功率變換單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種功率變換單元，包括：逆變電路，用于將直流電轉化為交流電；框架，圍設在所述逆變電路的外側，并與所述逆變電路中的各個電氣元件固定連接；輸入接口，設置在所述框架的外側，用于連接所述逆變電路與外部直流電路；輸出接口，設置在所述框架的外側，用于連接所述逆變電路與外部負載設備。本發(fā)明提供的功率變換單元，可以解決現(xiàn)有技術的功率變換單元布局復雜凌亂導致的在實際使用過程中不便于安裝及維護的問題。
【專利說明】功率變換單元
【技術領域】
[0001]本發(fā)明實施例涉及電氣技術，尤其涉及一種功率變換單元。
【背景技術】
[0002]在軌道交通技術中，機車的功率變換單元是機車輔助逆變系統(tǒng)的核心部件，其主要功能是，連接機車的直流回路與機車的輔助用電設備，具體來說，機車的直流回路通過功率變換單元進行逆變，轉化成三相交流電，再供給機車的輔助用電設備。
[0003]機車的功率變換單元中的主電路為逆變電路，逆變電路一般由絕緣柵雙極晶體管(Insulate-Gate Bipolar Transistor,簡稱:IGBT)器件、電容、電阻和控制模塊構成,各電氣元件之間一般通過電纜或銅排連接，使用時各電氣元件直接安裝在機柜上。
[0004]現(xiàn)有技術的功率變換單元在機柜中布局復雜凌亂，在實際使用過程中不便于安裝及維護。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種功率變換單元，以解決現(xiàn)有技術的功率變換單元布局復雜凌亂導致的在實際使用過程中不便于安裝及維護的問題。
[0006]本發(fā)明提供一種功率變換單元，包括:逆變電路，用于將直流電轉化為交流電；框架，圍設在在所述逆變電路的外側，并與所述逆變電路中的各個電氣元件固定連接；輸入接口，設置在所述框架的外側，用于連接所述逆變電路與外部直流電路；輸出接口，設置在所述框架的外側，用于連接所述逆變電路與外部負載設備。
[0007]進一步地，上述功率變換單元，可以包括:絕緣復合母排，設置在所述框架內(nèi)部，所述絕緣復合母排布設至少二層導電層，用于連接所述逆變電路中的各個電氣元件；至少三個絕緣柵雙極晶體管IGBT、至少一個電容和至少一個電阻，用于構成逆變主電路，所述IGBT、電容和電阻之間通過所述絕緣復合母排的導電層電連接；控制模塊，設置在所述框架內(nèi)部，與所述IGBT連接，用于控制所述IGBT的工作狀態(tài)。
[0008]進一步地，上述功率變換單元，可以包括:控制接口，用于連接外部的控制單元；驅動電路板，其上設置有驅動接口，與所述IGBT相連，所述驅動電路板用于根據(jù)外部的控制單元發(fā)出的控制信號產(chǎn)生驅動信號，驅動所述IGBT工作；溫度檢測開關，用于檢測所述功率變換單元的溫度是否大于閾值，并將所述溫度是否大于閾值的信息發(fā)送給所述外部控制單兀。
[0009]進一步地，上述功率變換單元，所述絕緣復合母排的橫截面形狀可以呈L型；所述IGBT的數(shù)量可以為六個，所述L型絕緣復合母排的底面與六個所述IGBT相連；所述電容中至少包括八個支撐電容，分成兩排，分別與所述L型絕緣復合母排的豎面連接，所述支撐電容通過絕緣支撐架固定連接在所述框架上；所述驅動電路板與所述框架的側面固定連接。
[0010]進一步地，上述功率變換單元，所述輸入接口可以為銅插針連接器，所述輸入接口的數(shù)量為2個，分別連接外部直流電路的正極和負極；所述輸出接口為銅插針連接器，所述輸出接口的數(shù)量為3個，分別用于輸出三相交流電；所述控制接口為SMS連接器；所述驅動接口為插針式連接器。
[0011]進一步地，上述功率變換單元，還可以包括:散熱器，所述散熱器設置在所述框架的底側。
[0012]進一步地，上述功率變換單元，所述功率變換單元可以通過長螺桿將所述框架固定在機柜的安裝板上。
