專利名稱：一種新穎的igbt牽引變流器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種機(jī)車車輛牽引變流裝置，特別是軌道機(jī)車車輛用的牽引變流裝置的部件構(gòu)造。
在大功率牽引變流器的設(shè)計(jì)當(dāng)中，合理設(shè)計(jì)變流器母排，抑制IGBT元件開關(guān)過電壓，科學(xué)地布置IGBT元件和驅(qū)動(dòng)電路，優(yōu)化熱設(shè)計(jì)以及選擇合適的散熱方式，如何做到變流器的簡統(tǒng)化，模塊化，提高變流器的高可靠性，可維護(hù)性等以上幾方面對(duì)于牽引動(dòng)力的核心--牽引變流器來說非常重要。而就現(xiàn)有的各種變流器來看，主要存在以下方面的不足1、一般變流器沒有使用低感母排(Busbar)技術(shù)或使用了一些簡單的母排技術(shù)，但它們沒有達(dá)到抑制功率器件的開關(guān)過電壓的作用或是效果不是很理想。
2、還有一類變流器使用了一些低感母排(Busbar)技術(shù)，但這些低感母排制作工藝相當(dāng)復(fù)雜，安裝及拆卸非常不方便。
3、變流器內(nèi)部功率元件的布置沒有跟低感母排技術(shù)綜合起來考慮，由于功率元件布置不理想，就發(fā)揮不了降低主電路分布電感的作用。
4、一般變流器的IGBT驅(qū)動(dòng)電路安裝采用兩種方式。一種是直接安裝在IGBT元件上，這樣驅(qū)動(dòng)電路引線電感最小，但是在牽引變流器上，其檢測(cè)維護(hù)非常困難。另一種方式就是為了安裝，更換方便，將驅(qū)動(dòng)電路安裝在離IGBT元件較遠(yuǎn)的空間，但這樣會(huì)引起引線電感較大，對(duì)IGBT元件驅(qū)動(dòng)不利，影響變流器的安全運(yùn)行。
5、采用強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱的牽引變流器它的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，但它一般采用鑄鋁實(shí)體散熱器，散熱效率較低。
6、用于交流傳動(dòng)牽引變流器一般分為四象限整流器和逆變器兩類。由于兩者電路結(jié)構(gòu)和控制不同，因而一般兩者不能互換或互換性較差。
7、一般牽引變流器要滿足不同功率等級(jí)的要求，而必須對(duì)IGBT元件進(jìn)行串、并聯(lián)使用，這樣導(dǎo)致牽引變流器在電路和結(jié)構(gòu)上作很大程度上的變動(dòng)，才能滿足于不同容量的要求。
8、牽引變流器由于電路和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，檢修維護(hù)時(shí)，一般拆卸和安裝非常不方便，而且操作時(shí)需要特殊的裝備工具。
本發(fā)明的目的旨在提供一種模塊化的IGBT牽引變流器模塊。該模塊能克服一般變流器的上述缺陷，做到變流器的結(jié)構(gòu)簡潔，外觀美觀，安全可靠，而且各方面性能優(yōu)越，可維護(hù)性和互換性好，能滿足于城際動(dòng)車組、地鐵車輛、城市輕軌、磁懸浮列車、電車等不同工作電壓，不同功率等級(jí)的應(yīng)用場(chǎng)合。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)采用模塊化技術(shù)，將整個(gè)IGBT牽引變流器模塊化處理，而每個(gè)模塊由8個(gè)IGBT元件組成，使其能構(gòu)成一臺(tái)完整的逆變器或四象限整流器，并且可以根據(jù)不同功率等級(jí)的需要，可變更不同等級(jí)的IGBT元件或IGBT牽引變流模塊的數(shù)量，非常方便地組合成各種容量的牽引逆變器或四象限整流器。在模塊中采用了高性能的低感母排，并充分考慮了IGBT元件的布置與高性能低感母排的結(jié)合，從而大大降低了主電路上的寄生電感。模塊上的8個(gè)IGBT元件分布成四個(gè)橋臂，每兩個(gè)上下布置的IGBT元件構(gòu)成一個(gè)橋臂(即一相)，而相鄰兩個(gè)橋臂上下IGBT元件錯(cuò)開排列，使得流過低感母排上的正負(fù)導(dǎo)體上的電流方向相反，它們產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消，因而主回路上布線的寄生電感大大降低，這就使得IGBT元件關(guān)斷過程中，由于電路上的寄生電感而產(chǎn)生的尖峰過電壓大大減小。