阅读说明：本技术 一种级联的高压变频器 (Cascaded high-voltage frequency converter ) 是由 仲华 于 2019-11-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及变频器技术领域,尤其涉及一种级联的高压变频器,包括变压器、连接结构、控制组件以及功率模块,其中,功率模块包括：一第一相输出单元,包括至少两个第一功率子单元,分布于功率模块的第一层和第二层；一第二相输出单元,包括至少两个第二功率子单元,分布于功率模块的第二层和第三层；一第三相输出单元,包括至少两个第三功率子单元,分布于功率模块的第三层和第四层；每一相输出单元中的连接至负载的功率子单元位于同一侧端。本发明的技术方案的有益效果在于：便于功率模块中各个功率子单元之间连接,保证高压变频器的输出端方便地与负载连接,使其内部布线方便,且满足不同用户的个性化需求,从而提升用户的使用满意度。(The invention relates to the technical field of frequency converters, in particular to a cascaded high-voltage frequency converter, which comprises a transformer, a connection structure, a control assembly and a power module, wherein the power module comprises: the first phase output unit comprises at least two first power subunits which are distributed on a first layer and a second layer of the power module; the second phase output unit comprises at least two second power subunits which are distributed on a second layer and a third layer of the power module; the third phase output unit comprises at least two third power subunits which are distributed on a third layer and a fourth layer of the power module; the power sub-units connected to the load in each phase output unit are located at the same side end. The technical scheme of the invention has the beneficial effects that: the power modules are connected with each other conveniently, the output end of the high-voltage frequency converter is connected with the load conveniently, the internal wiring of the high-voltage frequency converter is convenient, the individual requirements of different users are met, and therefore the using satisfaction of the users is improved.)

一种级联的高压变频器

技术领域

本发明涉及变频器技术领域，尤其涉及一种级联的高压变频器。

背景技术

高压变频器是一种利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。随着电力电子技术的快速发展，高压变频器在电力、冶金、石油、化工等领域的得到广泛应用，现有技术中，主要有2电平电流源型高压变频器、3电平电压源型变频器和功率单元级联多电平高压变频器。高压变频器主要包括变压器部分和功率单元部分，根据输出电压的等级不同，高压变频器由不同数量的功率单元级联而成，输出电压越高功率单元数量越多，随着功率单元数量的增多会造成高压变频器的体积增大。

由于功率单元级联技术构成的高压变频调速装置，有着谐波小、单元可互换、可批量生产、维护方便等优点，得到了市场的认可，具有很好的发展前景。目前广泛使用的单元级联高压变频调速装置，普遍采用2电平H桥功率单元级联方式，而2电平H桥功率单元级联高压变频调速装置通常功率单元数较多。众所周知，变频调速装置的可靠性随着功率单元数增多而大大降低，同时，较多的功率单元使得变频调速装置的体积较大。因此，针对上述问题，成为本领域技术人员亟待解决的难题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种级联的高压变频器。具体技术方案如下：

本发明提供一种级联的高压变频器，包括一变压器，安装于所述高压变频器的后端，一安装于所述变压器第一侧的连接结构，安装于所述连接结构第一侧的控制组件以及安装于所述变压器第二侧的功率模块，用于输出一工作电压，其中，所述功率模块包括：

一第一相输出单元，所述第一相输出单元包括至少两个第一功率子单元，分布于所述功率模块的第一层和第二层；

一第二相输出单元，所述第二相输出单元包括至少两个第二功率子单元，分布于所述功率模块的第二层和第三层；

一第三相输出单元，所述第三相输出单元包括至少两个第三功率子单元，分布于所述功率模块的第三层和第四层；

所述第一相输出单元连接至一负载的所述第一功率子单元，与所述第二相输出单元连接至所述负载的所述第二功率子单元，以及所述第三相输出单元连接至所述负载的所述第三功率子单元位于同一侧端。

