CN109962481B - 一种三相独立式三电平并联型有源电能质量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三相独立式三电平并联型有源电能质量装置，包括一矩形壳体，矩形壳体一内侧面安装有风扇驱动板，风扇驱动板上安装有若干散热风扇，矩形壳体底面沿散热风扇排风方向依次安装有母线电容板、功率逆变板及输入保险滤波板，功率逆变板包括并排设置的A相功率逆变单板、B相功率逆变单板及C相功率逆变单板，输入保险滤波板连接一四位贯通端子；矩形壳体底面还安装一辅助电源板和一继电器板，输入保险滤波板上方还安装一控制板和检测接口板。本发明技术方案改善有源电能质量装置的内部结构布局，加快散热，提高系统的稳定性，同时实现单相和三相的切换。
Description
技术领域
本发明涉及有源电能质量装置技术领域，特别涉及一种三相独立式三电平并联型有源电能质量装置。
背景技术
随着各种非线性、时变电子装置的应用，电力系统中的谐波、无功、三相电流不平衡等电能质量问题愈发严重，而并联型有源电能质量装置(SAPQC)可同时解决上述三种问题，应用越来越广。现有技术中，SAPQC装置有如下两种设计方案：1、采用三电平IGBT集成功率模块作为主回路功率器件；2、采用分立IGBT、二极管元件搭建三电平主回路。但是，使用IGBT集成功率模块时，散热器和PCB板上的电容高度叠加，导致有源模块的总高度较高，不利于多台并机。此外，模块内一般物理连接分成逆变板、电感板，每个单板上包含三相的相关器件，不能灵活应用与单相需求。使用分立元件的方案中，除了三相集成以外，发热量大的主电路器件和发热量小的控制电路器件处于同一风道，且分量功率元件引脚位于风道内，对有源模块整体的可靠性有不利的影响。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种三相独立式三电平并联型有源电能质量装置，旨在改善有源电能质量装置的内部结构布局，加快散热，提高系统的稳定性，同时实现单相和三相的切换。
为实现上述目的，本发明提出的一种三相独立式三电平并联型有源电能质量装置，包括一矩形壳体，所述矩形壳体一内侧面安装有风扇驱动板，所述风扇驱动板上安装有若干散热风扇，所述矩形壳体底面沿所述散热风扇排风方向依次安装有母线电容板、功率逆变板及输入保险滤波板，所述功率逆变板包括并排设置的A相功率逆变单板、B相功率逆变单板及C相功率逆变单板，所述输入保险滤波板连接一四位贯通端子；所述矩形壳体底面还安装一辅助电源板和一继电器板，所述输入保险滤波板上方还安装一控制板和检测接口板；任一功率逆变单板包括一单相二极管钳位三电平支路，所述单相二极管钳位三电平支路包括四IGBT单管和两二极管单管，任一所述功率逆变单板上对称安装两散热器，两所述散热器底部分别安装两IGBT单管和一二极管单管，两所述散热器之间还增设有用于驱动IGBT单管的IGBT驱动板和一PVC挡板，所述PVC挡板沿所述散热风扇排风方向罩设于所述单相二极管钳位三电平支路和IGBT驱动板。
优选地，四所述IGBT单管包括IGBT单管T1、T2、T3、T4，两所述二极管单管包括二极管单管D1、D2，所述IGBT单管T1、二极管单管D1及IGBT单管T2沿所述散热风扇排风方向依次安装于一散热器底部，所述IGBT单管T4、二极管单管D2及IGBT单管T3沿所述散热风扇排风方向依次安装于另一散热器底部。
优选地，所述母线电容板设有三组与所述功率逆变单板分别对应的母线电容，任一组母线电容包括两个电容器，且三组母线电容间隔设置。
优选地，所述矩形壳体还增设一隔板，所述隔板将所述矩形壳体内分割为主风道和副风道，所述风扇驱动板、母线电容板、功率逆变板、输入保险滤波板、控制板和检测接口板设于所述主风道内，所述辅助电源板和继电器板设于所述副风道内。
优选地，所述矩形壳体外侧面还增设一LCD显示板。
