专利名称：一种功率输出装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及变频器领域，特别涉及一种功率输出装置。
背景技术：
随着时代的不断进步，变频技术得到高速的发展，大容量的高压变频技术得到广泛的应用，目前变频器主要通过级联的方式获得高压的大容量输出，即采用若干个低压功率单元串联的形式实现高压的直接输出，但由于级联型高压变频器不能灵活的切换功率单元的串联数量，导致实现高压输出的功率单元的数目是固定的，进一步导致变频器仅具备单一的额定电压的输出，但目前在很多场合，需要高压变频器驱动多种电压等级的电机，因此现有的功率输出装置不能满足同时驱动多种电压等级的电机的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种功率输出装置，旨在解决多种电压输出时设备占地面·积大的问题。为了解决上述问题，本发明实施方式如下一种功率输出装置，包括N个功率模块，第一输出端和第二输出端，所述N为自然数，且N彡2 ；所述N个功率模块通过开关依次串联，所述第一输出端与第一功率模块相连，所述第二输出端与第N功率模块相连；通过闭合或断开所述开关，改变所述功率模块的连接关系，以便于改变所述装置的输出功率；所述功率模块包括三层变流链；所述变流链包括三个串联的功率单元、三个与各个所述功率单元相连的输入电抗器、一个与所述三个串联的功率单元相连的均流电抗器。优选的，所述的装置，还包括与第一输出端相连的最大电压输出开关；当最大电压输出开关闭合时，在第二输出端输出所述装置的最大电压。优选的，所述的装置，还包括与第二输出端相连的最大电压输出开关；当最大电压输出开关闭合时，在第一输出端输出所述装置的最大电压。优选的，所述的装置，包括对所述各个功率单元提供相同的输入电压的输入装置。优选的，所述的装置还包括与所述功率单元、所述输入电抗器和所述均流电抗器相连的水冷却装置；与各个所述功率模块相连的冷却风机。优选的，所述功率单元与所述输入电抗器采用背靠背的模式进行连接。
优选的，所述的装置中所述功率模块包括由玻璃槽钢支撑梁和环氧底板组成的电缆桥架。优选的，所述的装置中当N等于2时，所述N个功率模块通过开关依次串联，所述第一输出端与第一功率模块相连，所述第二输出端与第N功率模块相连，包括两个功率模块通过第一开关串联，第一输出端通过最大电压输出开关与第一功率模块相连，第二输出端与第二功率模块相连；所述通过闭合或断开所述开关，改变所述功率模块的连接关系，以便于改变所述装置的输出功率包括当所述第一开关闭合时，在所述第一输出端和/或第二输出端输出第一电压；
当所述第一开关断开且所述最大电压输出开关闭合时，在第二输出端输出第二电压。优选的，所述的装置中当N等于4时，所述N个功率模块通过开关依次串联，所述第一输出端与第一功率模块相连，所述第二输出端与第N功率模块相连包括第一输出端与第一功率模块相连，第一功率模块通过第一开关第二功率模块相连，第二功率模块通过第二开关与第三功率模块相连，第三功率单元通过第三开关与第四功率模块相连，第四功率模块通过最大电压输出开关与第二输出端相连；所述通过闭合或断开所述开关，改变所述功率模块的连接关系，以便于改变所述装置的输出功率包括当所述第一开关闭合、其他开关断开时，所述第一输出端输出第一电压，所述第二输出端输出第二电压，当所述第二开关闭合、其他开关断开时，所述第一输出端输出第三电压，所述第二输出端输出第三电压，当第三开关闭合、其他开关断开时，所述第一输出端输出第二电压，所述第二输出端输出第一电压；当最大电压输出开关闭合、其他开关断开时，在第一输出端输出第四电压。本发明实施例所述的功率输出装置，包括至少两个功率模块，并通过开关依次串联，和两个输出端，通过闭合或断开所述开关，改变所述功率模块的连接关系，从而使得所述装置的输出功率随之改变，并在输出端进行输出所得电压，因此，所述装置能够驱动多种电压等级的电机。