优选的，所述第一相输出单元、所述第二相输出单元及所述第三相输出单元可分别以任意形式变换排列于所述功率模块中。

优选的，所述第一相输出单元包括八级所述第一功率子单元，且第一级所述第一功率子单元至第六级所述第一功率子单元按串联顺序布置于所述第一层，第七级所述第一功率子单元至第八级所述第一功率子单元按串联顺序布置于所述第二层；

所述第二相输出单元包括八级所述第二功率子单元，且第一级所述第二功率子单元至第四级所述第二功率子单元按串联顺序布置于所述第二层，第五级所述第二功率子单元至第八级所述第二功率子单元按串联顺序布置于所述第三层；

所述第三相输出单元包括八级所述第三功率子单元，且第一级所述第三功率子单元至第六级所述第三功率子单元按串联顺序布置于所述第四层，第七级所述第三功率子单元至第八级所述第三功率子单元按串联顺序布置于所述第三层。

优选的，所述第一相输出单元的第一级所述第一功率子单元、所述第二相输出单元的第一级所述第二功率子单元及所述第三相输出单元的第一级所述第三功率子单元布置于同一侧端。

优选的，所述第一相输出单元的第六级所述第一功率子单元与所述第一相输出单元的第八级所述第一功率子单元上下对齐，所述第二相输出单元的第四级所述第二功率子单元与所述第二相输出单元的第八级所述第二功率子单元上下对齐，所述第三相输出单元的第六级所述第三功率子单元与所述第三相输出单元的第八级所述第三功率子单元上下对齐。

优选的，所述第一相输出单元包括八级所述第一功率子单元，且第一级所述第一功率子单元至第六级所述第一功率子单元按串联顺序布置于所述第一层，第七级所述第一功率子单元至第八级所述第一功率子单元按串联反序布置于所述第二层；

所述第二相输出单元包括八级所述第二功率子单元，且第一级所述第二功率子单元至第四级所述第二功率子单元按串联顺序布置于所述第二层，第五级所述第二功率子单元至第八级所述第二功率子单元按串联反序布置于所述第三层；

所述第三相输出单元包括八级所述第三功率子单元，且第一级所述第三功率子单元至第六级所述第三功率子单元按串联顺序布置于所述第四层，第七级所述第三功率子单元至第八级所述第三功率子单元按串联反序布置于所述第三层。

优选的，所述第一相输出单元的第六级所述第一功率子单元与所述第一相输出单元的第七级所述第一功率子单元上下对齐，所述第二相输出单元的第四级所述第二功率子单元与所述第二相输出单元的第五级所述第二功率子单元上下对齐，所述第三相输出单元的第六级所述第三功率子单元与所述第三相输出单元的第七级所述第三功率子单元上下对齐。

优选的，所述第一相输出单元包括八级所述第一功率子单元，且第三级所述第一功率子单元至第八级所述第一功率子单元按串联反序布置于所述第一层，第一级所述第一功率子单元至第二级所述第一功率子单元按串联顺序布置于所述第二层；

所述第二相输出单元包括八级所述第二功率子单元，且第一级所述第二功率子单元至第四级所述第二功率子单元按串联反序布置于所述第二层，第五级所述第二功率子单元至第八级所述第二功率子单元按串联反序布置于所述第三层；

所述第三相输出单元包括八级所述第三功率子单元，且第三级所述第三功率子单元至第八级所述第三功率子单元按串联反序布置于所述第四层，第一级所述第三功率子单元至第二级所述第三功率子单元按串联顺序布置于所述第三层。

优选的，所述第一相输出单元的第八级所述第一功率子单元、所述第二相输出单元的第八级所述第二功率子单元及所述第三相输出单元的第八级所述第三功率子单元布置于同一侧端。

优选的，还包括至少一个风扇，所述风扇设置于所述功率模块的上端和/或所述控制组件的上端和/或所述变压器的上端和/或所述连接结构的上端，用于对所述功率模块、所述控制组件、所述变压器以及所述连接结构进行散热。