[0013]本發(fā)明提供的功率變換單元，通過圍設在逆變電路外側的框架，實現(xiàn)將逆變電路的各個元器件及復雜的走線封裝在框架內(nèi)，再通過輸入接口和輸出接口分別實現(xiàn)與外部直流電路和負載電路的連接，從而實現(xiàn)了將功率變換單元模塊化，從而避免了功率變換單元在機柜中復雜凌亂的布局，從而便于安裝和維護。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明功率變換單元實施例一的結構示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明功率變換單元實施例二的結構示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明功率變化單元實施例三的結構示意圖；
[0017]圖4為圖3所示實施例針對一個具體的逆變電路設計一種的功率變換單元的立體結構示意圖；
[0018]圖5為圖4所示功率變換單元所對應的逆變電路的電路結構圖；
[0019]圖6為圖4中絕緣復合母排的放大圖。
【具體實施方式】
[0020]圖1為本發(fā)明功率變換單元實施例一的結構示意圖，如圖1所示，本實施例的功率變換單元可以包括:逆變電路1，用于將直流電轉化為交流電；框架2，圍設在在所述逆變電路的外側，并與所述逆變電路I中的各個電氣元件固定連接；輸入接口 3，設置在所述框架2的外側，用于連接所述逆變電路I與外部直流電路；輸出接口 4，設置在所述框架2的外側，用于連接所述逆變電路I與外部負載設備。
[0021]在具體實現(xiàn)時，逆變電路I可以根據(jù)實際需要的指標，例如機車直流回路的電壓、電流和輔助用電設備的功率要求，設計適合的電路。確定電路結構及選定了各元器件之后，再按照盡可能緊湊而不影響電性質(zhì)的原則布置各元器件以及線纜，例如層疊結構，估計此電路所需要的體積，再定制框架2，圍設在逆變電路I的外側。在布置逆變電路I的結構時，還可以將逆變電路I的輸入端和輸出端分別引出至框架2的外側，或者直接將輸入端和輸出端設置在框架2上，并在框架2外側或框架2上安裝相應的接口，即輸入接口 3和輸入接口 4。這樣，就形成了模塊化的功率變換單元，即使逆變電路I中的電路結構和走線很復雜，對于安裝和維護人員來說都不會增加其工作的復雜度，而只需要關注該功率變換單元整體的性能合格以及功率變換單元的輸入接口 3與外部直流電路的連接正確、輸入接口 4與外部負載電路的連接正確。
[0022]本實施例，通過圍設在逆變電路外側的框架，實現(xiàn)將逆變電路的各個元器件及復雜的走線封裝在框架內(nèi)，再通過輸入接口和輸入接口分別實現(xiàn)與外部直流電路和負載電路的連接，從而實現(xiàn)了將功率變換單元模塊化，從而避免了功率變換單元在機柜中復雜凌亂的布局，從而便于安裝和維護。
[0023]上述功率變換單元在實際安裝時，可以通過長螺桿將所述框架固定在機柜的安裝板上。
[0024]圖2為本發(fā)明功率變換單元實施例二的結構示意圖,如圖2所示,在圖1所示功率變換單元實施例的基礎上，優(yōu)選地，本實施例的逆變電路可以包括:絕緣復合母排11，設置在所述框架2的內(nèi)部，絕緣復合母排11布設至少二層導電層，用于連接逆變電路I中的各個電氣元件；至少三個絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate B1-polar Transistor,簡稱:IGBT) 12、至少一個電容13和至少一個電阻14，用于構成逆變電路，IGBT12、電容13和電阻14之間通過絕緣復合母排11的導電層電連接；控制模塊15，設置在框架2的內(nèi)部，與IGBT12連接，用于控制IGBT12的工作狀態(tài)。
