流电力转换的电力模块，在该电力模块中，在已形成有必要布线的基板上安装构成多相变流器(10)的多个变流器组件、多个平流电容器(5)和构成多相逆变器(20)的多个逆变器组件，
该电力模块被构成为：在所述基板上安装有与电力模块的所需规格相符的至少一部分变流器组件和至少一部分逆变器组件，并且设置有必要的跨接装置，
该电力模块具有：
连接在所述多相变流器上的多个输入端子；
连接在所述多相逆变器上的多个输出端子；
对所述多相变流器与所述多相逆变器之间进行连接的第1直流电源线；
对所述多相变流器与所述多相逆变器之间进行连接，施加比所述第1直流电源线低的电位的第2直流电源线；以及
连接在所述第1与所述第2直流电源线之间的平流电容器，
所述平流电容器为两个，相互串联连接在所述第1直流电源线与所述第2直流电源线之间，
一个多相变流器组件具有：
负极与所述第1直流电源线相连接的第一二极管；
正极与所述第2直流电源线相连接的第二二极管；
连接在所述第一二极管与所述第二二极管之间的晶体管；以及
对所述多个输入端子中的一个输入端子、两个所述平流电容器之间、所述晶体管的发射极和集电极进行连接的二极管电桥，
所述跨接装置对所述平流电容器之间与所述多个输出端子中的一个输出端子进行连接。
7. 如权利要求6所述的用于交流/交流电力转换的电力模块，其中，所述跨接装置连接所述一个输出端子与所述多个输入端子中的另一个输入端子。
8. 如权利要求1至7中的任一项所述的用于交流/交流电力转换的电力模块，其中，所述平流电容器(5)外装在所述基板上。
9. 如权利要求1至7中的任一项所述的用于交流/交流电力转换的电力模块，其中，安装在所述基板上的所述多相变流器(10)为三相变流器(10)，所述多相逆变器(20)为三相逆变器(20)。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080827 Termination date: 20150730 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |