DE102019008177A1 - HIGH-FREQUENCY MEDIUM VOLTAGE DRIVE SYSTEM FOR HIGH-SPEED MACHINE APPLICATIONS - Google Patents
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Abstract
Ein Aspekt der Erfindung beinhaltet, dass ein Mittelspannungs-Leistungswandler eine Vielzahl von Scheiben umfasst, die jeweils Folgendes aufweisen: einen Transformator mit einer Vielzahl von Primärwicklungen zum Koppeln mit einer Versorgungsquelle für Eingangsleistung und einer Vielzahl von Sekundärwicklungen; und eine Vielzahl von Leistungswürfeln, die mit der Vielzahl von Sekundärwicklungen gekoppelt sind, wobei jeder der Vielzahl von Leistungswürfeln eine Niederfrequenz-Front-Endstufe, eine Gleichspannungsverbindung und eine Hochfrequenz-Siliziumkarbid (SiC)-Inverterstufe zum Koppeln mit einer Hochfrequenzlast oder einer Hochgeschwindigkeitsmaschine umfasst.One aspect of the invention includes that a medium voltage power converter comprises a plurality of disks, each comprising: a transformer having a plurality of primary windings for coupling to a supply source for input power and a plurality of secondary windings; and a plurality of power cubes coupled to the plurality of secondary windings, each of the plurality of power cubes comprising a low frequency front end stage, a DC link, and a high frequency silicon carbide (SiC) inverter stage for coupling to a high frequency load or high speed machine.
Description
Diese Erfindung wurde mit staatlicher Unterstützung unter der Förderkennzeichen DE-EE0007254 des Energieministeriums gemacht. Die Regierung hat bestimmte Rechte an der Erfindung.This invention was made with government support under the funding code DE-EE0007254 of the Ministry of Energy. The government has certain rights in the invention.
Stand der TechnikState of the art
Typische Mittelspannungs-(engl.: medium voltage, MV)-Leistungswandler oder sogenannte Systemantriebe bzw. Systemumrichter (engl.: drive systems) werden aus siliziumbasierten Topologien gebildet. Solche Systeme erfüllen nicht die von verschiedenen Branchen gestellten hohen Anforderungen zur Verbesserung der Gesamtsystemleistung und - kosten. Zu den besonderen Herausforderungen an die Systeme gehören der Betrieb bei höheren Grundfrequenzen, als es bei derzeitig möglich ist, z.B. bis zu 1000 Hertz (Hz) für Direktantriebsanwendungen, Hochleistungs-MV-Antriebe zur Bewältigung des Leistungsbedarfs im mittleren Leistungsbereich (z.B. bis zu 20 Megawatt (MW)), Gesamtwirkungsgrade des Wandlersystems besser als 97% und reduzierte volumetrische Leistungsdichte und Stellfläche zur Verbesserung von Systemleistungsdichte und -kosten. Aktuelle Systeme sind zu einem solchen Betrieb nicht in der Lage.Typical medium voltage (MV) power converters or so-called system drives or system converters (drive systems) are formed from silicon-based topologies. Such systems do not meet the high demands of various industries to improve overall system performance and costs. The special challenges for the systems include operation at higher fundamental frequencies than is currently possible, e.g. Up to 1000 hertz (Hz) for direct drive applications, high-performance MV drives to meet the power requirements in the medium power range (e.g. up to 20 megawatts (MW)), overall efficiency of the converter system better than 97% and reduced volumetric power density and footprint to improve system power density and costs. Current systems are not capable of such an operation.
Vielmehr arbeiten traditionelle Multi-Megawatt- und Multi-Level-Mittelspannungs-Leistungswandler-Technologien auf Basis von Silizium-Bauelementen im Bereich von Grundfrequenzen von 0-120Hz, Schaltungen bei 600 Hz und Wirkungsgraden bis zu 95%. Der Betrieb bei höheren Grundfrequenzen verbietet sich auf Grund von hohen Schaltverlusten, die zu steilem System-Derating, dramatischen Systemeffizienzen und Verminderungen der Leistungsdichte führen.Rather, traditional multi-megawatt and multi-level medium-voltage power converter technologies work on the basis of silicon components in the range of basic frequencies from 0-120Hz, circuits at 600 Hz and efficiencies of up to 95%. Operation at higher fundamental frequencies is prohibited due to high switching losses, which lead to steep system derating, dramatic system efficiencies and reductions in power density.
Aufgabe und Lösung der ErfindungObject and solution of the invention
Ein Aspekt der Erfindung beinhaltet, dass ein Mittelspannungs-Leistungswandler eine Vielzahl von Scheiben umfasst, die jeweils aufweisen: einen Transformator mit einer Vielzahl von Primärwicklungen zum Koppeln an eine Versorgungsquelle für Eingangsleistung und mit einer Vielzahl von Sekundärwicklungen; und eine Vielzahl von Leistungswürfeln, die mit der Vielzahl von Sekundärwicklungen verbunden sind, wobei jeder der Vielzahl von Leistungswürfeln eine Niederfrequenz-Front-Endstufe, eine Gleichspannungs (DC)-Zwischenschaltung (DC-link) und eine Hochfrequenz-Siliziumkarbid (SiC)-Inverterstufe zum Koppeln mit einer Hochfrequenzlast oder einer Hochgeschwindigkeitsmaschine umfasst.One aspect of the invention includes that a medium voltage power converter comprises a plurality of disks, each comprising: a transformer having a plurality of primary windings for coupling to a supply source for input power and having a plurality of secondary windings; and a plurality of power cubes connected to the plurality of secondary windings, each of the plurality of power cubes including a low frequency front end stage, a DC link, and a high frequency silicon carbide (SiC) inverter stage for coupling to a high frequency load or high speed machine.