本发明的技术方案的有益效果在于：提供一种级联的高压变频器，便于功率模块中的多个第一功率子单元、多个第二功率子单元以及多个第三功率子单元之间连接，保证了高压变频器的输出端可以方便地与负载相连接，使其内部布线更加方便，适用于不同用户的需求，提升了该高压变频器的适用性，且满足不同用户的个性化需求，从而可以提升用户的使用满意度。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明的实施例的高压变频器的俯视图；

图2为本发明的实施例的一种高压变频器的正视图；

图3为本发明的实施例的一种功率模块的正视图；

图4为本发明的实施例的第二种功率模块的正视图；

图5为本发明的实施例的第三种功率模块的正视图；

图6为本发明的实施例的另一种高压变频器的正视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明提供一种级联的高压变频器，包括一变压器1，安装于高压变频器的后端，一安装于变压器1第一侧的连接结构2，安装于连接结构2第一侧的控制组件3以及安装于变压器1第二侧的功率模块4，用于输出一工作电压，其中，功率模块4包括：

一第一相输出单元40，第一相输出单元40包括至少两个第一功率子单元400，分布于功率模块4的第一层和第二层；

一第二相输出单元41，第二相输出单元41包括至少两个第二功率子单元410，分布于功率模块4的第二层和第三层；

一第三相输出单元42，第三相输出单元42包括至少两个第三功率子单元420，分布于功率模块4的第三层和第四层；

第一相输出单元40连接至一负载(图中未显示)的第一功率子单元400，与第二相输出单元41连接至负载(图中未显示)的第二功率子单元410，以及第三相输出单元42连接至负载(图中未显示)的第三功率子单元420位于同一侧端。

通过上述提供的高压变频器，结合图1、2所示，包括变压器1、连接结构2、控制组件3以及功率模块4，其中功率模块4分为上下四层布置，包括第一相输出单元40、第二相输出单元41以及第三相输出单元42，且第一相输出单元40对应相互串联的至少两个第一功率子单元400，第二相输出单元41对应相互串联的至少两个第二功率子单元410以及第三相输出单元42对应相互串联的至少两个第三功率子单元420，使得每个功率子单元之间的连接更加方便。

进一步地，上述第一功率子单元400依次分布于功率模块4的第一层和第二层，第二功率子单元410依次分布于功率模块4的第二层和第三层，第三功率子单元420依次分布于功率模块4的第三层和第四层，使得第一相输出单元40、第二相输出单元41和第三相输出单元42中连接中性点的功率子单元上下对齐，以方便中性点的连接，且每一相输出单元连接至负载(图中未显示)的功率子单元位于同一侧端，以便连接负载(图中未显示)，以及使其内部布线更加便捷。

在一种较优的实施例中，第一相输出单元40、第二相输出单元41及第三相输出单元42可分别以任意形式变换排列于功率模块4中。

具体地，如下列表1所示，第一相输出单元40、第二相输出单元41及第三相输出单元42可分别以任意形式变换，并排列于功率模块4中，即第一相输出单元40为A相，第二相输出单元41为B相，第三相输出单元42为C相；第一相输出单元40为A相，第二相输出单元41为C相，第三相输出单元42为B相；第一相输出单元40为B相，第二相输出单元41为A相，第三相输出单元42为C相；第一相输出单元40为B相，第二相输出单元41为C相，第三相输出单元42为A相；第一相输出单元40为C相，第二相输出单元41为A相，第三相输出单元42为B相；第一相输出单元40为C相，第二相输出单元41为B相，第三相输出单元42为A相。

表1

本实施例中，第一相输出单元40、第二相输出单元41及第三相输出单元42可根据实际业务的实现过程中的需求与A相、B相及C相之间对应的关系可以任意变换，仅需保证三相输出单元分别对应A相、B相和C相即可，从而可以适用于不同用户的需求，提升了本实施例中的高压变频器的适用性。