优选地，所述风扇驱动板上的散热风扇数量设置为四个，且所述散热风扇并排设置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、利用分立功率器件，整体厚度降低，内部采用组件化设计，易于装配，损坏易于更换；
2、功率逆变单板包括完整的单相三电平电路拓扑，可以灵活的将模块由三相改为单相；
3、功率逆变单板采用分立元件搭建三电平拓扑，元件按照功率流方向放置，使得功率回路包含的面积最小，可提高模块的EMC性能。且散热器之间添加PVC挡板，将功率管和IGBT驱动板隔离于主风道之外，提高了系统的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明有源电能质量装置的结构示意图；
图2为本发明有源电能质量装置的原理框图；
图3为本发明主电路拓扑图；
图4为本发明主功率逆变单板安装PVC挡板的结构示意图；
图5为本发明主功率逆变单板未安装PVC挡板的结构示意图；
图6为本发明单相二极管钳位三电平支路部分电路原理图；
图7为本发明单相二极管钳位三电平支路功率回路示意图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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。
本实施例提出的一种三相独立式三电平并联型有源电能质量装置，参考图1，有源电能质量装置包括一矩形壳体15，所述矩形壳体15一内侧面安装有风扇驱动板8，所述风扇驱动板8上安装有若干散热风扇81，所述矩形壳体15底面沿所述散热风扇81排风方向依次安装有母线电容板3、功率逆变板2及输入保险滤波板1，所述功率逆变板2包括并排设置的A相功率逆变单板21、B相功率逆变单板22及C相功率逆变单板23，所述输入保险滤波板1连接一四位贯通端子11；所述矩形壳体15底面还安装一辅助电源板4和一继电器板5，所述输入保险滤波板1上方还安装一控制板7和检测接口板6。所述矩形壳体15外侧面还增设一LCD显示板9。本实施例的电能质量装置利用分立功率器件，整体厚度降低，内部采用组件化设计，易于装配，损坏易于更换；功率逆变单板包括完整的单相三电平电路拓扑，可以灵活的将模块由三相改为单相。
参考图2和图3，所述四位贯通端子11用于接入外部三相电网的交流电，所述四位贯通端子11通过十平方米截面积的线缆将外部交流电连传输至输入保险滤波板1，所述输入保险滤波板1对交流电进行处理后传输至功率逆变板2和辅助电源板4，所述功率逆变板2上包括三相二极管钳位三电平电路、母线吸收电容、LCL输出滤波电路、继电器和电阻构成的上电软起电路、散热器14，可以进行逆变电感电流采样、输出电流采样、输入电压采样电路、温度采样，并将采样信息经检测接口板6发送至控制板7进行处理。所述控制板7由DSP和CPLD作为控制芯片。所述功率逆变板2还与所述母线电容板3连接，所述母线电容板3上包括母线电容、母线EMI滤波电路、母线电压采样电路，可以对母线电压进行采样并发送至控制板7进行处理。所述辅助电源板4采用双级反激拓扑，为整个装置提供24V,±15V电压。所述检测接口板6包括对各电路板的接口、对外接口、及信号处理电路，所述风扇驱动板8、继电器板5和LCD显示板9均与所述检测接口板6连接。所述风扇驱动板8包括风扇驱动、调速、故障反馈电路，所述继电器板5对外提供八路继电器控制干接点和12V电源，主要用于晶闸管投切器的控制，所述LCD显示板9用于显示模块信息，进行人机交互。
参考图4和图5，任一功率逆变单板包括一单相二极管钳位三电平支路211，所述单相二极管钳位三电平支路211包括四IGBT单管和两二极管单管，任一所述功率逆变单板上对称安装两散热器14，两所述散热器14底部分别安装两IGBT单管和一二极管单管，两所述散热器14之间还增设有用于驱动IGBT单管的IGBT驱动板10和一PVC挡板12，所述PVC挡板12沿所述散热风扇81排风方向罩设于所述单相二极管钳位三电平支路211和IGBT驱动板10。所述散热器14在风扇驱动板8的作用下，可以保证功率逆变单板的快速散热，同时，将IGBT单管、二极管单管及IGBT驱动板10设于PVC挡板12下，可以保证功率管和IGBT驱动板10的驱动电路不直接裸露在风道内，保证散热的同时，可以防止器件被灰尘污染，提高使用寿命和系统稳定性。