In einer Ausführungsform umfasst der Mittelspannungs-Leistungswandler ferner einen oder mehrere Sensoren, die mit einem Eingang des Mittelspannungs-Leistungswandlers gekoppelt sind, um Sensorinformationen zu erhalten. Der Mittelspannungs-Leistungswandler kann ferner ein Trennschaltersystem (engl.: circuit breaker system) umfassen, das zwischen der Versorgungsquelle der Eingangsleistung und dem Mittelspannungs-Leistungswandler geschaltet ist. Das Trennschaltersystem kann den Mittelspannungs-Leistungswandler zumindest teilweise auf den Sensorinformationen basierend aktiv mit der Versorgungsquelle der Eingangsleistung verbinden oder trennen. Der Mittelspannungs-Leistungswandler kann ferner eine Netzschnittstellensteuerung zum Speichern und Bereitstellen von Unterstützungsfunktionen für eine elektrische Hochgeschwindigkeitsmaschine, die mit einer mechanischen Hochgeschwindigkeitslast und einem Versorgungsnetz gekoppelt ist, beinhalten. Die Hochfrequenzlast kann eine Hochgeschwindigkeitsmaschine sein, die mit einer Frequenz zwischen 500-1000 Hertz arbeitet, wobei die Versorgungsquelle der Eingangsleistung mit einer Frequenz von 50/60 Hertz arbeiten soll. Die Niederfrequenz-Front-Endstufe kann eine SiC-basierte aktive Front-Endstufe sein. Jeder der Vielzahl von Leistungswürfeln umfasst ein Gehäuse mit einer Vielzahl von Wechselstrom-Bus-Schienen (engl.: AC bus bar), die zu einer ersten Fläche des Leistungswürfels hin verschoben sind. Ein Gleichstrom-Bus (DC-bus) der Gleichstrom-Zwischenschaltung kann eine beschichtete Anordnung aufweisen, die zu einer zweiten Fläche des Leistungswürfels hin verschoben ist, wobei die beschichtete Anordnung einen ersten horizontalen Abschnitt mit Gate-Treiber-Öffnungen (engl.: gate drive openings) aufweist, die direkt dort hindurch ausgebildet sind. Der Gleichstrom-Bus kann ferner einen zweiten horizontalen Abschnitt beinhalten, der vertikal zum ersten horizontalen Abschnitt versetzt ist. Der zweite horizontale Abschnitt kann an eine Vielzahl von Kondensatoren gekoppelt sein, die eine Kapazität in der Größenordnung von etwa 7,6-11,4 Millifarad aufweisen können. Der erste horizontale Abschnitt kann Folgendes umfassen: eine Vielzahl von Wechselstrom-Busdurchgänge (AC bus clearances), über die eine Vielzahl von Wechselstrom-Bus-Schienen mit mindestens einer SiC-Vorrichtung verbunden werden sollen; und eine Vielzahl von Gate-Treiber-Schnittstellen (engl.: gate drive interfaces), über die Verbindungen zum Kommunizieren von Gate-Treiber-Signalen passend eingerichtet sind.In one embodiment, the medium voltage power converter further includes one or more sensors coupled to an input of the medium voltage power converter to obtain sensor information. The medium voltage power converter may further comprise a circuit breaker system connected between the supply source of the input power and the medium voltage power converter. The disconnector system can actively connect or disconnect the medium-voltage power converter based at least in part on the sensor information with the supply source of the input power. The medium voltage power converter may further include a network interface controller for storing and providing support functions for a high speed electrical machine coupled to a high speed mechanical load and a utility network. The high frequency load can be a high speed machine operating at a frequency between 500-1000 hertz with the input power supply source operating at a frequency of 50/60 hertz. The low-frequency front end stage can be an SiC-based active front end stage. Each of the plurality of power cubes includes a housing with a plurality of AC bus bars that are shifted toward a first surface of the power cube. A direct current bus (DC bus) of the direct current intermediate circuit can have a coated arrangement which is displaced toward a second surface of the power cube, the coated arrangement having a first horizontal section with gate driver openings (English: gate drive openings) that are formed directly through it. The DC bus may further include a second horizontal section that is vertically offset from the first horizontal section. The second horizontal section may be coupled to a plurality of capacitors, which may have a capacitance on the order of approximately 7.6-11.4 millifarads. The first horizontal section may include: a plurality of AC bus clearances through which a plurality of AC bus rails are to be connected to at least one SiC device; and a large number of gate driver interfaces via which connections for communicating gate driver signals are suitably set up.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung beinhaltet, dass ein Mittelspannungs-Leistungswandler Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Scheiben, die jeweils einen Transformator aufweisen, der eine Vielzahl von Primärwicklungen zur Verbindung mit einem gemeinsamen Kopplungspunkt eines Versorgers bei einer ersten Frequenz, und eine Vielzahl von Sekundärwicklungen, jeweils zum Koppeln mit einer aus einer Vielzahl von Leistungswürfeln der Scheibe aufweist, wobei jeder der Vielzahl von Leistungswürfeln eine aktive (IGBT) Front-Endstufe mit Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (engl.: insulated gate bipolar transistor, IGBT), eine Gleichstrom-Zwischenschaltung und eine SiC-Back-Endstufe zum Koppeln mit einer Last bei einer zweiten Frequenz umfasst, wobei die zweite Frequenz größer als die erste Frequenz ist.Another aspect of the invention includes that a medium voltage power converter comprises: a plurality of disks, each having a transformer having a plurality of primary windings for connection to a common coupling point of a utility at a first frequency, and a plurality of secondary windings, each for coupling to one of a plurality of performance cubes of the disk, each of the plurality of performance cubes an active (IGBT) front end stage with insulated gate bipolar transistor (English: insulated gate bipolar transistor, IGBT), a DC intermediate circuit and an SiC back end stage for coupling to a load at a second frequency, wherein the second frequency is greater than the first frequency.
In einer Ausführungsform soll, sofern eine Energiequelle anstelle einer Last vorliegt, die SiC-Back-Endstufe als Gleichrichter und die aktive IGBT-Front-Endstufe als Inverter betrieben werden, um zu ermöglichen, erzeugten Strom über den gemeinsamen Kopplungspunkt dem Versorger zuzuführen. Der Mittelspannungs-Leistungswandler kann ferner eine Steuerung beinhalten, die dafür sorgt, dass, wenn der Versorger die Stromquelle ist, die SiC-Back-Endstufe als Inverter und die aktive IGBT-Front-Endstufe als Gleichrichter arbeitet.In one embodiment, if an energy source is present instead of a load, the SiC back output stage is to be operated as a rectifier and the active IGBT front output stage is to be operated as an inverter in order to enable current to be supplied to the provider via the common coupling point. The medium-voltage power converter can also include a controller which ensures that, when the supplier is the power source, the SiC back output stage functions as an inverter and the active IGBT front output stage functions as a rectifier.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung beinhaltet, dass ein Transformator für einen Mittelspannungs-Leistungswandler Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Kernschenkeln, die zwischen einer ersten Säule und einer zweiten Säule passend angeordnet sind, wobei jeder der Vielzahl von Kernschenkeln Folgendes aufweist: einen Satz von Primärwicklungen, die um den entsprechenden Kernschenkel herum passend angeordnet sind; und einen Satz von Sekundärwicklungen, die um den Satz von Primärwicklungen herum passend angeordnet sind.Another aspect of the invention includes that a transformer for a medium voltage power converter comprises: a plurality of core legs that fit between a first pillar and a second pillar, each of the plurality of core legs having: a set of primary windings, which are appropriately arranged around the corresponding core leg; and a set of secondary windings suitably arranged around the set of primary windings.
