МНОГОУРОВНЕВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2017 года по МПК H02M7/483 H05K7/20 H01L23/34 

Изобретение относится к многоуровневому преобразователю с по меньшей мере двумя последовательно соединенными подмодулями, причем каждый подмодуль имеет, соответственно, по меньшей мере два переключателя и конденсатор и два токоведущих внешних вывода модуля.

Подобный многоуровневый преобразователь известен, например, из публикации "An Innovative Modular Multilevel Converter Topology Suitable for Wide Power Range" (А. Р. Lesnicar, R. Marquardt, 2003 IEEE Bologna Power Tech Conference, 23.-26. Juni 2003, Bologna, Italien). В случае этого известного многоуровневого преобразователя речь идет о так называемом Marquardt-преобразователе, который содержит по меньшей мере две параллельно включенных схемы последовательного соединения. Каждый из параллельно включенных схем последовательного соединения содержит, соответственно, по меньшей мере два последовательно соединенных подмодуля, каждый из которых содержит по меньшей мере два переключателя и конденсатор. Посредством соответствующего управления переключателями можно целенаправленно регулировать уровень напряжения на выходе многоуровневого преобразователя.

В модульных многоуровневых преобразователях отдельные подмодули в настоящее время располагаются электрически изолированно друг от друга. На основе электрической изоляции, силы тока, возникающие при работе подмодулей, могут вызывать значительные механические вибрации, которые механически значительно нагружают подмодули как таковые, а также связанные с ним компоненты и могут привести к преждевременному старению. Чтобы взять под контроль проблему возникающих вибраций, в настоящее время в многоуровневых преобразователях используются дополнительные механические демпфирующие устройства; однако они приводят к значительному дополнительному весу и могут негативно влиять на прочность изоляции при определенных обстоятельствах.

В соответствии с этим в основе изобретения лежит задача предложить многоуровневый преобразователь, в котором описанная проблематика вибраций решается лучше, чем раньше.

Эта задача в соответствии с изобретением решается посредством многоуровневого преобразователя с признаками согласно пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления соответствующего изобретению многоуровневого преобразователя приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно этому в соответствии с изобретением предусмотрено, что по меньшей мере один подмодуль имеет по меньшей мере один внешний теплоотвод, который служит в качестве токоведущего внешнего вывода модуля.

Существенное преимущество соответствующего изобретению подмодуля может усматриваться в том, что по меньшей мере один теплоотвод, который служит для охлаждения компонентов подмодуля, одновременно также выполняет функцию токоведущего внешнего вывода модуля. Это позволяет, например, осуществлять контактирование подмодулей друг с другом за счет того, что теплоотводы смежных подмодулей установлены рядом друг с другом и приведены в соединение друг с другом. Установка рядом друг с другом подмодулей через теплоотводы и одновременное использование теплоотводов в качестве внешних токоведущих выводов модулей, в свою очередь, позволяет фиксировать подмодули без вибраций или по меньшей мере с низким уровнем вибрации, так что во время работы подмодулей или во время работы многоуровневого преобразователя риск слишком больших механических вибраций снижается.

В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления многоуровневого преобразователя предусмотрено, что внешний теплоотвод образует внешнюю стенку подмодуля, а на внутренней стороне теплоотвода смонтирован по меньшей мере один из переключателей соответствующего подмодуля для охлаждения и выводом переключателя электрически соединен с теплоотводом.

В качестве особенно предпочтительного рассматривается, когда по меньшей мере два смежных подмодуля, соответственно, имеют по меньшей мере один теплоотвод, который образует один из токоведущих внешних выводов модуля соответствующего подмодуля и на котором по меньшей мере один из переключателей соответствующего подмодуля для охлаждения смонтирован на стороне внутренней стенки, и теплоотводы по меньшей мере двух смежных подмодулей на стороне внешней стенки прилегают друг к другу таким образом, что их теплоотводы и тем самым образованные этими теплоотводами токоведущие внешние выводы модулей электрически соединены друг с другом.

Подмодули могут иметь, например, соответственно, два теплоотвода. В таком случае, в качестве предпочтительного рассматривается, если по меньшей мере два подмодуля имеют, соответственно, первый и второй внешние теплоотводы, из которых первый теплоотвод служит в качестве первого токоведущего внешнего вывода модуля, а второй теплоотвод - в качестве второго токоведущего внешнего вывода модуля соответствующего подмодуля, и первый токоведущий внешний вывод модуля одного из по меньшей мере двух подмодулей электрически соединен с вторым токоведущим внешним выводом модуля другого из по меньшей мере двух подмодулей, а именно, через механический контакт между первым теплоотводом одного из по меньшей мере двух подмодулей и вторым теплоотводом другого из по меньшей мере двух подмодулей.

Переключатели подмодулей могут электрически образовывать, например, так называемые H-мосты. Соответственно, считается предпочтительным, если по меньшей мере один из подмодулей содержит первое последовательное соединение, второе последовательное соединение и расположенный параллельно обоим последовательным соединениям конденсатор, причем первое последовательное соединение и второе последовательное соединение, соответственно, содержат два электрически соединенных последовательно переключателя, первое последовательное соединение установлено на первом теплоотводе подмодуля, а второе последовательное соединение - на втором теплоотводе подмодуля, средний вывод первого последовательного соединения электрически соединен с первым теплоотводом и образует первый токоведущий вывод модуля подмодуля, и средний вывод второго последовательного соединения электрически соединен со вторым теплоотводом и образует второй токоведущий вывод модуля подмодуля.

Особенно предпочтительно, если два или более подмодулей имеют, соответственно, первое последовательное соединение и второе последовательное соединение с, соответственно, двумя последовательно расположенными переключателями и, соответственно, одним расположенным параллельно обоим последовательным соединениям конденсатором, первое последовательное соединение установлено на первом теплоотводе соответствующего подмодуля, а второе последовательное соединение - на втором теплоотводе соответствующего подмодуля, средний вывод первого последовательного соединения, соответственно, электрически соединен с первым теплоотводом соответствующего подмодуля и образует первый токоведущий вывод модуля соответствующего подмодуля, средний вывод второго последовательного соединения, соответственно, электрически соединен с вторым теплоотводом соответствующего подмодуля и образует второй токоведущий вывод модуля соответствующего подмодуля, и подмодули таким образом попарно примыкают друг к другу, что первый теплоотвод одного из подмодулей примыкает к второму теплоотводу смежного подмодуля и связан с ним термически и электропроводно.

Вместо электрических Н-мостов транзисторы подмодулей могут электрически образовывать так называемые полумосты. Соответственно, согласно другому варианту осуществления считается предпочтительным, когда по меньшей мере один из подмодулей является полумостовым модулем, содержащим первый переключатель и второй переключатель, причем второй переключатель расположен электрически последовательно с конденсатором полумостового модуля, а первый переключатель расположен электрически параллельно этому последовательному соединению, и один из обоих переключающих выводов первого переключателя соединен с теплоотводом или одним из теплоотводов полумостового модуля и образует один из обоих токоведущих внешних выводов модуля полумостового модуля.

В случае Н-мостовых подмодулей, особенно предпочтительно, если многоуровневый преобразователь содержит по меньшей мере два полумостовых модуля, первый переключатель по меньшей мере двух полумостовых модулей соединен с первым теплоотводом соответствующего полумостового модуля, и второй переключатель по меньшей мере двух полумостовых модулей соединен со вторым теплоотводом соответствующего полумостового модуля, один из обоих переключающих выводов первого переключателя по меньшей мере двух полумостовых модулей электрически соединен с первым теплоотводом соответствующего полумостового модуля и образует первый токоведущий вывод модуля соответствующего полумостового модуля, другой из обоих переключающих выводов первого переключателя по меньшей мере двух полумостовых модулей электрически соединен со вторым теплоотводом соответствующего полумостового модуля и образует второй токоведущий вывод модуля соответствующего полумостового модуля, и по меньшей мере два полумостовых модуля попарно таким образом примыкают друг к другу, что первый теплоотвод одного из по меньшей мере двух полумостовых модулей примыкает ко второму теплоотводу другого из по меньшей мере двух полумостовых модулей и электрически соединен с ним.

С точки зрения простой установки рядом друг с другом подмодулей, считается предпочтительным, если первый и второй теплоотводы по меньшей мере двух подмодулей расположены параллельно друг другу и образуют токоведущие внешние соединительные пластины модуля, и по меньшей мере два переключателя соответствующего подмодуля пространственно расположены в области между двумя соединительными пластинами модуля соответствующего подмодуля.

С точки зрения прочного соединения смежных подмодулей, является предпочтительным, если имеется зажимное устройство, которое прижимает первый теплоотвод по меньшей мере одного из подмодулей ко второму теплоотводу смежного подмодуля.

Если подмодуль имеет только один теплоотвод, то другой токоведущий внешний вывод модуля подмодуля может быть образован электродной пластиной. Соответственно, считается предпочтительным, если по меньшей мере один из подмодулей имеет теплоотвод, на котором смонтированы переключатели соответствующего подмодуля, и теплоотвод образует первый токоведущий внешний вывод модуля подмодуля, и подмодуль имеет электродную пластину, которая расположена на расстоянии от теплоотвода подмодуля и образует второй токоведущий внешний вывод модуля подмодуля.

Например, может быть предусмотрено, что по меньшей мере два подмодуля, соответственно, имеют теплоотвод, на котором смонтированы переключатели соответствующего переключающего модуля, и теплоотвод образует первый токоведущий внешний вывод модуля соответствующего подмодуля, по меньшей мере два подмодуля имеют, соответственно, электродную пластину, которая расположена на расстоянии от теплоотвода соответствующего подмодуля и образует второй токоведущий внешний вывод модуля соответствующего подмодуля, и первый токоведущий внешний вывод модуля одного из по меньшей мере двух подмодулей электрически соединен со вторым токоведущим внешним выводом модуля другого из по меньшей мере двух подмодулей, а именно, посредством механического контакта между теплоотводом одного из по меньшей мере двух подмодулей и электродной пластиной другого из по меньшей мере двух подмодулей.

Предпочтительно, если теплоотвод и электродная пластина в по меньшей мере двух подмодулях расположены, соответственно, параллельно друг другу и образуют токоведущие внешние соединительные пластины модуля соответствующего подмодуля, и по меньшей мере два переключателя каждого из по меньшей мере двух подмодулей, соответственно, пространственно расположены в области между обеими токоведущими внешними соединительными пластинами модуля.

Предпочтительно имеется зажимное устройство, которое прижимает теплоотвод по меньшей мере одного из подмодулей к электродной пластине смежного подмодуля.

Кроме того, изобретение относится к подмодулю для многоуровневого преобразователя, как описано выше. В соответствии с изобретением в отношении такого подмодуля предусмотрено, что по меньшей мере один внешний теплоотвод подмодуля служит в качестве токоведущего внешнего вывода модуля.

Что касается преимуществ подмодуля согласно изобретению, можно сослаться на приведенные выше исполнения в связи с соответствующим изобретению многоуровневым преобразователем, поскольку преимущества многоуровневого преобразователя по существу соответствуют таковым для подмодуля.

Далее изобретение поясняется более подробно на основе примеров выполнения со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:

Фиг. 1 – пример выполнения трехфазного многоуровневого преобразователя, который оснащен множеством подмодулей,

Фиг. 2 – пример выполнения подмодуля, который может быть использован в многоуровневом преобразователе согласно фиг. 1 или другом многоуровневом преобразователе и оснащен двумя токоведущими теплоотводами,

Фиг. 3 - механическая структура подмодуля в соответствии с фиг. 2 в трехмерном представлении под углом со стороны,

Фиг. 4 – в качестве примера, формирование группы подмодулей с подмодулями согласно фиг. 2 и 3 на виде сверху,

Фиг. 5 – группа подмодулей согласно фиг. 4 на виде со стороны,

Фиг. 6 - показывает другой пример выполнения подмодуля, который может быть использован в многоуровневом преобразователе согласно фиг. 1 или другом многоуровневом преобразователе и содержит два токоведущих теплоотвода,

Фиг. 7 – пример выполнения подмодуля, который может быть использован в многоуровневом преобразователе согласно фиг. 1 или другом многоуровневом преобразователе и в котором токоведущий внешний вывод модуля образован теплоотводом подмодуля, а другой токоведущий внешний вывод модуля образован электродной пластиной,

Фиг. 8 - механическая структура подмодуля в соответствии с фиг. 7 в трехмерном представлении под углом со стороны,

Фиг. 9 - формирование группы подмодулей с подмодулями в соответствии с фиг. 7 и 8 на виде сверху,

Фиг. 10 - группа подмодулей в соответствии с фиг. 9 на виде сбоку и

Фиг. 11 - другой пример выполнения подмодуля, который может быть использован в многоуровневом преобразователе согласно фиг. 1 или другом многоуровневом преобразователе и в котором внешний токоведущий вывод модуля образован теплоотводом подмодуля, а другой внешний токоведущий вывод модуля образован электродной пластиной.

На чертежах для ясности одинаковые или сопоставимые компоненты обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

На фиг. 1 показан пример выполнения трехфазного многоуровневого преобразователя 5. Он включает в себя выводы W5 переменного тока для ввода или вывода переменного тока и два вывода G5a и G5b постоянного напряжения, на которых постоянный ток или изменяющийся во времени постоянный ток может вводиться или отбираться. Направление потока энергии и временной профиль выходного напряжения, как на выводах W5 переменного напряжения, так и на выводах G5a и G5b постоянного напряжения, зависит от управления подмодулями SM, которые включены в последовательные соединения R1, R2 и R3. Такое управление может быть получено от центрального устройства управления, которое не показано на фиг. 1 ради наглядности чертежа.