[0025]進一步地，控制模塊15可以包括:控制接口 151，用于連接外部的控制單元；驅動電路板152，其上設置有驅動接口 1521，與IGBT12相連，驅動電路板152用于根據(jù)外部的控制單元發(fā)出的控制信號產(chǎn)生驅動信號，驅動所述IGBT12工作；溫度檢測開關153，用于檢測功率變換單元的溫度是否大于閾值，并將溫度是否大于閾值的信息發(fā)送給外部控制單元。
[0026]本實施例的功率變換單元與現(xiàn)有技術相比，一個重要區(qū)別在于用絕緣復合母排11代替現(xiàn)有技術中的普通金屬排或電纜，來連接逆變電路I中的各個電氣元件，而絕緣復合母排11與普通金屬排以及電纜相比，具有以下優(yōu)點:體積更??；各器件的連接更為方便，可以將電路設計得更簡潔緊湊，從而可以節(jié)省空間；電路雜散電感更小，這對于IGBT來說，能夠降低由于電壓擊穿而引起的電器元件損壞概率，從而可以提高整個逆變電路I的可靠性；絕緣復合母排11的形狀能夠根據(jù)電路的結構量身定做，可以進一步減小體積，也便于各電氣元件的安裝。
[0027]具體實現(xiàn)時，可以根據(jù)逆變電路I的結構設計絕緣復合母排11的形狀和尺寸，并在相應的位置預留出安裝各電氣元件的通孔，再根據(jù)該設計定制絕緣復合母排11，以使逆變電路I所占的空間盡量小。安裝時，各IGBT12、電容13和電阻14，可以根據(jù)所設計的電路結構通過螺合的方式連接在絕緣復合母排11的通孔上。而控制模塊15中體積相對較大的是驅動電路板152，因此可以基于驅動電路板152的形狀布置控制模塊15的位置，例如將驅動電路板152設置在框架2的一個側壁上；控制接口 151可以設置在驅動電路板上152上，外部的控制單元通過控制接口 151向控制模塊15發(fā)送控制信號；溫度檢測開關153設置在框架2的內(nèi)部，例如絕緣復合母排11或者驅動電路板152上，可以預先設定溫度的數(shù)值，當功率變換單元的溫度高于該預設值時，溫度檢測開關153的狀態(tài)將發(fā)生變換，并將此開關信號通過控制接口 151發(fā)送給外部的控制單元。
[0028]本實施例，通過絕緣復合母排連接逆變電路中的各個電氣元件，進一步方便了功率變換單元的模塊化設計，并且能夠增加集成度、減小體積，并且提高可靠性。
[0029]圖3為本發(fā)明功率變化單元實施例三的結構示意圖,如圖3所示,在圖2所示功率變換單元實施例的基礎上，本實施例的功率變化單元還可以包括:散熱器16，散熱器16可以設置在所述框架的底側，散熱器16可以采用風冷散熱器。
[0030]圖4為圖3所示實施例針對一個具體的逆變電路設計一種的功率變換單元的立體結構示意圖，圖5為圖4所示功率變換單元所對應的逆變電路的電路結構圖。如圖5所示，Υ1-Υ6為六個IGBT12，組成雙管并聯(lián)的三相逆變主電路，實現(xiàn)直流到三相交流的功率變換；CfC3為三相逆變主電路中的過電壓吸收電容13，用來吸收IGBT12關斷時在直流回路產(chǎn)生的過電壓；CrCll為三相逆變主電路的直流端支撐電容13，用來支撐直流回路電壓，保證直流回路電壓的波動在要求的范圍內(nèi)；R1、R2為直流回路的放電電阻14，用于保證主電路斷電后，直流回路電容上的殘余電壓在要求的時間內(nèi)降低到安全電壓以下。直流正極(DC+)、直流負極(DC-)為功率單元的直流輸入接口 3 ;三相交流電的三相R、S、T為功率單元的輸出接口 4。三塊驅動電路板152 (Driverl?Driver3)構成IGBT12的驅動電路，每塊驅動電路板152接收外部的控制單元提供的兩路控制信號，驅動一個逆變橋臂的兩個IGBT單元工作，同時將IGBT12開關狀態(tài)信號反饋給控制單元。