进一步地，参考图6和图7，四所述IGBT单管包括IGBT单管T1、T2、T3、T4，两所述二极管单管包括二极管单管D1、D2，所述IGBT单管T1、二极管单管D1及IGBT单管T2沿所述散热风扇81排风方向依次安装于一散热器14底部，所述IGBT单管T4、二极管单管D2及IGBT单管T3沿所述散热风扇81排风方向依次安装于另一散热器14底部。功率管按照功率流方向放置，使得功率回路包含的面积最小，可提高模块的EMC性能。
进一步地，所述母线电容板3设有三组与所述功率逆变单板分别对应的母线电容，任一组母线电容包括两个电容器，且三组母线电容间隔设置，流出风道，供散热器14和后面的电感散热。
进一步地，所述矩形壳体15还增设一隔板13，所述隔板13将所述矩形壳体15内分割为主风道和副风道，所述风扇驱动板8、母线电容板3、功率逆变板2、输入保险滤波板1、控制板7和检测接口板6设于所述主风道内，所述辅助电源板4和继电器板5设于所述副风道内。应当说明的是，所述辅助电源板4和继电器板5结构精密，设于副风道，可以防止被风道内的灰尘污染，导致短路、腐蚀等问题。
进一步地，所述风扇驱动板8上的散热风扇81数量设置为四个，且所述散热风扇81并排设置，保证风力和散热均匀性，加快散热。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种三相独立式三电平并联型有源电能质量装置，其特征在于，包括一矩形壳体，所述矩形壳体一内侧面安装有风扇驱动板，所述风扇驱动板上安装有若干散热风扇，所述矩形壳体底面沿所述散热风扇排风方向依次安装有母线电容板、功率逆变板及输入保险滤波板，所述功率逆变板包括并排设置的A相功率逆变单板、B相功率逆变单板及C相功率逆变单板，所述输入保险滤波板连接一四位贯通端子；所述矩形壳体底面还安装一辅助电源板和一继电器板，所述输入保险滤波板上方还安装一控制板和检测接口板；任一功率逆变单板包括一单相二极管钳位三电平支路，所述单相二极管钳位三电平支路包括四IGBT单管和两二极管单管，任一所述功率逆变单板上对称安装两散热器，两所述散热器底部分别安装两IGBT单管和一二极管单管，两所述散热器之间还增设有用于驱动IGBT单管的IGBT驱动板和一PVC挡板，所述PVC挡板沿所述散热风扇排风方向罩设于所述单相二极管钳位三电平支路和IGBT驱动板；
所述四IGBT单管包括IGBT单管T1、T2、T3、T4，所述两二极管单管包括二极管单管D1、D2，所述IGBT单管T1、二极管单管D1及IGBT单管T2沿所述散热风扇排风方向依次安装于一散热器底部，所述IGBT单管T4、二极管单管D2及IGBT单管T3沿所述散热风扇排风方向依次安装于另一散热器底部。
2.如权利要求1所述的三相独立式三电平并联型有源电能质量装置，其特征在于，所述母线电容板设有三组与所述功率逆变单板分别对应的母线电容，任一组母线电容包括两个电容器，且三组母线电容间隔设置。
3.如权利要求1所述的三相独立式三电平并联型有源电能质量装置，其特征在于，所述矩形壳体还增设一隔板，所述隔板将所述矩形壳体内分割为主风道和副风道，所述风扇驱动板、母线电容板、功率逆变板、输入保险滤波板、控制板和检测接口板设于所述主风道内，所述辅助电源板和继电器板设于所述副风道内。
4.如权利要求1所述的三相独立式三电平并联型有源电能质量装置，其特征在于，所述矩形壳体外侧面还增设一LCD显示板。
5.如权利要求1所述的三相独立式三电平并联型有源电能质量装置，其特征在于，所述风扇驱动板上的散热风扇数量设置为四个，且所述散热风扇并排设置。
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