Каждое из трех последовательных соединений R1, R2 и R3 в примере выполнения по фиг. 1 состоит из восьми последовательно соединенных подмодулей СМ и двух индуктивностей L. Между двумя индуктивностями L, соответственно, находится промежуточный вывод Z, который находится по потенциалу между верхними четырьмя подмодулями на фиг. 1, и нижними четырьмя подмодулями на фиг. 1 и образует один из трех выводов W5 переменного тока многоуровневого преобразователя 10.

Соответственно, четыре подмодуля образуют в многоуровневом преобразователе 5 согласно фиг. 1 соответствующую группу SG подмодулей, в которой подмодули SM механически примыкают друг к другу и предпочтительно прижаты друг к другу с помощью зажимного устройства.

Фиг. 2 показывает пример выполнения подмодуля SM, который можно использовать в многоуровневом преобразователе 5 согласно фиг. 1 или другом многоуровневом преобразователе. Подмодуль SМ имеет четыре переключателя 10, 20, 30 и 40, каждый из которых может быть образован переключающим полупроводниковым компонентом 11, например, транзистором или тому подобным, а также подключенным параллельно диодом 12.

Оба расположенные слева на фиг. 2 переключателя 10 и 20 электрически соединены последовательно и образуют последовательное соединение 50, которое расположено на первом теплоотводе 60 подмодуля SM. Переключатели 10 и 20 последовательного соединения 50, таким образом, охлаждаются посредством первого теплоотвода 60.

Первый теплоотвод 60 имеет в подмодуле SM дополнительную функцию, а именно, функцию токоведущего вывода А1 модуля подмодуля SM. Для этого средний вывод 51 последовательного соединения 50, который соединен с соответствующим одним из переключающих выводов обоих переключателей 10 и 20, электрически соединен с первым теплоотводом 60. Контактирование среднего вывода 51 последовательного соединения 50 или электрическое контактирование переключателей 10 и 20 может, таким образом, осуществляться посредством электрического контактирования первого теплоотвода 60.

Оба переключателя 30 и 40 также образуют последовательное соединение, которое обозначено на фиг. 2 ссылочной позицией 70. Последовательное соединение 70 или оба переключателя 30 и 40 расположены на втором теплоотводе 80, который охлаждает оба переключателя 30 и 40 во время работы подмодуля SM. Другая функция второго теплоотвода 80 состоит в формировании токоведущего вывода А2 модуля подмодуля SM. С этой целью средний вывод 71 последовательного соединения 70 электрически соединен с теплоотводом 80.

Конденсатор С, который включен электрически параллельно обоим последовательным соединениям 50 и 70, электрически изолирован от обоих теплоотводов 60 и 80.

Фиг. 3 показывает механическую структуру подмодуля SМ согласно фиг. 2 в трехмерном виде под углом со стороны. Видны оба расположенных снаружи теплоотвода 60 и 80, которые образуют токоведущие внешние выводы А1 и А2 модуля в форме соединительных пластин модуля. Чтобы обеспечивать возможность установки рядом друг с другом нескольких подмодулей SM, теплоотводы 60 и 80 со стороны внешней стенки предпочтительно плоские и параллельные, так что множество подмодулей SM могут устанавливаться рядом друг с другом с образованием группы подмодулей. Обе предпочтительно плоские снаружи и предпочтительно расположенные параллельно друг другу внешние стенки обоих теплоотводов 60 и 80 обозначены на фиг. 3 ссылочными позициями 61 и 81.

Последовательные соединения 50 и 70 с переключателями 10, 20, 30 и 40 подмодуля SM (см. фиг. 2) предпочтительно расположены на внутренних сторонах 62 и 82 и обоих теплоотводов 60 и 80. В примере выполнения согласно фиг. 2 и 3, последовательное соединение 50 с переключателями 10 и 20 смонтировано на внутренней стороне 62 теплоотвода 60, и последовательное соединение с обоими переключателями 30 и 40 смонтировано на внутренней стороне 82 теплоотвода 80. Конденсатор С находится, например, за пределами зоны теплоотвода.

С подмодулями SM согласно фиг. 2 и 3 можно простым способом сформировать группы SG подмодулей, при этом подмодули SM их снаружи расположенными теплоотводами 60 или 80 установлены рядом друг с другом. Это показано в качестве примера на фиг. 4.