從而整個(gè)IGBT牽引變流器模塊應(yīng)用時(shí)，省去了繁瑣復(fù)雜的吸收(Snubber)電路，同時(shí)保證了IGBT元件運(yùn)行于它的安全工作區(qū)，使得變流器模塊達(dá)到結(jié)構(gòu)簡潔，安全可靠的目的。同時(shí)模塊的驅(qū)動(dòng)部分安裝在IGBT元件和低感母排之上。每一橋臂上，下管驅(qū)動(dòng)電路做在一塊板上，整個(gè)模塊有四塊驅(qū)動(dòng)板，它們安裝在一塊絕緣的環(huán)氧玻璃布板上。在低感母排上對(duì)應(yīng)IGBT元件位置處開了穿線孔便于IGBT驅(qū)動(dòng)線通過，這樣的結(jié)構(gòu)使得驅(qū)動(dòng)引線較短，同時(shí)保證了IGBT元件驅(qū)動(dòng)單元的可維護(hù)性。在大功率IGBT元件開關(guān)過程中，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁干擾，我們?cè)O(shè)計(jì)的IGBT牽引變流器模塊它的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)采用光纖傳輸技術(shù)，相對(duì)于其它信號(hào)傳輸方式，它的抗干擾能力大大增強(qiáng)，同時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路采用最優(yōu)化設(shè)計(jì)，使之具有優(yōu)良的驅(qū)動(dòng)性能和完善的保護(hù)功能，因而整個(gè)模塊化可靠性大大增強(qiáng)。
為了解決模塊的散熱問題，本發(fā)明采用特殊工藝的鋁散熱器。本散熱器與一般散熱器不同的是，散熱器由許多薄散熱片組成，一片一片的薄散熱片嵌在散熱板內(nèi)，這樣的結(jié)構(gòu)大大增加了散熱器的散熱面積，同時(shí)又不至于散熱片數(shù)量的增加而影響散熱器的通風(fēng)。它既保留了風(fēng)冷散熱器結(jié)構(gòu)簡潔，維護(hù)簡單的特點(diǎn)，同時(shí)它的散熱效率大大提高，保證了IGBT元件工作時(shí)損耗所產(chǎn)生的熱能及時(shí)耗散掉，使得IGBT工作安全可靠。
本發(fā)明還充分考慮了四象限整流器和逆變器的電路形式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將兩者設(shè)計(jì)融為一體，兩者真正做到了能完全互換。當(dāng)模塊用于四象限整流器時(shí)，四相交流母排用作交流輸入，相應(yīng)的正、負(fù)母排用作直流輸出，反之，當(dāng)模塊用于逆變器時(shí)，交流母排用作交流輸出，相應(yīng)的正、負(fù)母排用作直流輸入。
本發(fā)明在外形結(jié)構(gòu)上還充分考慮了模塊的簡統(tǒng)化，模塊化設(shè)計(jì)，并保持了良好的互換性和可維修性。首先，它的控制電源接插件和光纖接插裝置靠近最外側(cè)，這樣保證了控制信號(hào)的接插非常方便。另外，整個(gè)模塊采用抽屜式結(jié)構(gòu)，它的前面和后面為模塊固定板，后部模塊上方為母排出線，在兩側(cè)裝有提起把柄，安裝和維修時(shí)，通過提起把柄將模塊提起，可以將模塊很順暢地象抽屜一樣推進(jìn)，然后在后部將母排通過螺釘連結(jié)起來，最后將前后固定板用螺釘固定。相比其它牽引變流器的結(jié)構(gòu)，它不需要任何特殊的工裝設(shè)備，檢測(cè)，安裝，維護(hù)，運(yùn)輸相當(dāng)便捷。
通過上述模塊化處理的IGBT牽引變流器，相對(duì)于現(xiàn)有的變流器，具有許多的優(yōu)點(diǎn)1、整個(gè)系統(tǒng)的分布電感小，元件關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的過電壓低，散熱效率高，因而整個(gè)系統(tǒng)的可靠性較現(xiàn)有的變流器大大增強(qiáng)；2、由于采用了模塊化設(shè)計(jì)，因而整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、簡潔，外形美觀；3、本發(fā)明同時(shí)兼顧了四象限整流器和逆變器的電路形式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得該模塊完全可以適應(yīng)兩種工況的使用。具有完全的互換性；4、本發(fā)明采用了抽屜式結(jié)構(gòu)，具有安裝維修及運(yùn)輸方便等特點(diǎn)。