In einer Ausführungsform ist jeder der Vielzahl von Kernschenkeln einer Phase einer dreiphasigen Stromversorgung zugeordnet. Der Satz Primärwicklungen für einen ersten Kernschenkel kann parallelgeschaltet werden. In einer Ausführungsform ist jede aus einem ersten Satzes von Sekundärwicklungen, die um den, um einen ersten Kernschenkel herum passend angeordneten, Satz von Primärwicklungen herum passend angeordnet sind, gekoppelt mit einem von einem ersten Leistungswürfel, wobei der erste Leistungswürfel eine Niederfrequenz-Front-Endstufe, eine Gleichstrom-Zwischenschaltung und eine Hochfrequenz-Back-Endstufe umfasst, einem zweiten Leistungswürfel mit einer Niederfrequenz-Front-Endstufe, einer Gleichstrom-Zwischenschaltung und einer Hochfrequenz-Back-Endstufe, und einem dritten Leistungswürfel mit einer Niederfrequenz-Front-Endstufe, einer Gleichstrom-Zwischenschaltung und einer Hochfrequenz-Back-Endstufe; ist jede aus einem zweiten Satz Sekundärwicklungen, die um den, um einen zweiten Kernschenkel herum passend angeordneten, Satz Primärwicklungen herum passend angeordneten sind, gekoppelt an einen von dem ersten Leistungswürfel, dem zweite Leistungswürfel und dem dritte Leistungswürfel; und ist jede aus einem dritten Satz Sekundärwicklungen, die um den, um einen dritten Kernschenkel herum passend angeordneten, Satz Primärwicklungen herum passend angeordnet sind, gekoppelt mit einem von dem ersten Leistungswürfel, dem zweiten Leistungswürfel und dem dritten Leistungswürfel.In one embodiment, each of the plurality of core legs is associated with a phase of a three-phase power supply. The set of primary windings for a first core leg can be connected in parallel. In one embodiment, each of a first set of secondary windings that are arranged around the set of primary windings that fit around a first core leg is coupled to one of a first power cube, the first power cube being a low frequency front end , a DC intermediate circuit and a high-frequency back-end stage, a second power cube with a low-frequency front-end stage, a DC intermediate circuit and a high-frequency back-end stage, and a third power cube with a low-frequency front end stage, one DC intermediate circuit and a high-frequency back amplifier; each is made up of a second set of secondary windings that are fitted around the set of primary windings that fit around a second core leg, coupled to one of the first power cube, the second power cube, and the third power cube; and is each of a third set of secondary windings, which are arranged around the set of primary windings, which are arranged to fit around a third core leg, coupled to one of the first power cube, the second power cube and the third power cube.
In einer Ausführungsform stellt die Vielzahl von Sekundärwicklungen eine symmetrische Impedanz für die Vielzahl von Leistungswürfeln bereit. Jede aus dem Satz von Primärwicklungen kann von einer anderen aus dem Satz von Primärwicklungen um einen ersten Trennabstand von mindestens zwei Zoll beabstandet sein, um eine Entkopplung voneinander zu gewährleisten. Die Vielzahl von Sekundärwicklungen stellt einen Teil der symmetrischen Impedanz für die Vielzahl von Leistungswürfeln zur Gewährleistung von Steuerstabilität bereit. Jede aus dem Satz von Primärwicklungen kann von dem Satz der Sekundärwicklungen um einen zweiten Trennungsabstand von mindestens einem halben Zoll beabstandet sein.In one embodiment, the plurality of secondary windings provide symmetrical impedance for the plurality of power cubes. Each of the set of primary windings may be spaced from another of the set of primary windings by a first separation distance of at least two inches to ensure decoupling from one another. The variety of secondary windings provides part of the symmetrical impedance for the variety of performance cubes to ensure tax stability. Each of the set of primary windings can be spaced from the set of secondary windings by a second separation distance of at least half an inch.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung beinhaltet, dass ein Mittelspannungs-Leistungswandler einen Schrank mit Folgendem umfasst: einer Leistungswürfelaufnahme, um eine Vielzahl von Leistungswürfeln aufzunehmen, wobei jeder der Vielzahl von Leistungswürfeln innerhalb eines entsprechenden Gehäuses eingepasst ist und eine Niederfrequenz-Front-Endstufe, eine Gleichstrom-Zwischenschaltung und eine Hochfrequenz-Back-Endstufe umfasst, wobei die Vielzahl von Leistungswürfeln zur Kopplung mit einer Hochgeschwindigkeitsmaschine vorgesehen ist; und eine Vielzahl von ersten Barrieren, die geeignet sind, einen isolierten ersten Kühlluftstrom durch einen der Vielzahl von Leistungswürfeln zu leiten; und eine Transformatoraufnahme mit mindestens einem Transformator zum Koppeln zwischen einem Versorgungsanschluss und der Vielzahl von Leistungswürfeln, wobei die Transformatoraufnahme eine Vielzahl von Kühlgebläsen zum Kühlen des mindestens einen Transformators umfasst.Another aspect of the invention includes that a medium voltage power converter includes a cabinet with: a power cube receptacle to accommodate a plurality of power cubes, each of the plurality of power cubes being fitted within a corresponding housing and a low frequency front end, a direct current Intermediate circuit and a high-frequency back-end stage, wherein the plurality of power cubes is provided for coupling to a high-speed machine; and a plurality of first barriers adapted to direct an isolated first flow of cooling air through one of the plurality of power cubes; and a transformer receptacle with at least one transformer for coupling between a supply connection and the plurality of power cubes, the transformer receptacle comprising a plurality of cooling fans for cooling the at least one transformer.