Для обеспечения низкоомного контактирования подмодулей SM, а также для предотвращения или по возможности снижения механических вибраций из-за сил тока, возникающих в процессе работы подмодулей SM, в качестве предпочтительного рассматривается, если подмодули SM группы SG подмодулей прижимаются друг к другу посредством зажимного устройства 100. Зажимное устройство 100 состоит предпочтительно из электрически непроводящего материала, чтобы предотвратить короткое замыкание подмодулей SM. Зажимное устройство 100 может быть, например, образовано посредством рамы 110 и плунжера 120, например, в форме винта 121 и прижимной пластины 122.

Фиг. 5 показывает группу SG подмодулей с электроизолирующим зажимным устройством 100 снова на виде со стороны. Можно видеть, что подмодули SМ группы SG подмодулей плотно прижимаются друг к другу посредством зажимного устройства 100.

Фиг. 6 показывает еще один пример выполнения для подмодуля SM, который можно использовать в многоуровневом преобразователе 5 согласно фиг. 1 или другом многоуровневом преобразователе. Подмодуль SM имеет два переключателя 210 и 220, которые, соответственно, закреплены на теплоотводе 60 или 80 подмодуля SM. Оба теплоотвода 60 или 80, кроме того, выполняют функцию токоведущего вывода А1 и А2 подмодуля SM. Для этого, соответственно, один из переключающих выводов обоих переключателей 210 и 220, соответственно, соединен с соответствующим теплоотводом 60 и 80, на котором закреплен соответствующий переключатель.

С подмодулем SM согласно фиг. 6, посредством установки рядом друг с другом теплоотводов 60 и 80 может быть образована группа SG подмодулей, как это было проиллюстрировано для примера в связи с фиг. 4 и 5. Приведенные выше выводы в связи с фиг. 4 и 5 соответственно справедливы для подмодуля SM.

Фиг. 7 показывает пример выполнения для подмодуля SM, который оснащен четырьмя переключателями 10, 20, 30 и 40 и конденсатором С. Два переключателя 10 и 20 электрически соединены последовательно и образуют последовательное соединение 50. Два переключателя 30 и 40 также электрически соединены последовательно и образуют последовательное соединение 70.

В отличие от примера выполнения, показанного на фиг. 2 и 3, в примере выполнения согласно фиг. 7, предусмотрен только один теплоотвод 300, который служит для охлаждения всех четырех переключателей 10, 20, 30 и 40. Средний вывод 71 последовательного соединения 70 электрически соединен с теплоотводом 300, который образует на основе этого вывода токоведущий вывод А1 модуля подмодуля SM. Другой токоведущий вывод А2 модуля подмодуля SM образован электродной пластиной 310, которая соединена со средним выводом 51 последовательного соединения 50.

Фиг. 8 показывает механическую структуру подмодуля SM согласно фиг. 7 на трехмерном виде под углом со стороны. Можно видеть теплоотвод 300, на внутренней стороне 301 которого смонтированы переключатели 10, 20, 30 и 40. Внешняя стенка 302 теплоотвода 300 образует токоведущий вывод А1 модуля подмодуля SM.

Кроме того, на фиг. 8 можно видеть электродную пластину 310, которая электрически соединена со средним выводом 51 последовательного соединения 50. Можно видеть, что электродная пластина 310 выполнена плоской и расположена параллельно к внешней стенке 302 теплоотвода 300. На основе плоского выполнения внешней стенки 302 теплоотвода 300 и плоского выполнения электродной пластины 310 можно подмодуль SM включить последовательно с аналогичными подмодулями, при этом они расположены каскадно рядом друг с другом и прижаты друг к другу.

На фиг. 9 показано в качестве примера формирование группы SG подмодулей посредством установки рядом друг с другом подмодулей SM согласно фиг. 7 и 8. Можно видеть, что подмодули SM установлены рядом друг с другом таким образом, что электродная пластина 310 каждого расположенного внутри подмодуля SM, соответственно, примыкает к теплоотводу 300 смежного подмодуля SM, и теплоотвод 300 каждого внутри расположенного подмодуля SM примыкает к электродной пластине 310 другого смежного подмодуля SM.

Для того чтобы избежать механических вибраций из-за сил тока, возникающих в процессе работы подмодуля SM, или уменьшить их насколько это возможно, подмодули SM предпочтительно посредством зажимного устройства 100, которое состоит из электрически изолирующего материала, прижаты друг к другу, как это было пояснено выше в связи с фиг. 4 и 5. Зажимное устройство 100 может быть образовано, например, с помощью рамы 110 и плунжера 120.