[0031]具體實現(xiàn)時，可以以散熱器為基礎，在散熱器16的表面安裝圖4所示的6個IGBT12、2個電阻14、和溫度檢測開關153以及功率單元的框架2。絕緣復合母排11可以采用L型的形狀，圖6為圖4中絕緣復合母排的放大圖，如圖6所示，絕緣復合母排11的橫截面形狀呈L型。如圖4和圖5所示，IGBT12的數(shù)量為六個，L型絕緣復合母排11的底面與六個IGBT12相連；電容13中至少包括八個支撐電容，分成兩排，分別與L型絕緣復合母排11的豎面連接，所述支撐電容通過絕緣支撐架固定連接在框架2上；驅動電路板152與框架2的側面固定連接。
[0032]進一步且優(yōu)選地，本實施例的輸入接口 3為銅插針連接器，輸入接口 3的數(shù)量為2個，分別連接外部直流電路的正極(DC+)和負極(DC—)；輸出接口 4為銅插針連接器，輸出接口 4的數(shù)量為3個，分別用于輸出三相交流電的三相(R、S、T);輸入接口 3和輸出接口 4的銅插針連接器，可以為大功率銅插針連接器，例如可以選擇采用直徑為12毫米的銅插針連接器。控制模塊15中連接驅動電路板152和外部控制單元的控制接口 151可以為SMS連接器，例如選擇型號為SMS12GE4J的連接器；驅動電路板152上的驅動接口 1521可以為插針式連接器。
[0033]最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。
【權利要求】
1.一種功率變換單元，其特征在于，包括: 逆變電路，用于將直流電轉化為交流電； 框架，圍設在所述逆變電路的外側，并與所述逆變電路中的各個電氣元件固定連接； 輸入接口，設置在所述框架的外側，用于連接所述逆變電路與外部直流電路； 輸出接口，設置在所述框架的外側，用于連接所述逆變電路與外部負載設備。
2.根據(jù)權利要求1所述的功率變換單元，其特征在于，所述逆變電路包括: 絕緣復合母排，設置在所述框架內(nèi)部，所述絕緣復合母排布設至少二層導電層； 至少三個絕緣柵雙極晶體管IGBT、至少一個電容和至少一個電阻，用于構成逆變電路，所述IGBT、電容和電阻之間通過所述絕緣復合母排的導電層電連接； 控制模塊，設置在所述框架內(nèi)部，與所述IGBT連接，用于控制所述IGBT的工作狀態(tài)。
3.根據(jù)權利要求2所述的功率變換單元，其特征在于，所述控制模塊包括: 控制接口，用于連接外部的控制單元； 驅動電路板，其上設置有驅動接口，與所述IGBT相連，所述驅動電路板用于根據(jù)外部的控制單元發(fā)出的控制信號產(chǎn)生驅動信號，驅動所述IGBT工作； 溫度檢測開關，用于檢測所述功率變換單元的溫度是否大于閾值，并將所述溫度是否大于閾值的信息發(fā)送給所述外部控制單元。
4.根據(jù)權利要求3所述的功率變換單元，其特征在于: 所述絕緣復合母排的橫截面形狀呈L型； 所述IGBT的數(shù)量為六個，所述L型絕緣復合母排的底面與六個所述IGBT相連；所述電容中至少包括八個支撐電容，分成兩排，分別與所述L型絕緣復合母排的豎面連接，所述支撐電容通過絕緣支撐架固定連接在所述框架上； 所述驅動電路板與所述框架的側面固定連接。
5.根據(jù)權利要求4所述的功率變換單元，其特征在于: 所述輸入接口為銅插針連接器，所述輸入接口的數(shù)量為2個，分別連接外部直流電路的正極和負極； 所述輸出接口為銅插針連接器，所述輸出接口的數(shù)量為3個，分別用于輸出三相交流電；所述控制接口為SMS連接器； 所述驅動接口為插針式連接器。
6.根據(jù)權利要求5所述的功率變換單元，其特征在于，還包括:散熱器，所述散熱器設置在所述框架的底側。
7.根據(jù)權利要求6所述的功率變換單元，其特征在于，所述功率變換單元通過長螺桿將所述框架固定在機柜的安裝板上。
【文檔編號】H02M7/00GK103916025SQ201310004750
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月7日 優(yōu)先權日:2013年1月7日
【發(fā)明者】張晉芳, 牛勇, 陳宏 , 劉革莉, 張丹 申請人:永濟新時速電機電器有限責任公司