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获得其他的附图。图I为本发明实施例一种功率输出装置的结构图；图2为本发明实施例一种功率输出装置中功率模块的结构图；图3为本发明实施例一种功率输出装置中功率模块的结构图；图4为本发明实施例一种功率输出装置中功率模块的结构示意图；图5为本发明实施例一种功率输出装置中冷却系统的结构示意图；图6为本发明实施例一种功率输出装置中功率模块侧视图的结构示意图7为本发明实施例另一种功率输出装置的结构示意图；图8为本发明实施例另一种功率输出装置的结构示意图；图9为本发明实施例另一种功率输出装置的结构示意图；图10为本发明实施例另一种功率输出装置的结构示意图；图11为本发明实施例另一种功率输出装置的结构示意图。
具体实施例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做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。 本发明提供了一种功率输出装置，如图I所示，包括N个功率模块，第一输出端和第二输出端，所述N为自然数，且N彡2 ；如图I所示101、102......ION分别为N个功率模块，110为第一输出端，120为第二
输出端。所述N个功率模块通过开关依次串联，所述第一输出端110与第一功率模块101相连，所述第二输出端120与第N功率模块相连；通过闭合或断开所述开关，，改变所述功率模块的连接关系，以便于改变所述装置的输出功率。本发明将各个功率单元模块通过开关相串联，通过控制不同开关状态，控制功率单元的串联数量，从而实现多种电压等级的输出，避免采用多台相应的功率单元串联来实现多种电压等级的输出，并节省了设备的占地面积及设备的投资。如图2所示，为功率模块的一个变流链，所述变流链包括三个串联的功率单元、三个与各个所述功率单元相连的输入电抗器、一个与所述三个串联的功率单元相连的均流电抗器。如图所示，变流链含有第一功率单元201、第一输入电抗器204，第二功率单元202、第二输入电抗器205，第三功率单元203、第三输入电抗器206，和一个均流电抗器207组成。进一步的，所述功率单元与所述输入电抗器采用背靠背的模式进行连接。任意两个变流链之间的电气参数因制造或控制精度的影响不可避免会产生偏差，导致变流链之间形成闭环产生环流，本发明采用输入电抗器和均流电抗器限制由于变流链闭环而产生的环流，进一步的使得器件散热性能良好、系统可靠性得到大幅提高。如图3所示为一个功率模块的电路图,所述功率模块包括三层电流链；三层变流链分别用An、Bn、Cn、Ln表示,其中An、Bn、Cn的结构如图所示，分别代表相应的功率单元和相应的输入电抗器的组成，Ln代表均流电抗器，其中，A1、A2、A3、L1，BI、B2、B3、L2，Cl、C2、C3、L3分别为一个变流链，功率模块分别由三层电流链组成。如图4所示为功率模块的装置图，将图2所示电路图对应到装置中，在顶层中变流链中，第一功率单元为201、第二功率单元202、第三功率单元203，第一输入电抗器204、第二输入电抗器205、第三输入电抗器206, —个均流电抗器207 ；以下两层的装置图结构同顶层的装置图，三层的电路结构一致，增加装置的通用性和模块化设计。本发明将功率模块的装置采用三层三相布局，其中每一层为一个变流链，电气结构清晰，将三个变流链分三层放置，不仅节省了设备占地面积又减少对设备的投资，且功率单元与输入电抗器采用背靠背布置方式，降低电缆的连接长度和装置的几何尺寸，进一步节约了材料和成本。如图5所示,所述装置还包括与所述功率单元、所述输入电抗器和所述均流电抗器相连的水冷却装置；与各个功率模块相连的冷却风机。如图5所示，501为与各个功率模块相连的冷却风机，502、503、504、505、506共同