Фиг. 10 показывает формирование группы SG подмодулей согласно фиг. 9 еще раз на виде со стороны. Можно видеть, что подмодули SM установлены рядом друг с другом таким образом, что электродная пластина каждого подмодуля, расположенного внутри, примыкает к теплоотводу смежного подмодуля, а теплоотвод каждого подмодуля, расположенного внутри, примыкает к электродной пластине другого смежного подмодуля.

Фиг. 11 показывает другой пример выполнения подмодуля SM, который можно использовать в многоуровневом преобразователе 5 согласно фиг. 1 или другом многоуровневом преобразователе.

Подмодуль SM содержит теплоотвод 400, который пригоден для охлаждения обоих переключателей 410 и 420 подмодуля SM. Кроме того, теплоотвод 400 служит токоведущим выводом А1 модуля подмодуля SM. Для этого теплоотвод 400 электрически соединен со средним выводом 430 последовательного соединения 440, образованного двумя переключателями 410 и 420.

Другой токоведущий внешний вывод А2 модуля подмодуля SM образован электродной пластиной 450, которая электрически соединена с конденсатором С и переключателем 420 подмодуля SM.

Механическая структура подмодуля SM согласно фиг. 11 предпочтительно соответствует механической структуре подмодуля SM согласно фиг. 8, так что можно сослаться на приведенные выше исполнения, которые могут применяться здесь соответствующим образом. Так, например, можно использовать подмодуль SM согласно фиг. 11 для формирования группы SG подмодулей, как было описано в связи с фиг. 9 и 10.

Хотя изобретение было проиллюстрировано и описано подробно посредством предпочтительных примеров выполнения, изобретение не ограничено раскрытыми примерами, и другие варианты могут быть получены специалистом на этой основе, не отступая от объема защиты настоящего изобретения.

Перечень ссылочных позиций

5 многоуровневый преобразователь

10 переключатель

11 переключающий полупроводниковый компонент

12 диод

20 переключатель

30 переключатель

40 переключатель

50 последовательное соединение

51 средний вывод

60 теплоотвод

61 внешняя стенка

62 внутренняя сторона

70 последовательное соединение

71 средний вывод

80 теплоотвод

81 внешняя стенка

82 внутренняя сторона

100 зажимное устройство

110 рама

120 плунжер

121 винт

122 прижимная пластина

210 переключатель

220 переключатель

300 теплоотвод

301 внутренняя сторона

302 внешняя стенка

310 электродная пластина

400 теплоотвод

410 переключатель

420 переключатель

430 средний вывод

440 последовательное соединение

450 электродная пластина

А1 вывод модуля

А2 вывод модуля

С конденсатор

G5a вывод постоянного тока

G5b вывод постоянного тока

L индуктивность

SG группа подмодулей

SM подмодуль

W5 вывод переменного напряжения

Z промежуточный вывод

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в многоуровневом преобразователе. Техническим результатом является снижение вибраций в многоуровневом преобразователе. Многоуровневый преобразователь (5) содержит по меньшей мере два последовательно соединенных подмодуля (SM), причем каждый подмодуль (SM) имеет, соответственно, по меньшей мере два переключателя (10, 20, 30, 40, 210, 220, 410, 420) и конденсатор (С), а также два токоведущих внешних вывода (А1, А2) модуля. В соответствии с изобретением предусмотрено, что по меньшей мере один подмодуль имеет по меньшей мере один внешний теплоотвод (60, 80,300, 400), который служит в качестве токоведущего внешнего вывода (А1, А2) модуля. 12 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Многоуровневый преобразователь (5) с по меньшей мере двумя последовательно соединенными подмодулями (SM), причем каждый подмодуль (SM) имеет, соответственно, по меньшей мере два переключателя (10, 20, 30, 40, 210, 220, 410, 420) и конденсатор (С), а также два токоведущих внешних вывода (А1, А2) модуля,

причем по меньшей мере один подмодуль имеет по меньшей мере один внешний теплоотвод, который служит в качестве токоведущего внешнего вывода модуля,

отличающийся тем, что

по меньшей мере два смежных подмодуля (SM) имеют, соответственно, по меньшей мере один теплоотвод (60, 80), который образует один из токоведущих внешних выводов (А1, А2) модуля соответствующего подмодуля и на котором по меньшей мере один из переключателей (10, 20, 30, 40) соответствующего подмодуля (SM) смонтирован для охлаждения на стороне внутренней стенки, и теплоотводы (60, 80) по меньшей мере двух смежных подмодулей (SM) на стороне внешней стенки прилегают друг к другу таким образом, что их теплоотводы (60, 80) и тем самым образованные этими теплоотводами (60, 80) токоведущие внешние выводы (А1, А2) модулей электрически соединены друг с другом.