在一种较优的实施例中，第一相输出单元40包括八级第一功率子单元400，且第一级第一功率子单元400至第六级第一功率子单元400按串联顺序布置于第一层，第七级第一功率子单元400至第八级第一功率子单元400按串联顺序布置于第二层；

第二相输出单元41包括八级第二功率子单元410，且第一级第二功率子单元410至第四级第二功率子单元410按串联顺序布置于第二层，第五级第二功率子单元410至第八级第二功率子单元410按串联顺序布置于第三层；

第三相输出单元42包括八级第三功率子单元420，且第一级第三功率子单元420至第六级第三功率子单元420按串联顺序布置于第四层，第七级第三功率子单元420至第八级第三功率子单元420按串联顺序布置于第三层。

第一相输出单元40的第一级第一功率子单元400、第二相输出单元41的第一级第二功率子单元410及第三相输出单元42的第一级第三功率子单元420布置于同一侧端。

第一相输出单元40的第六级第一功率子单元400与第一相输出单元的第八级第一功率子单元400上下对齐，第二相输出单元41的第四级第二功率子单元410与第二相输出单元41的第八级第二功率子单元410上下对齐，第三相输出单元42的第六级第三功率子单元420与第三相输出单元42的第八级第三功率子单元420上下对齐。

具体地，如图3所示，本实施例以第一相输出单元40为A相，第二输出单元41为B相，第三输出单元42为C相，其中，第一相输出单元40包括八级第一功率子单元400，且第一级第一功率子单元400至第六级第一功率子单元400按串联顺序布置于第一层，第七级第一功率子单元400至第八级第一功率子单元400按串联顺序布置于第二层，即A1相至A6相按串联顺序布置于第一层，A7相至A8相按串联顺序布置于第二层；第二相输出单元41包括八级第二功率子单元410，且第一级第二功率子单元410至第四级第二功率子单元410按串联顺序布置于第二层，第五级第二功率子单元410至第八级第二功率子单元410按串联顺序布置于第三层，即B1相至B4相按串联顺序布置于第二层，B5相至B8相按串联顺序布置于第三层；第三相输出单元42包括八级第三功率子单元420，且第一级第三功率子单元420至第六级第三功率子单元420按串联顺序布置于第四层，第七级第三功率子单元420至第八级第三功率子单元420按串联顺序布置于第三层，即C1相至C6相按串联顺序布置于第四层，C7相至C8相按串联顺序布置于第三层，将第一相输出单元40、第二相输出单元41以及第三相输出单元42分别按串联顺序不至于功率模块4的1-4层，以保证第一相输出单元40对应的各个第一功率子单元400之间、第二相输出单元41对应的各个第二功率子单元410之间和第三相输出单元42对应的各个第三功率子单元之间可以方便地连接，且统一每相输出单元中的功率子单元的连接顺序可以降低功率子单元连接错误事件的发生概率，并可以更加方便地对高压变频器进行维护。

进一步地，第一相输出单元40的第一级第一功率子单元400、第二相输出单元41的第一级第二功率子单元410及第三相输出单元42的第一级第三功率子单元420布置于同一侧端，并且所有功率子单元之间具有空隙，中性点对应的第一功率子单元A1相、第二功率子单元B1相和第三功率子单元C1相同一侧布置，使得中间点的连接更加便捷。

本实施例中，第一功率子单元A8相、第二功率子单元B8以及第三功率子单元C8均设置于每相输出单元的最右侧，从而可以方便的将高压变频器的输出端连接到外部的负载(图中未显示)上。

进一步地，第一相输出单元40的第六级第一功率子单元400与第一相输出单元的第八级第一功率子单元400上下对齐，第二相输出单元41的第四级第二功率子单元410与第二相输出单元41的第八级第二功率子单元410上下对齐，第三相输出单元42的第六级第三功率子单元420与第三相输出单元42的第八级第三功率子单元420上下对齐。