组成功率输出装置的水冷却装置，在水冷却装置中502为第一进水口，503为第二进水口，·504为第一出水口，505为第二出水口，506第三出水口，其中冷却水通过第一入水口和第二入水口进入装置，分别与各个功率模块的功率单元、输入电抗器和均流电抗器相连，经第一出水口、第二出水口和第三出水口输出，带走装置中热量实现散热的目的。如图中所示为含有两个功率模块的功率输出装置，其中每个功率模块分三层布置，每一层为一个变流链，水冷却装置和冷却风机组合形成功率输出装置的冷却系统，其中水冷却系统用于给功率单元、输入电抗器、均流电抗器等大功率器件散热，冷却风机用于将装置内多余的热量带出，即采用以水冷却装置为主，冷却风机为辅的冷却系统对装置进行散热，提高了系统的可靠性，且本发明将电气装置和冷却系统分开，实现水电分离，进一步的提高了系统的可靠性，且所述功率模块电气结构清晰，两个功率模块采用完全相同的设计，进一步的提高了装置的通用性。如图6所示,所述功率单元输出装置包括电缆桥架，所述玻璃槽钢支撑梁和环氧底板组成的。图6所示为图4中所示的功率单元的侧视图,其中601为装置顶层所有功率单元的侧视图，602为顶层所有输入电抗器的侧视图，603为玻璃槽钢支撑梁、604为环氧底板，605为由玻璃槽钢和环氧底板构成的电缆桥架。为了满足电气绝缘以及支撑重量较大的输入电抗器、均流电抗器和功率单元，本发明将装置中所有支撑梁均使用玻璃槽钢支撑；由于功率单元级联电缆较多，设计了由玻璃槽钢支撑梁和环氧底板构成的电缆桥架，使高压电缆布置于电缆桥架中避免与低压控制电缆交叉，从而使变频器能达到高低压分离，提高变频器安全性能。进一步的，如图7所示,所述装置还包括与第一输出端相连的最大电压输出开关700 ;当最大电压输出开关闭合700时，在第二输出端120输出所述装置的最大电压。进一步的，如图8所示,所述装置还包括与第二输出端相连的最大电压输出开关800 ;当最大电压输出开关闭合800时,在第一输出端110输出所述装置的最大电压。最大电压开关即可与第一输出端110相连，又可与第二输出端120相连，当最大电压开关闭合时，电压即可从另一输出端输出，从而使得所有的功率单元都参加串联，达到输出最大电压的目的。进一步的，如图9所示,所述装置包括
对所述各个功率单元提供相同的输入电压的输入装置900。本发明中各个功率单元的供电采用集中供电的方式，采用三相电输入，经过高压充电电路进入移相输入变压器，然后经过移相输入变压器降压后给功率单元供电。进一步的，如图10所示，功率输出装置中当N等于2时，即当功率模块为两个时，以输入装置为三相电IOKV为例,所述装置包括两个功率模块，第一输出端和第二输出端；经过高压充电电路进入移相输入变压器，然后经过移相输入变压器降压后给功率单元供电，第一功率模块为A1-A3、B1-B3、C1-C3，第二功率模块为A4-A6、B4-B6、C4_C6经过整流、滤波及逆变后输出单相交流电压。本实施例以三相电输入IOKV为例，则加载至每个功率单元上的额定电压为690V，第一输出端为仍、￥1、11，第二输出端为似、￥2、评2。
两个功率模块通过开关串联，第一输出端与第一功率模块相连，第二输出端与第二功率模块相连；第一功率模块与第二功率模块之间通过开关2KM2串联，第一输出端Ul、V1、W1与第一功率模块相连，第二输出端U2、V2、W2与第二功率模块相连。与第一输出端相连的最大电压输出开关；与第一输出端相连的最大电压输出开关2KM1,通过闭合开关2KM1来实现最大电压的输出当第一开关闭合时，在第一输出端和/或第二输出端输出第一电压；当第一开关2KM1闭合时，电压将从第一输出端和第二输出端输出电压,输出端仅能输出单个功率模块的功率，即Al、A2、A3三个功率单元串联的电压，类似的即BI、B2、B3三个功率单元串联的电压，Cl、C2、C3三个功率单元串联的的电压，由于将单相电压输出至Ul、VI、Wl三相电压因此需进行电压转换，得到第一输出端和第二输出端都输出3. 