In einer Ausführungsform beinhaltet der Schrank mindestens eine erste Öffnung, um den ersten Kühlluftstrom von der Transformatoraufnahme in die Leistungswürfelaufnahme umzuleiten, und mindestens eine zweite Öffnung, um einen aus der Vielzahl von Leistungswürfeln austretenden Luftstrom aus der Leistungswürfelaufnahme in die Transformatoraufnahme zu leiten. Die Vielzahl von Kühlgebläsen kann den austretenden Luftstrom absaugen. Der Schrank kann ein permeables Element beinhalten, um zu ermöglichen, dass ein zweiter Kühlluftstrom aus einer äußeren Umgebung über die Vielzahl von Kühlgebläsen durch den mindestens einen Transformator geleitet wird. Der Schrank kann als abgedichtetes Gehäuse ausgebildet sein. In einem Beispiel soll die Transformatoraufnahme luftgekühlt und die Leistungswürfelaufnahme flüssiggekühlt sein. Die Leistungswürfelaufnahme kann von der Transformatoraufnahme isoliert sein.In one embodiment, the cabinet includes at least a first opening to divert the first cooling air flow from the transformer receptacle into the power cube receptacle and at least a second opening to direct an air flow emerging from the plurality of power cubes from the power cube receptacle into the transformer receptacle. The large number of cooling fans can extract the escaping air flow. The cabinet may include a permeable element to enable a second flow of cooling air from an external environment to be directed through the plurality of cooling fans through the at least one transformer. The cabinet can be designed as a sealed housing. In one example, the transformer receptacle is to be air-cooled and the power cube receptacle is liquid-cooled. The Power cubes can be isolated from the transformer.
In einer Ausführungsform beinhaltet die Leistungswürfelaufnahme Folgendes: einen Wärmetauscher zum Entziehen von Wärme aus dem ersten Kühlluftstrom; eine erste Öffnung, um zu ermöglichen, dass der erste Kühlluftstrom durch die Vielzahl von Leistungswürfeln geleitet wird; und eine zweite Öffnung zum Leiten eines Stroms erwärmter Luft aus der Vielzahl von Leistungswürfeln zum Wärmetauscher.In one embodiment, the power cube mount includes: a heat exchanger for extracting heat from the first cooling air stream; a first opening to allow the first flow of cooling air to pass through the plurality of power cubes; and a second opening for directing a flow of heated air from the plurality of power cubes to the heat exchanger.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung beinhaltet, dass ein System einen oder mehrere Mittelspannungs-Leistungswandler umfasst, von denen jeder einen ersten Schrank umfassen kann, der Folgendes aufweist: eine Leistungswürfelaufnahme zur Aufnahme einer Vielzahl von Leistungswürfeln, wobei jeder der Vielzahl von Leistungswürfeln innerhalb eines entsprechenden Gehäuses eingepasst ist und eine Niederfrequenz-Front-Endstufe, eine Gleichstrom-Zwischenschaltung und eine Hochfrequenz-Back-Endstufe umfasst und die Vielzahl von Leistungswürfeln zur Kopplung mit einer Hochgeschwindigkeitsmaschine vorgesehen ist; eine Transformatoraufnahme mit mindestens einem Transformator zur Kopplung zwischen einem Versorgungsanschluss und der Vielzahl von Leistungswürfeln. Die Transformatoraufnahme kann eine Vielzahl von Kühlgebläsen zum Kühlen des mindestens einen Transformators beinhalten. Der mindestens eine Transformator kann Folgendes beinhalten: eine Vielzahl von Kernschenkeln, die zwischen einer ersten Säule und einer zweiten Säule passend angeordnet sind, wobei: ein erster Kernschenkel eine erste Vielzahl von dort passend angeordneten Kühlplatten, einen, um die erste Vielzahl von Kühlplatten herum passend angeordneten, ersten Satz von Primärwicklungen, und einen, um den ersten Satz von Primärwicklungen herum passend angeordneten, ersten Satz von Sekundärwicklungen, aufweist; ein zweiter Kernschenkel eine zweite Vielzahl von dort passend angeordneten Kühlplatten, einen, um die zweite Vielzahl von Kühlplatten herum passend angeordneten, zweiten Satz von Primärwicklungen, und einen, um den zweiten Satz von Primärwicklungen herum passend angeordneten, zweiten Satz von Sekundärwicklungen, aufweist; ein dritter Kernschenkel eine dritte Vielzahl von dort passend angeordneten Kühlplatten, einen, um die dritte Vielzahl von Kühlplatten herum passend angeordneten, dritten Satz von Primärwicklungen, und einen, um den dritten Satz von Primärwicklungen herum passend angeordneten, dritten Satz von Sekundärwicklungen, aufweist.Another aspect of the invention includes that a system includes one or more medium voltage power converters, each of which may include a first cabinet, comprising: a power cube receptacle for receiving a plurality of power cubes, each of the plurality of power cubes within a corresponding housing is fitted and comprises a low-frequency front end stage, a DC intermediate circuit and a high-frequency back end stage and the plurality of power cubes is provided for coupling to a high-speed machine; a transformer holder with at least one transformer for coupling between a supply connection and the plurality of power cubes. The transformer receptacle can include a plurality of cooling fans for cooling the at least one transformer. The at least one transformer may include: a plurality of core legs suitably arranged between a first column and a second column, wherein: a first core leg has a first plurality of cooling plates arranged there, one to fit around the first plurality of cooling plates an arranged first set of primary windings and a first set of secondary windings suitably arranged around the first set of primary windings; a second core leg has a second plurality of cooling plates suitably arranged there, a second set of primary windings suitably arranged around the second plurality of cooling plates, and a second set of secondary windings suitably arranged around the second set of primary windings; a third core leg comprises a third plurality of cooling plates suitably arranged there, a third set of primary windings suitably arranged around the third plurality of cooling plates, and a third set of secondary windings suitably arranged around the third set of primary windings.
In einer Ausführungsform beinhaltet das System ferner: eine erste Kühlplatte, die an mindestens einen Abschnitt der ersten Säule passend angeordnet ist; und eine zweite Kühlplatte, die an mindestens einen Abschnitt der zweiten Säule passend angeordnet ist. Der erste Schrank kann in Bezug auf eine äußere Umgebung abgedichtet sein, wobei mindestens eine erste Öffnung zwischen der Transformatoraufnahme und der Leistungswürfelaufnahme vorgesehen ist, um einen ersten Kühlluftstrom von der Transformatoraufnahme zur Leistungswürfelaufnahme zu gewährleisten, und mindestens eine zweite Öffnung zwischen der Transformatoraufnahme und der Leistungswürfelaufnahme vorgesehen ist, um einen Abluftstrom von der Leistungswürfelaufnahme zur Transformatoraufnahme zu gewährleisten.In one embodiment, the system further includes: a first cooling plate that mates with at least a portion of the first column; and a second cooling plate matingly disposed on at least a portion of the second column. The first cabinet can be sealed with respect to an external environment, at least one first opening being provided between the transformer receptacle and the power cube receptacle in order to ensure a first cooling air flow from the transformer receptacle to the power cube receptacle, and at least a second opening between the transformer receptacle and the power cube receptacle is provided to ensure an exhaust air flow from the power cube holder to the transformer holder.
