四象限整流功率模塊及電力機車的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種四象限整流功率模塊及電力機車，其中，四象限整流功率模塊，包括：水冷基板；IGBT，設置在所述水冷基板的第一側(cè)面上；配置板，與所述IGBT機械與電性連接；底板組件，設置在所述水冷基板的第二側(cè)面上；驅(qū)動板，設置在所述底板組件上；光電轉(zhuǎn)換板，設置在所述底板組件上，所述光電轉(zhuǎn)換板與所述驅(qū)動板電性連接，所述驅(qū)動板與所述配置板電性連接，所述配置板與所述IGBT電性連接。上述技術(shù)方案中，驅(qū)動板和IGBT分別安裝在水冷基板的兩側(cè)，利用水冷基板的兩面，分別將發(fā)熱器件IGBT和底板組件固定在其兩面，并將器件工作時產(chǎn)生的熱量帶走，另外，任意部件損壞都可以獨立拆卸維修，具有良好的可維修性。
【專利說明】四象限整流功率模塊及電力機車
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力技術(shù)，尤其涉及一種四象限整流功率模塊及電力機車。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力機車交流技術(shù)的發(fā)展,采用大功率絕緣柵雙極晶體管(Insulated gatebipolar transistor，以下簡稱IGBT)作為開關(guān)元件的變流器日益廣泛。功率模塊作為變流器上的重要部件之一，為方便主電路的維護，正在向模塊化、系列化方向發(fā)展。功率模塊是指將一種主電路用的多個IGBT器件、散熱器、吸收和驅(qū)動電路集成一體的結(jié)構(gòu)。
[0003]以電力機車上使用的四象限整流功率模塊為例，四象限整流功率模塊包括水冷散熱器，以及設置在水冷散熱器一側(cè)的底板組件、IGBT、驅(qū)動板以及光電轉(zhuǎn)換板。四象限整流功率模塊的驅(qū)動板主要用于驅(qū)動IGBT，具體的驅(qū)動流程如下:外部的驅(qū)動信號傳遞至連接器一光電轉(zhuǎn)換板一驅(qū)動板一配置板一IGBT0
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下問題:四象限整流功率模塊維護不方便，IGBT、驅(qū)動板、復合母排以及保護支架都安裝在水冷散熱器的同側(cè)，且多層疊加，在更換驅(qū)動板或IGBT時，均必須拆除驅(qū)動板上層的各個器件，而驅(qū)動板不管在調(diào)試或使用中均屬于易損壞部件，維護時不僅煩瑣費時，而且維護后的可靠性不能保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種四象限整流功率模塊及電力機車，用于優(yōu)化現(xiàn)有四象限整流功率模塊的結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明提供了一種四象限整流功率模塊，其中，包括:
[0007]水冷基板；
[0008]IGBT，設置在所述水冷基板的第一側(cè)面上；
[0009]配置板，與所述IGBT機械與電性連接；
[0010]底板組件，設置在所述水冷基板的第二側(cè)面上；
[0011 ] 驅(qū)動板，設置在所述底板組件上；
[0012]光電轉(zhuǎn)換板，設置在所述底板組件上，所述光電轉(zhuǎn)換板與所述驅(qū)動板電性連接，所述驅(qū)動板與所述配置板電性連接，所述配置板與所述IGBT電性連接。
[0013]如上所述的四象限整流功率模塊，優(yōu)選的是，還包括:
[0014]復合母排，設置在所述IGBT上，且與所述IGBT電性連接；
[0015]吸收電容，跨接固定在所述水冷基板的后端，且與所述復合母排電性連接；
[0016]放電電阻，設置在所述水冷基板的第一側(cè)面上，且與所述復合母排電性連接。
[0017]如上所述的四象限整流功率模塊，優(yōu)選的是，還包括:
[0018]連接器，安裝固定在所述水冷基板第二側(cè)面的底板組件上，所述連接器分別與牽弓I變流器和所述光電轉(zhuǎn)換板電性連接。
[0019]如上所述的四象限整流功率模塊，優(yōu)選的是，[0020]所述驅(qū)動板與所述配置板之間通過同軸電纜連接。
[0021]如上所述的四象限整流功率模塊，優(yōu)選的是，
[0022]所述IGBT的數(shù)量為所述驅(qū)動板數(shù)量的二倍，且一個所述驅(qū)動板同時與兩個所述IGBT連接。
[0023]本發(fā)明實施例還提供一種電力機車，其中，所述電力機車上安裝有本發(fā)明任一提供的四象限整流功率模塊。