45kV。当第一开关断开、最大电压输出开关闭合时，在第二输出端输出所述装置的最大电压。当第一开关2KM2断开时,最大电压输出开关闭合时，电压将从第二输出端输出电压，输出端将两个功率模块进行串联，即输出A1-A6六个功率单元串联的电压，类似的，B1-B6六个功率单元串联的电压，C1-C6六个功率单元串联的的电压，由于将A1-A6、B1-B6、C1-C6单相电压输出至U2、V2、W2三相电压因此需进行电压转换，得到第二输出端输出电压6. 9KV。进一步的，如图11所示，功率输出装置中当N等于4时，即当功率模块为四个时，以输入装置为三相电IOKV为例,所述装置包括四个功率模块，第一输出端和第二输出端；经过高压充电电路进入移相输入变压器，然后经过移相输入变压器降压后给功率单元供电，第一功率模块为A1-A3、B1-B3、C1-C3，第二功率模块为A4-A6、B4-B6、C4-C6，第三功率模块为A7-A9、B7-B9、C7-C9，第四功率模块为A10-A12、B10-B12、C10_C12经过整流、滤波及逆变后输出单相交流电压。本实施例以三相电输入IOKV为例，则加载至每个功率单元上的额定电压为690￥，第一输出端为仍、￥1、11，第二输出端为似、￥2、评2。与第一输出端相连的第一功率模块，与第一功率模块通过第一开关相连的第二功率模块，与第二功率模块通过第二开关相连的第三功率模块，与第三功率单元通过第三开关相连的第四功率模块，与第四功率模块相连的第二输出端；第一输出端Ul、V1、W1与第一功率模块相连，第二功率模块通过第一开关2KM1与第一功率模块相连，第三功率模块通过第二开关2KM2与第二功率模块相连，第四功率模块通过第三开关2KM3与第三功率单元相连，第二输出端U2、V2、W2与第四功率模块相连；与第二输出端相连的最大电压输出开关；与第二输出端相连的最大电压输出开关2KM4，通过闭合开关2KM4来实现最大电压的输出。当所述第一开关闭合、其他开关断开时，所述第一输出端输出第一电压，所述第二输出端输出第二电压，当所述第二开关闭合、其他开关断开时，所述第一输出端输出第三电压，所述第二输出端输出第三电压，当第三开关闭合、其他开关断开时，所述第一输出端输 出第二电压，所述第二输出端输出第一电压；当第一开关闭合2做1，2做2、2做3、2謂4断开时，第一输出端讥、￥1、11输出第一电压3. 45kV，第二输出端输出第二电压10KV，当所述第二开关2KM2闭合，2KM1、2KM3、2KM4断开时，所述第一输出端输出第三电压6. 9KV,所述第二输出端输出第三电压6. 9KV,当第三开关2KM3闭合，2KM1、2KM2、2KM4断开时，所述第一输出端输出第二电压10KV，所述第二输出端输出第一电压3. 45kV ；当最大电压输出开关2KM4闭合、2KM1、2KM2、2KM3断开时，在第一输出端输出第四电压 13. 8KV。以上两个实施例以N等于2和N等于4为例，详细说明本装置通过控制不同开关状态来实现多种等级的输出，并可实现多台电机的同时拖动，且本发明各个功率单元模块采用三层布局，节省了占地面积，减少对设备的投资，且功率单元与输入电抗器采用背靠背布置方式，降低电缆的连接长度和模块的几何尺寸，进一步节约了材料和成本。本实施例方法所述的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备(可以是个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括u盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM, Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种功率输出装置，其特征在于，包括 N个功率模块，第一输出端和第二输出端，所述N为自然数，且NS 2 ； 所述N个功率模块通过开关依次串联，所述第一输出端与第一功率模块相连，所述第二输出端与第N功率模块相连； 通过闭合或断开所述开关，改变所述功率模块的连接关系，以便于改变所述装置的输出功率； 所述功率模块包括三层变流链； 所述变流链包括三个串联的功率单元、三个与各个所述功率单元相连的输入电抗器、一个与所述三个串联的功率单元相连的均流电抗器。