2. Многоуровневый преобразователь (5) по п. 1, отличающийся тем, что

- внешний теплоотвод (60, 80, 300, 400) образует внешнюю стенку (61, 81, 302) подмодуля (SM), и

- на внутренней стороне (62, 82, 301) теплоотвода (60, 80, 300, 400) смонтирован по меньшей мере один из переключателей (10, 20, 30, 40, 210, 220, 410, 420) соответствующего подмодуля (SM) для охлаждения и с помощью вывода переключателя электрически соединен с теплоотводом (60, 80, 300, 400).

3. Многоуровневый преобразователь (5) по любому из пп. 1-2, отличающийся тем, что

- по меньшей мере два подмодуля (SM) имеют, соответственно, первый и второй внешние теплоотводы (60, 80), из которых первый теплоотвод (60) служит в качестве первого токоведущего внешнего вывода (А1) модуля, а второй теплоотвод (80) - в качестве второго токоведущего внешнего вывода (А2) модуля соответствующего подмодуля (SM), и

- первый токоведущий внешний вывод (А1) модуля одного из по меньшей мере двух подмодулей (SM) электрически соединен со вторым токоведущим внешним выводом (А2) модуля другого из по меньшей мере двух подмодулей (SM), а именно, через механический контакт между первым теплоотводом (60) одного из по меньшей мере двух подмодулей (SM) и вторым теплоотводом (80) другого из по меньшей мере двух подмодулей (SM).

4. Многоуровневый преобразователь (5) по пп. 1-3, отличающийся тем, что

- по меньшей мере один из подмодулей (SM) содержит первое последовательное соединение (50), второе последовательное соединение (70) и расположенный параллельно обоим последовательным соединениям (50, 70) конденсатор (С), причем первое последовательное соединение (50) и второе последовательное соединение (70) содержат, соответственно, два электрически последовательно соединенных переключателя (10, 20, 30, 40),

- первое последовательное соединение (50) установлено на первом теплоотводе (60) подмодуля (SM), а второе последовательное соединение (70) - на втором теплоотводе (80) подмодуля (SM),

- средний вывод (51) первого последовательного соединения (50) электрически соединен с первым теплоотводом (60) и образует первый токоведущий вывод (А1) модуля подмодуля (SM), и

- средний вывод (71) второго последовательного соединения (70) электрически соединен со вторым теплоотводом (80) и образует второй токоведущий вывод (А2) модуля подмодуля (SM).

5. Многоуровневый преобразователь (5) по п. 4, отличающийся тем, что

- два или более подмодулей (SM) имеют, соответственно, первое последовательное соединение (50) и второе последовательное соединение (70) с, соответственно, двумя последовательно расположенными переключателями (10, 20, 30, 40) и, соответственно, одним расположенным параллельно обоим последовательным соединениям (50, 70) конденсатором (С),

- первое последовательное соединение (50) установлено на первом теплоотводе (60) соответствующего подмодуля (SM), а второе последовательное соединение (70) - на втором теплоотводе (80) соответствующего подмодуля (SM),

- средний вывод (51) первого последовательного соединения (50), соответственно, электрически соединен с первым теплоотводом (60) соответствующего подмодуля (SM) и образует первый токоведущий вывод (А1) модуля соответствующего подмодуля (SM),

- средний вывод (71) второго последовательного соединения (70), соответственно, электрически соединен со вторым теплоотводом (80) соответствующего подмодуля (SM) и образует второй токоведущий вывод (А2) модуля соответствующего подмодуля (SM), и

- подмодули (SM) таким образом попарно примыкают друг к другу, что первый теплоотвод (60) одного из подмодулей (SM) примыкает ко второму теплоотводу (80) смежного подмодуля (SM) и связан с ним термически и электропроводно.

6. Многоуровневый преобразователь (5) по пп. 1-3, отличающийся тем, что

- по меньшей мере один из подмодулей (SM) является полумостовым модулем, содержащим первый переключатель (220, 420) и второй переключатель (210, 410), причем второй переключатель (210, 410) расположен электрически последовательно с конденсатором (С) полумостового модуля, а первый переключатель (220, 420) расположен электрически параллельно этому последовательному соединению, и

- один из обоих выводов переключателя первого переключателя (220, 420) соединен с теплоотводом или одним из теплоотводов (60, 80, 400) полумостового модуля и образует один из обоих токоведущих внешних выводов (А1, А2) модуля полумостового модуля.