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明IGBT元件平面布置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明IGBT元件應(yīng)用電路示意圖；圖4為本發(fā)明母排部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖。
圖中1-低感母排，2-IGBT元件，3-IGBT驅(qū)動(dòng)電路，4-環(huán)氧玻璃布板，5-前固定板，6-散熱器，7-后固定板，8-光纖插頭。
附圖給出了本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，從附圖中可以看出，本實(shí)用新型包括低感母排1、IGBT元件2、IGBT驅(qū)動(dòng)電路3、環(huán)氧玻璃布板4、前固定板5、散熱片6、后固定板7幾部分。其特征在于所述的各個(gè)部分是根據(jù)降低主電路寄生電感，提高可靠性、可維護(hù)性的原則，按模塊化設(shè)計(jì)組合在一起的。其中IGBT元件2為8個(gè)，每上下兩個(gè)IGBT元件構(gòu)成一個(gè)橋臂(即一相)，共有4個(gè)橋臂，而每相鄰的兩個(gè)橋臂，根據(jù)橋臂流過低感母排上正負(fù)母排的電流流向，采取反向錯(cuò)開排列，使得流過正負(fù)母排上的電流方向相反，它們產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消，從而使得IGBT元件關(guān)斷過程中，主回路上的寄生電感而產(chǎn)生的尖峰過電壓大大減少，在整個(gè)模塊的應(yīng)用裝置中，可省去吸收電路(snubber)。同時(shí)，每個(gè)橋臂上下IGBT元件的驅(qū)動(dòng)電路3做在同一個(gè)驅(qū)動(dòng)板上，整個(gè)模塊有四個(gè)驅(qū)動(dòng)板，它們均安裝在一塊絕緣環(huán)氧玻璃布板4上。整個(gè)模塊是按IGBT驅(qū)動(dòng)電路、絕緣環(huán)氧玻璃布板、低感母排、IGBT元件、散熱器由上自下分層排列，同時(shí)模塊的驅(qū)動(dòng)部分安裝在IGBT元件和低感母排之上。在低感母排上對(duì)應(yīng)IGBT元件位置處開了穿線孔便于IGBT驅(qū)動(dòng)線通過，這樣的結(jié)構(gòu)使得驅(qū)動(dòng)引線較短，同時(shí)保證了IGBT元件驅(qū)動(dòng)單元的可維護(hù)性。為了避免在大功率IGBT元件開關(guān)過程中，產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁干擾，IGBT牽引變流器模塊的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)采用光纖傳輸技術(shù)，相對(duì)于其它信號(hào)傳輸方式，它的抗干擾能力大大增強(qiáng)，同時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路采用最優(yōu)化設(shè)計(jì)，使之具有優(yōu)良的驅(qū)動(dòng)性能和完善的保護(hù)功能，因而整個(gè)模塊化可靠性大大增強(qiáng)。
為了解決模塊的散熱問題，本發(fā)明采用特殊工藝的鋁散熱器。本散熱器與一般散熱器不同的是，散熱器由許多薄散熱片組成，一片一片的薄散熱片嵌在散熱板內(nèi)，并由前固定板和后固定板固定，這樣的結(jié)構(gòu)大大增加了散熱器的散熱面積，同時(shí)又不至于散熱片數(shù)量的增加而影響散熱器的通風(fēng)。它既保留了風(fēng)冷散熱器結(jié)構(gòu)簡潔，維護(hù)簡單的特點(diǎn)，同時(shí)它的散熱效率大大提高，保證了IGBT元件工作時(shí)產(chǎn)生的損耗所產(chǎn)生熱能及時(shí)帶走，使得IGBT工作安全可靠。
本發(fā)明還充分考慮了四象限整流器和逆變器的電路形式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將兩者設(shè)計(jì)融為一體，兩者真正做到了能完全互換。當(dāng)模塊用于四象限整流器時(shí)，四相交流母排用作交流輸入，相應(yīng)的正、負(fù)母排用作直流輸出，反之，當(dāng)模塊用于逆變器時(shí)，交流母排用作交流輸出，相應(yīng)的正、負(fù)母排用作直流輸入。