2.如权利要求I所述的装置，其特征在于，还包括 与第一输出端相连的最大电压输出开关； 当最大电压输出开关闭合时，在第二输出端输出所述装置的最大电压。
3.如权利要求I所述的装置，其特征在于，还包括 与第二输出端相连的最大电压输出开关； 当最大电压输出开关闭合时，在第一输出端输出所述装置的最大电压。
4.如权利要求I所述的装置，其特征在于，包括 对所述各个功率单元提供相同的输入电压的输入装置。
5.如权利要求I所述的装置，其特征在于，还包括 与所述功率单元、所述输入电抗器和所述均流电抗器相连的水冷却装置； 与各个所述功率模块相连的冷却风机。
6.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述功率单元与所述输入电抗器采用背靠背的模式进行连接。
7.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述功率模块包括 由玻璃槽钢支撑梁和环氧底板组成的电缆桥架。
8.如权利要求2所述的装置，其特征在于，当N等于2时，所述N个功率模块通过开关依次串联，所述第一输出端与第一功率模块相连，所述第二输出端与第N功率模块相连，包括 两个功率模块通过第一开关串联，第一输出端通过最大电压输出开关与第一功率模块相连，第二输出端与第二功率模块相连； 所述通过闭合或断开所述开关，改变所述功率模块的连接关系，以便于改变所述装置的输出功率包括 当所述第一开关闭合时，在所述第一输出端和/或第二输出端输出第一电压； 当所述第一开关断开且所述最大电压输出开关闭合时，在第二输出端输出第二电压。
9.如权利要求3所述的装置，其特征在于，当N等于4时，所述N个功率模块通过开关依次串联，所述第一输出端与第一功率模块相连，所述第二输出端与第N功率模块相连包括 第一输出端与第一功率模块相连，第一功率模块通过第一开关第二功率模块相连，第二功率模块通过第二开关与第三功率模块相连，第三功率单元通过第三开关与第四功率模块相连，第四功率模块通过最大电压输出开关与第二输出端相连；所述通过闭合或断开所述开关，改变所述功率模块的连接关系，以便于改变所述装置的输出功率包括 当所述第一开关闭合、其他开关断开时，所述第一输出端输出第一电压，所述第二输出端输出第二电压，当所述第二开关闭合、其他开关断开时，所述第一输出端输出第三电压，所述第二输出端输出第三电压，当第三开关闭合、其他开关断开时，所述第一输出端输出第二电压，所述第二输出端输出第一电压； 当最大电压输出开关闭合、其他开关断开时，在第一输出端输出第四电压。
全文摘要
本发明公开了一种功率输出装置，包括N个功率模块，两个输出端；N个功率模块通过开关依次串联，第一输出端与第一功率模块相连，第二输出端与第N功率模块相连；通过闭合或断开所述开关，改变所述装置的输出功率；所述功率模块包括三层变流链；所述变流链包括三个串联的功率单元、三个与各个所述功率单元相连的输入电抗器、一个与所述三个串联的功率单元相连的均流电抗器，本发明可以通过开关控制功率单元的串联数量，避免了采用多台相应的功率单元串联来实现多种电压的输出，减少了设备的占地面积及设备的投资。
文档编号H02M1/00GK102882357SQ20121041790
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者任涛, 马雅青, 彭力, 余军, 许汝波, 龙致远, 徐泽连, 黄欢, 杨鸣远, 欧海平, 肖泉华 申请人:株洲变流技术国家工程研究中心有限公司