[发明专利]一种模块化功率柜

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率装置的柜体，尤其是涉及一种应用于中高压大功率电力电子成套装置的通用模块化功率柜。

背景技术

随着现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展，交流调速逐步取代了直流调速，特别是近些年来，随着半导体器件技术的迅速发展，尤其是以绝缘栅双极晶体管（IGBT）、电子注入增强门极晶体管（IEGT）、门控晶闸管（GTO）、集成门极换向晶闸管（IGCT）为代表的大功率全控器件得到急速发展，由它们构成的中高压变流器系统，性能优异，可以实现PWM逆变和PWM整流，不仅具有谐波小，功率因数也有很大程度的提高。其中，IGCT和IGBT作为目前高效率、高可靠性的新型电力半导体器件，在现代中高压变频器系统中应用最多。

其中，IGCT集成门极换流晶闸管(Intergrated Gate Commutated Thyristors)和绝缘栅双极晶体管（IGBT）都是用于中高压大功率电力电子成套装置中的新型电力半导体器件。IGBT和IGCT等大功率开关器件的应用使变流装置在功率、可靠性、开关速度、效率、成本、重量和体积等方面都取得了巨大进展，给电力电子成套装置带来了新的飞跃，已经广泛的应用于中高压变流、变频功率装置。目前市场上出现的多数IGBT或IGCT中高压功率柜主要应用于中高压变频器，有效的实现了电机调速，在节能环保方面取得了非常显著的效果。

常用的变频器系统多数由若干个功率单元构成，一般分为控制单元、整流单元和逆变单元的三个基本单元。由于大功率开关器件的应用要求比较苛刻，在整个系统如何有效分配这个三个单元的组合上，出现了很多方案，大体分成了两大类，一类是整个系统集合成一个一体式结构的系统柜；另一类是完全拆分成三个小单元柜的单体式结构。但这两种结构明显存在着多种弊端。

单体式结构柜仅包含功率模块及与之关联的主电路连线，这种结构虽然能将功率柜做到最小尺寸，但是在实际应用中不仅装配麻烦，而且因为控制部分与功率柜分开，在应用中需要在现场对所有控制线缆和光纤进行连接，大量的线缆连接不仅费时费力，极大降低了现场安装调试效率，而且接线一旦错误，往往会损坏变流器关键部件，甚至导致整机故障，给安装调试带来麻烦；同时若将大量信号电缆分为两部分连接，也会大大降低控制线缆的抗电磁干扰能力，以至在极端情况下干扰信号会造成系统误报故障而导致停机。

一体式结构的功率柜是将整流、逆变和控制三部分集成在一个柜体之内，由于采用了不可拆卸的整体结构方案，体积和重量都非常庞大，运输、吊装和安装都非常困难，同时这种结构的功率柜仅能实现单个电机的单传动应用，无法满足目前工业领域中常用的多传动、冗余传动及双重化传动等应用需求。因此，如何实现整个功率系统的有效组合分配，方便整个系统的运输、安装和检修成了目前功率柜应用的首要难题，对此国内外均没有很好的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种模块化功率柜，该装置实现了功率单元和控制单元的有效整合，既解决了一体式结构的功率柜系统庞大而不利运输和安装的问题，又使得接线及调试更为方便和可靠。

本发明具体提供了一种模块化功率柜的具体实施方式，一种模块化功率柜，包括：控制箱，辅助电路，电抗器，相模块，柜体，低感母排A，母排，低感母排B，支撑电容，出水管路，进水管路，柜体划分为高压区和低压区，低压区和高压区之间有金属板进行隔离，高压区包括相模块、电抗器和支撑电容，相模块和电抗器自上而下分布于柜体内，低压区包括控制箱和辅助电路，控制箱和辅助电路通过柜体布线与包括相模块在内的高压区的弱电部分相连，低压区的控制箱和高压区相模块的功率器件通过电缆或光纤连接，由出水管路和进水管路组成的水冷却管路分布在柜体的上下两端。功率单元和控制单元的有效整合，解决了功率柜庞大而不利运输和安装的问题，通用性更强，集成度更高。

作为本发明一种模块化功率柜进一步的实施方式，电抗器，相模块和支撑电容通过低感母排实现电路连接，低感母排之间采用母排或电缆连接。

作为本发明一种模块化功率柜进一步的实施方式，电抗器和相模块通过低感母排A和母线连接在一起，自上至下分三层均布在柜体中，通过抽屉式推拉结构组装在柜体中；支撑电容分布在控制箱的后部，分三层均布在柜体中，通过抽屉式推拉结构组装在柜体中，支撑电容和相模块通过低感母排B连接在一起；电抗器，支撑电容和相模块后通过连接母排连接在一起，实现整个电路的连接。

作为本发明一种模块化功率柜进一步的实施方式，相模块为IGCT或IGBT相模块。

作为本发明一种模块化功率柜进一步的实施方式，控制箱，辅助电路分布在支撑电容的前方。