7. Многоуровневый преобразователь (5) по п. 6, отличающийся тем, что

- многоуровневый преобразователь (5) содержит по меньшей мере два полумостовых модуля,

- первый переключатель (220) по меньшей мере двух полумостовых модулей соединен с первым теплоотводом (60) соответствующего полумостового модуля, и второй переключатель (210) по меньшей мере двух полумостовых модулей соединен со вторым теплоотводом (80) соответствующего полумостового модуля,

- один из обоих выводов переключателя первого переключателя (220) по меньшей мере двух полумостовых модулей электрически соединен с первым теплоотводом (60) соответствующего полумостового модуля и образует первый токоведущий вывод (А1) модуля соответствующего полумостового модуля,

- другой из обоих выводов переключателя первого переключателя (220) по меньшей мере двух полумостовых модулей электрически соединен со вторым теплоотводом (80) соответствующего полумостового модуля и образует второй токоведущий вывод (А2) модуля соответствующего полумостового модуля, и

- по меньшей мере два полумостовых модуля попарно таким образом примыкают друг к другу, что первый теплоотвод (60) одного из по меньшей мере двух полумостовых модулей примыкает ко второму теплоотводу (80) другого из по меньшей мере двух полумостовых модулей и электрически соединен с ним.

8. Многоуровневый преобразователь (5) по пп. 1-3, отличающийся тем, что

- первый и второй теплоотводы (60, 80) по меньшей мере двух подмодулей (SM) расположены параллельно друг другу и образуют токоведущие внешние соединительные пластины модуля, и

- по меньшей мере два переключателя (10, 20, 30, 40, 210, 220) соответствующего подмодуля (SM) пространственно расположены в области между двумя соединительными пластинами модуля соответствующего подмодуля (SM).

9. Многоуровневый преобразователь (5) по пп. 1-3, отличающийся тем, что

имеется зажимное устройство (100), которое прижимает первый теплоотвод (60) по меньшей мере одного из подмодулей (SM) ко второму теплоотводу (80) смежного подмодуля (SM).

10. Многоуровневый преобразователь (5) по п. 2, отличающийся тем, что

- по меньшей мере один из подмодулей (SM) имеет теплоотвод, на котором смонтированы переключатели соответствующего переключающего модуля, и теплоотвод образует первый токоведущий внешний вывод модуля подмодуля, и

- подмодуль имеет электродную пластину, которая расположена на расстоянии от теплоотвода подмодуля и образует второй токоведущий внешний вывод модуля подмодуля.

11. Многоуровневый преобразователь (5) по п. 10, отличающийся тем, что

- по меньшей мере два подмодуля имеют, соответственно, теплоотвод (300, 400), на котором смонтированы переключатели (10, 20, 30, 40, 410, 420) соответствующего переключающего модуля, и теплоотвод (300, 400) образует первый токоведущий внешний вывод (А1) модуля соответствующего подмодуля (SM),

- по меньшей мере два подмодуля (SM) имеют, соответственно, электродную пластину (310, 450), которая расположена на расстоянии от теплоотвода (300, 400) соответствующего подмодуля (SM) и образует второй токоведущий внешний вывод (А2) модуля соответствующего подмодуля (SM), и

- первый токоведущий внешний вывод (А1) модуля одного из по меньшей мере двух подмодулей (SM) электрически соединен со вторым токоведущим внешним выводом (А2) модуля другого из по меньшей мере двух подмодулей (SM), а именно, посредством механического контакта между теплоотводом (300, 400) одного из по меньшей мере двух подмодулей (SM) и электродной пластиной (310, 450) другого из по меньшей мере двух подмодулей (SM).

12. Многоуровневый преобразователь (5) по п. 11, отличающийся тем, что

- теплоотвод (300, 400) и электродная пластина (310, 450) в по меньшей мере двух подмодулях (SM) расположены, соответственно, параллельно друг другу и образуют токоведущие внешние соединительные пластины модуля соответствующего подмодуля (SM), и

- по меньшей мере два переключателя (10, 20, 30, 40, 410, 420) каждого из по меньшей мере двух подмодулей (SM), соответственно, пространственно расположены в области между обеими токоведущими внешними соединительными пластинами модуля.

13. Многоуровневый преобразователь (5) по п. 11, отличающийся тем, что

имеется зажимное устройство (100), которое прижимает теплоотвод (300, 400) по меньшей мере одного из подмодулей (SM) к электродной пластине (310, 450) смежного подмодуля (SM).