本發(fā)明在外形結(jié)構(gòu)上還充分考慮了模塊的簡統(tǒng)化，模塊化設(shè)計(jì)，并保持了良好的互換性和可維修性。首先，它的控制電源接插件和光纖接插裝置靠近最外側(cè)，這樣保證了控制信號(hào)的接插非常方便。另外，整個(gè)模塊采用抽屜式結(jié)構(gòu)，它的前面和后面為模塊固定板，后部模塊上方為母排出線，在兩側(cè)裝有提起把柄，安裝和維修時(shí)，通過提起把柄將模塊提起，可以將模塊很順暢地象抽屜一樣推進(jìn)，然后在后部將母排通過螺釘連結(jié)起來，最后將前后固定板用螺釘固定。相比其它牽引變流器的結(jié)構(gòu)，它不需要任何特殊的工裝設(shè)備，檢測(cè)，安裝，維護(hù)，運(yùn)輸相當(dāng)便捷。
權(quán)利要求
1.一種IGBT牽引變流器模塊，包括低感母排(1)、IGBT元件(2)、IGBT驅(qū)動(dòng)電路(3)、環(huán)氧玻璃布板(4)、前固定板(5)、散熱器(6)、后固定板(7)幾部分，其特征在于所述的各個(gè)部分是根據(jù)降低主電路寄生電感，提高可靠性、可維護(hù)性的原則，按模塊化設(shè)計(jì)組合在一起的，其中整個(gè)模塊由8個(gè)IGBT元件組成，IGBT元件(2)為8個(gè)，每上下兩個(gè)IGBT元件構(gòu)成一個(gè)橋臂(即一相)，共有4個(gè)橋臂，而每相鄰的兩個(gè)橋臂，根據(jù)橋臂流過低感母排上正負(fù)母排的電流流向，采取反向錯(cuò)開排列，整個(gè)模塊是按IGBT驅(qū)動(dòng)電路、絕緣環(huán)氧玻璃布板、低感母排、IGBT元件、散熱器由上自下分層排列的。
2.如權(quán)利要求1所述的IGBT牽引變流器模塊，其特征在于所述模塊的驅(qū)動(dòng)部分安裝在IGBT元件和低感母排之上，且每個(gè)橋臂上下IGBT元件的驅(qū)動(dòng)電路(3)做在同一個(gè)驅(qū)動(dòng)板上，整個(gè)模塊有四個(gè)驅(qū)動(dòng)板，它們均安裝在一塊絕緣環(huán)氧玻璃布板(4)上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的IGBT牽引變流器模塊，其特征在于所述的模塊電路中不含吸收電路(snubber)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的IGBT牽引變流器模塊，其特征在于在低感母排上對(duì)應(yīng)IGBT元件位置處開了便于IGBT驅(qū)動(dòng)線通過的穿線孔。
5.如權(quán)利要求1或2所述的IGBT牽引變流器模塊，其特征在于IGBT牽引變流器模塊的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)采用光纖傳輸。
6.如權(quán)利要求1或2所述的IGBT牽引變流器模塊，其特征在于散熱器由許多薄散熱片組成，一片一片的薄散熱片嵌在散熱板內(nèi)，并由前固定板和后固定板固定。
7.如權(quán)利要求1或2所述的IGBT牽引變流器模塊，其特征在于所述模塊可用于四象限整流器，當(dāng)模塊用于四象限整流器時(shí)，四相交流母排用作交流輸入，相應(yīng)的正、負(fù)母排用作直流輸出。
8.如權(quán)利要求1或2所述的IGBT牽引變流器模塊，其特征在于所述模塊可用于逆變器，當(dāng)模塊用于逆變器時(shí)，交流母排用作交流輸出，相應(yīng)的正、負(fù)母排用作直流輸入。
9.如權(quán)利要求1或2所述的′IGBT牽引變流器模塊，其特征在于所述模塊的控制電源接插件和光纖接插裝置靠近最外側(cè)，整個(gè)模塊采用抽屜式結(jié)構(gòu)，前面和后面為模塊固定板，后部模塊上方為母排出線，在兩側(cè)裝有提起把柄，在后部將母排通過螺釘連結(jié)起來，且前后固定板用螺釘固定。
全文摘要
IGBT牽引變流器模塊,采用模塊化技術(shù),將整個(gè)IGBT牽引變流器模塊化處理,模塊上的8個(gè)IGBT元件分布成四個(gè)橋臂,使其能構(gòu)成一臺(tái)完整的逆變器或四象限整流器,并且可以根據(jù)不同功率等級(jí)的需要,可變更不同等級(jí)的IGBT元件或IGBT牽引變流模塊的數(shù)量,非常方便地組合成各種容量的牽引逆變器或四象限整流器。每上下兩個(gè)IGBT元件構(gòu)成一個(gè)橋臂(即一相),每相鄰的兩個(gè)橋臂,根據(jù)橋臂流過低感母排上正負(fù)母排的電流流向,采取反向錯(cuò)開排列。
文檔編號(hào)H01L25/00GK1323094SQ0111453
公開日2001年11月21日 申請(qǐng)日期2001年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月12日
發(fā)明者榮智林, 忻力, 李小紅, 陳燕平, 翁星方 申請(qǐng)人:鐵道部株洲電力機(jī)車研究所