在一种较优的实施例中，第一相输出单元40包括八级第一功率子单元400，且第一级第一功率子单元400至第六级第一功率子单元400按串联顺序布置于第一层，第七级第一功率子单元400至第八级第一功率子单元400按串联反序布置于第二层；

第二相输出单元41包括八级第二功率子单元410，且第一级第二功率子单元410至第四级第二功率子单元410按串联顺序布置于第二层，第五级第二功率子单元410至第八级第二功率子单元410按串联反序布置于第三层；

第三相输出单元42包括八级第三功率子单元420，且第一级第三功率子单元420至第六级第三功率子单元420按串联顺序布置于第四层，第七级第三功率子单元420至第八级第三功率子单元420按串联反序布置于第三层。

第一相输出单元40的第六级第一功率子单元400与第一相输出单元40的第七级第一功率子单元400上下对齐，第二相输出单元41的第四级第二功率子单元410与第二相输出单元41的第五级第二功率子单元410上下对齐，第三相输出单元42的第六级第三功率子单元420与第三相输出单元的第七级第三功率子单元420上下对齐。

具体地，如图4所示，第一相输出单元40包括八级第一功率子单元400，且第一级第一功率子单元400至第六级第一功率子单元400按串联顺序布置于第一层，第七级第一功率子单元400至第八级第一功率子单元400按串联反序布置于第二层，即A1相至A6相按串联顺序布置于第一层，A7相至A8相按串联反序布置于第二层；第二相输出单元41包括八级第二功率子单元410，且第一级第二功率子单元410至第四级第二功率子单元410按串联顺序布置于第二层，第五级第二功率子单元410至第八级第二功率子单元410按串联反序布置于第三层，即B1相至B4相按串联顺序布置于第二层，B5相至B8相按串联反序布置于第三层；第三相输出单元42包括八级第三功率子单元420，且第一级第三功率子单元420至第六级第三功率子单元420按串联顺序布置于第四层，第七级第三功率子单元420至第八级第三功率子单元420按串联反序布置于第三层，即C1相至C6相按串联顺序布置于第四层，C7相至C8相按串联反序布置于第三层，以保证第一相输出单元40对应的各个第一功率子单元400之间、第二相输出单元41对应的各个第二功率子单元410之间和第三相输出单元42对应的各个第三功率子单元之间可以方便地连接，且统一每相输出单元中的功率子单元的连接顺序可以降低功率子单元连接错误事件的发生概率，并可以更加方便地对高压变频器进行维护。

进一步地，第一相输出单元40对应的第一功率子单元A1相与第二相输出单元41对应的第二功率子单元B1相与第三相输出单元42对应的第三功率子单元C1相位于同一侧端,且所有功率子单元之间具有空隙，使得中间点的连接更加便捷。

进一步地，第一相输出单元40的第六级第一功率子单元400与第一相输出单元40的第七级第一功率子单元400上下对齐，第二相输出单元41的第四级第二功率子单元410与第二相输出单元41的第五级第二功率子单元410上下对齐，第三相输出单元42的第六级第三功率子单元420与第三相输出单元的第七级第三功率子单元420上下对齐，使得仅需较短的导线便可以实现第一功率子单元A6相和第一功率子单元A7相的连接，第二功率子单元B4相和第二功率子单元B5相的连接，以及第三功率子单元C6相和第三功率子单元C7相的连接。

在一种较优的实施例中，第一相输出单元40包括八级第一功率子单元400，且第三级第一功率子单元400至第八级第一功率子单元400按串联反序布置于第一层，第一级第一功率子单元400至第二级第一功率子单元400按串联顺序布置于第二层；

第二相输出单元41包括八级第二功率子单元410，且第一级第二功率子单元410至第四级第二功率子单元410按串联反序布置于第二层，第五级第二功率子单元410至第八级第二功率子单元410按串联反序布置于第三层；