In einem Beispiel umfasst das System ferner eine Vielzahl von ersten Barrieren, die geeignet sind, einen isolierten ersten Kühlluftstrom durch einen der Vielzahl von Leistungswürfeln zu leiten. Das System kann ferner ein erstes zweiphasiges Kühlsystem zum Kühlen des mindestens einen Transformators über die erste, zweite und dritte Vielzahl von Kühlplatten und ein zweites zweiphasiges Kühlsystem zum Kühlen von mindestens der Niederfrequenz-Front-Endstufe und der Hochfrequenz-Back-Endstufe der Vielzahl von Leistungswürfeln beinhalten.In one example, the system further includes a plurality of first barriers adapted to direct an isolated first flow of cooling air through one of the plurality of power cubes. The system may further include a first two-phase cooling system for cooling the at least one transformer via the first, second and third plurality of cooling plates and a second two-phase cooling system for cooling at least the low-frequency front end stage and the high-frequency back end stage of the plurality of power cubes include.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet eine Vorrichtung einen Schrank mit einem Mittelspannungs-Leistungswandler. Der Schrank kann Folgendes beinhalten: eine Leistungswürfelaufnahme zur Aufnahme einer Vielzahl von Leistungswürfeln, wobei jeder der Vielzahl von Leistungswürfeln in einem entsprechenden Gehäuse eingepasst ist und eine Front-Endstufe, eine Gleichstrom-Zwischenschaltung und eine Back-Endstufe umfasst; eine Vielzahl von ersten Barrieren, die geeignet sind, um einen isolierten Kühlluftstrom durch einen der Vielzahl von Leistungswürfeln zu leiten; und eine Transformatoraufnahme mit mindestens einem Transformator zur Kopplung zwischen einem Versorgungsanschluss und der Vielzahl von Leistungswürfeln. Die Transformatoraufnahme kann Folgendes beinhalten: eine Vielzahl von Kühlgebläsen zum Leiten des Kühlluftstroms, wobei der Schrank mindestens eine erste Öffnung zum Leiten des Kühlluftstroms von der Transformatoraufnahme zur Leistungswürfelaufnahme, und mindestens eine zweite Öffnung zum Leiten eines aus der Vielzahl von Leistungswürfeln austretenden Luftstroms von der Leistungswürfelaufnahme zur Transformatoraufnahme umfasst.In a further embodiment, a device includes a cabinet with a medium-voltage power converter. The cabinet may include: a power cube receptacle for receiving a plurality of power cubes, each of the plurality of power cubes being fitted in a corresponding housing and comprising a front end stage, a DC intermediate circuit and a back end stage; a plurality of first barriers adapted to direct an isolated flow of cooling air through one of the plurality of power cubes; and a transformer receptacle with at least one transformer for coupling between a supply connection and the plurality of power cubes. The transformer receptacle may include: a plurality of cooling fans for directing the cooling air flow, the cabinet having at least one first opening for directing the cooling air flow from the transformer receptacle to the power cube receptacle, and at least a second opening for directing an air flow emerging from the plurality of power cubes from the power cubic receptacle for transformer mounting.
In einer Ausführungsform beinhaltet die Vorrichtung ferner: eine erste Vielzahl von Kühlplatten, die um einen ersten Kernschenkel des mindestens einen Transformators herum passend angeordnet sind und zwischen dem ersten Kernschenkel und einem ersten, um den ersten Kernschenkel herum passend angeordneten Satz von Primärwicklungen angeordnet sind; eine zweite Vielzahl von Kühlplatten, die um einen zweiten Kernschenkel des mindestens einen Transformators herum passend angeordnet sind und zwischen dem zweiten Kernschenkel und einem, um den zweiten Kernschenkel herum passend angeordneten, zweiten Satz von Primärwicklungen angeordnet sind; und eine dritte Vielzahl von Kühlplatten, die um einen dritten Kernschenkel des mindestens einen Transformators herum passend angeordnet sind, und zwischen dem dritten Kernschenkel und einem, um den dritten Kernschenkel herum passend angeordneten, dritten Satz von Primärwicklungen angeordnet sind.In one embodiment, the device further includes: a first plurality of cooling plates mating around a first core leg of the at least one transformer and disposed between the first core leg and a first set of primary windings mating around the first core leg; a second plurality of cooling plates, which are arranged to fit around a second core leg of the at least one transformer, and are arranged between the second core leg and a second set of primary windings suitably arranged around the second core leg; and a third plurality of cooling plates which are arranged to fit around a third core leg of the at least one transformer and are arranged between the third core leg and a third set of primary windings which are arranged to fit around the third core leg.
In einer Ausführungsform kann die Vorrichtung ferner beinhalten: eine erste Kühlplatte, die an mindestens einen Abschnitt einer ersten Säule des mindestens einen Transformators passend angeordnet ist; und eine zweite Kühlplatte, die an mindestens einen Abschnitt einer zweiten Säule des mindestens einen Transformators passend angeordnet ist. Die Vorrichtung kann ferner ein erstes Zweiphasen-Kühlsystem zum Kühlen des mindestens einen Transformators über die erste, zweite und dritte Vielzahl von Kühlplatten und ein zweites Zweiphasen-Kühlsystem zum Kühlen von mindestens der Vielzahl von Leistungswürfeln umfassen. Der Schrank kann ein abgedichtetes Gehäuse sein. Die Vorrichtung kann ferner eine Vielzahl von Drosselspulen beinhalten, die innerhalb der Transformatoraufnahme eingepasst sind, wobei jede der Vielzahl von Drosselspulen zwischen dem mindestens einen Transformator und einem Entsprechenden aus der Vielzahl von Leistungswürfeln geschaltet ist.In one embodiment, the device may further include: a first cooling plate that mates with at least a portion of a first column of the at least one transformer; and a second cooling plate matingly disposed on at least a portion of a second column of the at least one transformer. The apparatus may further include a first two-phase cooling system for cooling the at least one transformer via the first, second and third plurality of cooling plates and a second two-phase cooling system for cooling at least the plurality of power cubes. The cabinet can be a sealed housing. The device may further include a plurality of choke coils fitted within the transformer receptacle, each of the plurality of choke coils connected between the at least one transformer and a corresponding one of the plurality of power cubes.
FigurenlisteFigure list
-
1 ist ein schematisches Schaltbild einer Hochgeschwindigkeits-LeistungswandlerUmgebung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.1 10 is a schematic diagram of a high speed power converter environment according to an embodiment of the present invention. -
2A ist ein schematisches Schaltbild eines repräsentativen SiC-basierten modularen Leistungsbausteins gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.2A 10 is a schematic diagram of a representative SiC-based modular power device according to an embodiment of the present invention. -
2B ist ein schematisches Schaltbild eines Leistungswürfels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.2 10 is a schematic circuit diagram of a power cube according to an embodiment of the present invention.B -
2C ist ein schematisches Schaltbild eines Leistungswürfels gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.2C -
3 ist ein schematisches Schaltbild eines modularen Multi-Megawatt-Leistungswandler-Systems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.3rd 10 is a schematic diagram of a modular multi-megawatt power converter system according to another embodiment of the present invention. -
4 ist ein Blockdiagramm einer Schnittstellenschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.4th 10 is a block diagram of an interface circuit according to an embodiment of the present invention. -
5 ist eine Seitenansicht eines Leistungswandler-Schranks gemäß einer Ausführungsform.5 10 is a side view of a power converter cabinet according to an embodiment. -
6 ist eine Seitenansicht eines Leistungswandler-Schranks gemäß einer weiteren Ausführungsform.6 10 is a side view of a power converter cabinet according to another embodiment. -
7 ist eine Seitenansicht eines Leistungswandler-Schranks gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.7 10 is a side view of a power converter cabinet according to another embodiment of the present invention. -
8A ist ein Blockdiagramm von Details einer Kühlanordnung für einen Transformator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.8A -
8B ist eine Rückansicht eines Transformators, die eine Kühlanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weiter veranschaulicht.8B -
8C ist eine Querschnittsansicht einer Transformatorensäule, die eine Kühlanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weiter veranschaulicht.8C FIG. 10 is a cross-sectional view of a transformer column that further illustrates a cooling arrangement according to an embodiment of the present invention. -
8D ist eine Darstellung eines Transformators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.8D -
8E ist ein schematisches Schaubild der Transformatoranschlüsse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.8E -
9 ist eine grafische Darstellung des Diagramms einer Wirkungsgradkurve eines Scheibentransformators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.9 10 is a graphical representation of a disc transformer efficiency curve according to an embodiment of the present invention. -
10 ist eine grafische Darstellung einer Scheibenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.10th 10 is a graphical representation of a disk assembly in accordance with another embodiment of the present invention. -
11 ist eine grafische Darstellung eines ganzen SiC-basierten Leistungswürfels gemäß einer Ausführungsform.11 10 is a graphical representation of an entire SiC-based performance cube according to one embodiment. -
12 ist eine grafische Darstellung einer Gleichstrom-Bus-Anordnung gemäß einer Ausführungsform.12 10 is a graphical representation of a DC bus arrangement according to an embodiment. -
13 ist eine Anordnung mit entkoppelten Wechselstrom- und Gleichstrom-Bussen gemäß einer Ausführungsform.13 10 is an AC and DC bus decoupled arrangement according to one embodiment.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein modularer Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenz-Mittelspannungs-Systemumrichter mittels eines Breitbandspalt-(WBG)-basierten Mittelspannungs (MV)-Leistungswandlers realisiert werden. Ein solcher Leistungswandler ermöglicht Hochgeschwindigkeitsmaschinen-Systemumrichter. In einigen Systemen können ein WBG-basierter MV-Leistungswandler und eine Hochgeschwindigkeits-Induktionsmaschine miteinander gekoppelt werden, um eine bidirektionale Leistungsübertragung zu ermöglichen. Die Leistungsübertragung erfolgt zwischen einem Versorgungsnetz und einer mechanischen Last. In weiteren Ausführungsformen kann das Leistungswandlersystem an eine elektrische oder andere Hochgeschwindigkeitslast, die als Quelle dienen kann, angeschlossen werden, so dass das System die gesammelte Energie mit geeigneter Spannung und geeignetem Strom an ein Versorgungsnetz übertragen kann.In various embodiments, a modular high-speed and high-frequency medium-voltage system converter can be implemented using a broadband gap (WBG) -based medium-voltage (MV) power converter. Such a power converter enables high-speed machine system converters. In some systems, a WBG-based MV Power converters and a high-speed induction machine are coupled together to enable bidirectional power transmission. The power transmission takes place between a supply network and a mechanical load. In further embodiments, the power converter system can be connected to an electrical or other high-speed load that can serve as a source, so that the system can transmit the collected energy with a suitable voltage and a suitable current to a supply network.
Der Systemaufbau kann für hocheffiziente Systeme auf vollständigen WBG-Vorrichtungen wie Siliziumkarbid (SiC)-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) oder für kostengünstige Anwendungen auf aktiven (IGBT-) Front-Endstufen mit Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (engl.: insulated gate bipolar transistor, IGBT), bei denen ein System-Derating zulässig ist und eine minimale Systemleistungsdichte und - Stellfläche nicht einschränkend sind, basieren. In einer weiteren Ausführungsform kann eine hybride Leistungstopologie (z.B. IGBT- und SiC-Leistungs-MOSFET-Kombinationen) verwendet werden- für erleichterte Anforderungen an das elektrische Schalten oder aus Überlegungen zur Kostensenkung bei gleichbleibender akzeptablen Gesamtsystemleistung.The system design can be used for highly efficient systems on complete WBG devices such as silicon carbide (SiC) metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) or for cost-effective applications on active (IGBT) front end stages with bipolar transistor with insulated gate electrode gate bipolar transistor, IGBT), in which system derating is permissible and a minimum system power density and footprint are not restrictive. In another embodiment, a hybrid power topology (e.g., IGBT and SiC power MOSFET combinations) can be used - for easier electrical switching requirements or for cost reduction considerations while maintaining acceptable overall system performance.