第三相输出单元42包括八级第三功率子单元420，且第三级第三功率子单元420至第八级第三功率子单元420按串联反序布置于第四层，第一级第三功率子单元420至第二级第三功率子单元420按串联顺序布置于第三层。

第一相输出单元40的第八级第一功率子单元400、第二相输出单元41的第八级第二功率子单元410及第三相输出单元42的第八级第三功率子单元420布置于同一侧端。

具体地，如图5所示，第三级第一功率子单元400至第八级第一功率子单元400按串联反序布置于第一层，第一级第一功率子单元400至第二级第一功率子单元400按串联顺序布置于第二层，即A3相至A8相按串联反序布置于第一层，A1相至A2相按串联顺序布置于第二层；第一级第二功率子单元410至第四级第二功率子单元410按串联反序布置于第二层，第五级第二功率子单元410至第八级第二功率子单元410按串联反序布置于第三层，即B1相至B4相按串联反序布置于第二层，B5相至B8相按串联反序布置于第三层；第三级第三功率子单元420至第八级第三功率子单元420按串联反序布置于第四层，第一级第三功率子单元420至第二级第三功率子单元420按串联顺序布置于第三层，即C3相至C8相按串联反序布置于第四层，C1相至C2相按串联顺序布置于第三层，以保证第一相输出单元40对应的各个第一功率子单元400之间、第二相输出单元41对应的各个第二功率子单元410之间和第三相输出单元42对应的各个第三功率子单元之间可以方便地连接，且统一每相输出单元中的功率子单元的连接顺序可以降低功率子单元连接错误事件的发生概率，并可以更加方便地对高压变频器进行维护。

进一步地，第一相输出单元40的第八级第一功率子单元400、第二相输出单元41的第八级第二功率子单元410及第三相输出单元42的第八级第三功率子单元420布置于同一侧端，所有功率子单元之间具有空隙，使得中间点的连接更加便捷，且便于连接到外部的负载(图中未显示)上。

进一步地，本实施例中，第一相输出单元40对应的第一功率子单元400(A3相)和第一功率子单元400(A2相)在相同位置上下层布置，第三相输出单元42对应的第三功率子单元420(C3相)和第三功率子单元420(C2相)在相同位置上下层布置，以便减少连接导线的长度，而中性点对应的第一功率子单元400(A1相)、第二功率子单元410(B1相)和第三功率子单元420(C1相)的集中布置，更有利于使用较短的导线进行连接。

需要说明的是，在图2-5中，每相功率子单元之间的连接线代表功率子单元之间连接的线缆或者导体排路径，另外，本发明提供的上述实施例并非功率模块4的全部布局方式，比如其它布局方式中还可以将第二相输出单元41对应的第二功率子单元410(B1相～B4相)按照串联顺序布置于第三层，将第二相输出单元对应的第二功率单元410(B5相～B8相)按照串联顺序依次布置于第二层，或者将第一相输出单元40对应的第一功率子单元400(A3相～A8相)按照串联反序布置于第一层，将第一相输出单元400(A1相～A2相)按照串联反序依次布置于第二层，当然了，还有其它布置方式，在此不一一详细赘述。

在一种较优的实施例中，还包括至少一个风扇5，风扇5设置于功率模块4的上端和/或控制组件3的上端和/或变压器1的上端和/或连接结构2的上端，用于对所述功率模块、所述控制组件、所述变压器以及所述连接结构进行散热。

具体地，如图6所示，风扇5可放置于各个功率子单元的上方，也可以放置于变频器后侧的变压器1的上方和/或连接结构的上方2和/或控制组件3的上方。

本实施例中的风扇5用于对变频器后侧的变压器1、各个功率子单元、控制组件3和连接结构2进行散热。

需要说明的是，本发明的高压变频器包括有柜体(图中未显示)，柜体的内部设置有分层隔板(图中未显示)，变频器后侧的变压器1、各个功率子单元、控制组件3、连接结构2和各个风扇5均安装在高压变频器的柜体(图中未显示)上。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。