In
Der System-Umrichter
Obwohl in
Mit Bezug auf die weiteren Details, die in der Abbildung in
Weiterhin mit Bezug auf
Wie weiter zu sehen ist, beinhaltet die Hochgeschwindigkeitsmaschine
In
Wie man sieht, beinhaltet jede Scheibe
In der Übersichts-Ansicht in
In der Ausführung in
In
Wie dargestellt, ist der Leistungswandler
In Bezug auf das repräsentative Leistungsumwandlungssystem
Wie weiter veranschaulicht, können die Sensoren
Auf diese Weise kann ein aus einem oder mehreren MPBBs bestehender System-Umrichter zwischen einem Netzanschluss und einer hochfrequenten Last koppeln. So kann beispielsweise der Eingang der MPBBs mit einem Netzanschluss verbunden werden, der mit 3-phasig bei 60 Hz, 13,8 kV arbeitet, und der Ausgang der MPBBs liefert (liefern) Ausgangsleistung für eine hochfrequente Last, die z.B. bei 500 Hz, 4,16 kV und 3-phasig betrieben werden kann. Umgekehrt kann das MPBB einen Hochfrequenz-Generator, der z.B. bei 500 Hz, 4,16 kV 3-phasig arbeitet, mit einem 3-phasigen Netzanschluss bei 60 Hz, 13,8 kV verbinden.In this way, a system converter consisting of one or more MPBBs can couple between a mains connection and a high-frequency load. For example, the input of the MPBBs can be connected to a mains connection that works with 3-phase at 60 Hz, 13.8 kV, and the output of the MPBBs supplies output power for a high-frequency load, e.g. can be operated at 500 Hz, 4.16 kV and 3-phase. Conversely, the MPBB can use a high-frequency generator, e.g. works at 500 Hz, 4.16 kV 3-phase, connect to a 3-phase mains connection at 60 Hz, 13.8 kV.
In einer Ausführungsform kann eine Glasfaser-basierte SiC-Gate- Treiber-Schnittstelle implementiert werden, um die Immunität gegen Systemrauschen zu verbessern und eine lokale Steuersignalverwaltung zu ermöglichen. Sie kann an jede handelsübliche oder maßgeschneiderte duale SiC-basierte Gerätelösung angepasst werden. In einer Ausführungsform kann die Schnittstelle passend auf einer Schaltkreisplatine angeordnet werden, die direkt über einem Gate-Treiber der Vorrichtung angeordnet werden kann, um die induktive Kopplung während der Signalanbindung zu minimieren. Ein FPGA-Chip kann onboard verwendet werden, um lokal smart-Funktionen (engl.: smart features) zur Verbesserung der Leistung von SiC-Bauelementen zu implementieren und die Unterbringung innerhalb dieser Einheit zu vereinfachen. Die Störung von Steuerungs- und Statussignalen kann zwischen Steuerung und Halbbrücken-Gate-Treibern aufgrund von Umgebungen hohen elektrischen Rauschens in SiC-Systemen verringert werden. Eine Simplex-Glasfaserleitung kann verwendet werden, um die Schaltzustände der Halbbrücke und die Steuerung der Gate-Treiberplatine von der Steuerung zum Gate-Treiber zu übertragen. Eine Simplex-Glasfaserleitung kann verwendet werden, um Fehlerzustände und SiC-MOSFET-Temperatur vom Halbbrücken-Gate-Treiber an die Steuerung zu übertragen. Für jeden Halbbrücken-Treiber kann eine isolierte Stromversorgung verwendet werden, um Erdschleifen zwischen den einzelnen Halbbrücken-Steuerungen zu minimieren.In one embodiment, a fiber optic SiC gate driver interface can be implemented to improve immunity to system noise and enable local control signal management. It can be adapted to any commercial or customized dual SiC-based device solution. In one embodiment, the interface can be suitably arranged on a circuit board, which can be arranged directly above a gate driver of the device, in order to minimize the inductive coupling during the signal connection. An FPGA chip can be used onboard to implement locally smart functions to improve the performance of SiC components and to simplify the placement within this unit. The interference of control and status signals between the controller and half-bridge gate drivers due to high electrical noise environments in SiC systems can be reduced. A simplex fiber line can be used to transfer the switching states of the half-bridge and the control of the gate driver board from the controller to the gate driver. A simplex fiber line can be used to transmit fault conditions and SiC-MOSFET temperature from the half-bridge gate driver to the controller. An isolated power supply can be used for each half-bridge driver to minimize ground loops between the individual half-bridge controllers.
In
Wie dargestellt, beinhaltet die Schnittstellenschaltung
Obwohl die Ausführungsformen in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt sind, kann durch die Verwendung von Kommunikation über Glasfaser ein Abstand von ca. 0,1-50 Metern zwischen Würfelsteuerung
Ausführungsformen können eine Kühlung von Transformatoren und Invertern auf unterschiedliche Weise ermöglichen. In einigen Fällen können beide Abschnitte, so wie sie in einem bestimmten Scheibenschrank implementiert sind, luftgekühlt sein. Und einer oder mehrere der Transformator- und Inverterabschnitte können über ein zweiphasiges Kühlsystem flüssiggekühlt sein.Embodiments can enable cooling of transformers and inverters in different ways. In some cases, both sections, as implemented in a particular pane cabinet, can be air cooled. And one or more of the transformer and inverter sections can be liquid cooled via a two-phase cooling system.
In verschiedenen Ausführungsformen können Kühlaufbauten für Leistungstransformatoren für eine verbesserte Wärmeabfuhr sorgen. Transformatoren und Leistungswürfel können mittels Durchluft gekühlt werden, um die Wärmeabfuhr zu verbessern (unter Ausnutzung mechanischer Barrieren). Unabhängig davon, ob es sich bei der Gesamtkühlung um Luft- oder Flüssigkeitskühlung handelt, sollte es so zu verstehen sein, dass die Leistungswürfel-Kühlung von Haupthalbleiterkomponenten (z.B. allen SiCs und IGBTs) intern mit Hilfe einer 2-Phasen-Kühlung erfolgen kann.In various embodiments, cooling assemblies for power transformers can provide improved heat dissipation. Transformers and power cubes can be cooled using through-air to improve heat dissipation (using mechanical barriers). Regardless of whether the overall cooling is air or liquid cooling, it should be understood that the power cube cooling of main semiconductor components (e.g. all SiCs and IGBTs) can be carried out internally with the help of 2-phase cooling.
In
Im Gegenzug wird zusätzliche Luft vom Transformatorabschnitt
In
Wie weiter gezeigt, kann die Kühlung für den Inverterabschnitt
In noch einer weiteren Ausführungsform sind sowohl Transformator- als auch Leistungswürfel, wie in
In noch weiteren Ausführungsformen kann die zusätzliche Kühlung eines Transformators durch das Bereitstellen von Kälteplatten auf den Flächen der Kerne des Transformators realisiert werden. In einer Ausführungsform können jedem Kernschenkel zwischen 2 und 4 Kälteplatten mit einer Breite von z.B. 6 Zoll zugeordnet werden. Um die Wärmeübertragung der Transformatorkerne zu verbessern, können sich auf der Vorder- und Rückseite des Transformators zusätzliche Kälteplatten, die an den Säulen des Transformators angeordnet sind, befinden. So sind in der Abbildung in
Noch unter Bezugnahme auf
In
Und wie weiter veranschaulicht, sind die entsprechenden Sekundärwicklungen
In einer Ausführungsform kann ein entsprechender Trennungsabstand
In
Somit bieten Ausführungsformen bei dieser Anordnung ein hocheffizientes Leistungstransformator-Design mit symmetrischen Sekundärimpedanzen. Für jede Sekundärwicklung gibt es drei parallele Primärwicklungen. Die Anordnung der Wicklungen nebeneinander reduziert die Kopplung zwischen den Sekundärwicklungen und erhöht auch die für den Wandler wirksame äquivalente Impedanz. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer zusätzlichen Serieninduktivität pro Phase, die an der Primär- oder Sekundärseite des Transformators eingesetzt wird, um die Stabilität der Wandlersteuerung zu gewährleisten. Außerdem entfallen zusätzliche Filter am Wandlereingang. Bei Si-basierten Gerätesystemen kann die Notwendigkeit einer zusätzlichen Induktivität zulässig sein, da die AFE des Wandlers bei niedriger Frequenz geschaltet wird, um den Gesamtverlust niedrig zu halten. Der Transformator ist so konzipiert, dass er an den Punkten A und B betrieben werden kann, wie die Wirkungsgradkurve in
In
Ausführungsformen können ferner Effizienzsteigerungen bei der Konfiguration eines Leistungswürfels zur Umsetzung SiC-basierter Schaltgeräte ermöglichen. Insbesondere kann in einer Ausführungsform ein Design beschichteter Gleichstrom-Bus-Schienen verwendet werden, um die Leistung von WBG-Geräten zu verbessern. Dieses Design kann die parasitäre Induktivität zur Verbesserung der Schaltleistung von SiC-Bauelementen auf weniger als 13nH minimieren. Das Design verbessert das Schalten von Würfeln und den Kurzschlussschutz, indem es die gesamte äquivalente Schleifeninduktivität beim Schalten von SiC-Vorrichtungen minimiert. In einer bevorzugten Implementierung kann eine vollständige SiC-Gerätetopologie mit einem spezifischen SiC-Leistungsmodul-Anschlussstück-Layout (engl.: SiC power module terminal layout) verwendet werden.Embodiments can also enable efficiency increases in the configuration of a power cube for implementing SiC-based switching devices. In particular, in one embodiment, a coated DC bus bar design can be used to improve the performance of WBG devices. This design can use parasitic inductance to improve the switching performance of SiC devices to less minimize than 13nH. The design improves cube switching and short circuit protection by minimizing the total equivalent loop inductance when switching SiC devices. In a preferred implementation, a complete SiC device topology with a specific SiC power module terminal layout can be used.
In einer weiteren Implementierung kann eine Würfel-Topologie für Hybridgeräte (z.B. Si IGBT-basierter Gleichrichter und SiC MOSFET-basierter Inverter) vorhanden sein, die das gleiche Konzept zur Minimierung der Induktivität des Gleichstrom-Zwischenkreises verwendet. Dies ist so zu verstehen, dass auch andere SiC-Gerätepakete mit unterschiedlichen Strom-Anschlusstück-Layouts (engl.: power terminal layouts) verwendet werden können.In a further implementation, a cube topology for hybrid devices (e.g. Si IGBT-based rectifier and SiC MOSFET-based inverter) can be used, which uses the same concept to minimize the inductance of the DC link. This should be understood to mean that other SiC device packages with different power terminal layouts can also be used.
In
Wie weiter dargestellt, wird an einem vorderen Abschnitt des Gehäuses
Noch unter Bezugnahme auf
Um die Kühlung von SiCs und anderen Komponenten innerhalb des Leistungswürfel
Ausführungsformen bieten eine Gleichstrom-Bus-Konstruktion, die SiC-Geräteabstände verbessert. Insbesondere kann ein Gleichstrom-Bus zur mechanischen Entkopplung des Gleichstrom-Bus von den Wechselstrom-Bus-Schienen designt sein; dadurch kann der Aufbau von Wechselstrom-Bus-Schienen wie oben beschrieben weiter vereinfacht werden. Auf diese Weise können die Anschlussstückabstände der Geräte erhöht werden (z.B. von 2 mils auf 5 mils). Und mit einer Verbesserung der elektrischen Isolation kann in einer beispielhaften Ausführungsform die Gleichstrom-Zwischenschaltung bei zwischen 1000-1200VDC betrieben werden.Embodiments provide a DC bus design that improves SiC device spacing. In particular, a DC bus can be designed to mechanically decouple the DC bus from the AC bus rails; this can further simplify the construction of AC bus rails as described above. In this way, the connector spacing of the devices can be increased (e.g. from 2 mils to 5 mils). And with an improvement in electrical isolation, in an exemplary embodiment, the DC intermediate circuit can operate at between 1000-1200VDC.
In
Wie ferner am Einsatz
Über die Ausnehmungen
In einer weiteren Systemkonstruktion (nicht dargestellt) wird die Isolierung um die SiC-Geräte-Anschlussstücke herum maximiert, indem die Ausnehmungen
In
Während die vorliegende Erfindung unter Bezug auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann darin zahlreiche Modifikationen und Variationen davon erkennen können. Die beigefügten Ansprüche sollen alle Änderungen und Abweichungen erfassen, die unter die grundlegende Idee und dem Umfang dieser vorliegenden Erfindung fallen.While the present invention has been described with reference to a limited number of embodiments, those skilled in the art will recognize numerous modifications and variations therefrom. The appended claims are intended to cover all changes and variations that come within the basic idea and scope of this present invention.
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