[0024]上述技術(shù)方案中，驅(qū)動板和IGBT分別安裝在水冷基板的兩側(cè)，利用水冷基板的兩面，分別將發(fā)熱器件IGBT和底板組件固定在其兩面，并將器件工作時產(chǎn)生的熱量帶走，另夕卜，任意部件損壞都可以獨立拆卸維修，具有良好的可維修性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明實施例一提供的四象限整流功率模塊原理示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明實施例一提供的四象限整流功率模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為圖2第一側(cè)面示意圖(不帶復合母排);
[0028]圖4為圖2第二側(cè)面示意圖；
[0029]圖5為圖1中復合母排的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖6為圖2第一側(cè)面示意圖(帶復合母排)；
[0031]圖7為本發(fā)明實施例二提供的電力機車上牽引變流器原理示意圖。
【具體實施方式】
[0032]圖1為本發(fā)明實施例提供的四象限整流功率模塊原理示意圖，圖2為本發(fā)明實施例一提供的四象限整流功率模塊結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為圖2第一側(cè)面示意圖(不帶復合母排)，圖4為圖2第二側(cè)面示意圖，圖5為圖1中復合母排的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6為圖2第一側(cè)面示意圖(帶復合母排)。
[0033]參見圖1-圖6，本發(fā)明實施例提供一種四象限整流功率模塊，其中，包括水冷基板
1、IGBT2、底板組件3、配置板21、驅(qū)動板4和光電轉(zhuǎn)換板5。IGBT2設置在所述水冷基板I的第一側(cè)面上；配置板21與所述IGBT2機械與電性連接；底板組件3設置在所述水冷基板I的第二側(cè)面上；驅(qū)動板4設置在所述底板組件3上；光電轉(zhuǎn)換板5設置在所述底板組件3上，所述光電轉(zhuǎn)換板5與所述驅(qū)動板4電性連接，所述驅(qū)動板4與所述配置板21電性連接，所述配置板21與所述IGBT2電性連接。
[0034]具體地，水冷基板I上還安裝有保護支架11、支撐架26和固定片25。具體而言，所述光電轉(zhuǎn)換板5與所述驅(qū)動板4通過線纜和光纖電性連接，驅(qū)動板4通過同軸電纜與配置板21上門極G、發(fā)射極E進行電性連接，驅(qū)動板4上的集電極C和配置板21上的集電極C通過線纜直接進行電性連接，配置板21通過緊固件直接將其G、E、C接點與IGBT2的G、E、C接點進行機械與電性連接。
[0035]第一側(cè)面是指四象限整流功率模塊的水冷基板上安裝有IGBT的一側(cè)，第二側(cè)面是指四象限整流功率模塊的水冷基板上安裝有底板組件的一側(cè)。參見圖4，本實施例中以安裝有四個IGBT2為例，每個IGBT2都具有一個相應的配置板，即四塊配置板21。
[0036]此處，各個器件之間的連接關(guān)系可以與現(xiàn)有技術(shù)一致，各個部件的選型也可以與現(xiàn)有技術(shù)一致。在高壓功率模塊中，由于IGBT經(jīng)常會由于過流、過壓導致過熱出現(xiàn)故障或炸裂，導致IGBT需要經(jīng)常進行更換，并且損壞過程中可能致使驅(qū)動板損壞，這樣既不利于維護也使得成本升高，此處，功率模塊分別將IGBT和裝有光電轉(zhuǎn)換板和驅(qū)動板的底板組件安裝固定在水冷散熱器的兩面，既有利于產(chǎn)品的維護，也有利于IGBT的散熱。
[0037]上述技術(shù)方案中，驅(qū)動板和IGBT分別安裝在水冷基板的兩側(cè)，利用水冷基板的兩面，分別將發(fā)熱器件IGBT和底板組件固定在其兩面，并將器件工作時產(chǎn)生的熱量帶走，另夕卜，任意部件損壞都可以獨立拆卸維修，具有良好的可維修性。
[0038]進一步地，四象限整流功率模塊還包括復合母排6、吸收電容7和放電電阻8。復合母排6設置在所述IGBT2上，且與所述IGBT2電性連接，具體通過緊固件直接進行機械與電性連接。吸收電容7跨接固定在所述水冷基板I的后端，具體可通過支撐架26和固定片25進行機械固定，吸收電容7通過電連接端子與所述復合母排6電性連接；放電電阻8設置在所述水冷基板I的第一側(cè)面上，且與所述復合母排6具體通過電纜進行電性連接。
[0039]參見圖5，此處，S1、S2、S3和S4為復合母排對外輸出點標識。
[0040]復合母排完成了 IGBT、吸收電容以及吸收電容放電電阻之間的主電路連接。
[0041]更進一步地，參見圖2，四象限整流功率模塊還包括連接器9，連接器9安裝固定在所述水冷基板I第二側(cè)面的底板組件3上，所述連接器9分別與牽引變流器和光電轉(zhuǎn)換板5電性連接，具體而言，連接器9通過電纜線束與牽引變流器和光電轉(zhuǎn)換板5電性連接。在外連接器9具體與牽引變流器內(nèi)的控制單元進行電連接。對內(nèi)連接器9與光電轉(zhuǎn)換板5具體通過兩個光電轉(zhuǎn)換板5上的光電轉(zhuǎn)換板用15芯連接器27電性連接。此處，連接器9為37芯低壓連接器。
[0042]此處，具體地，所述驅(qū)動板4與所述配置板21之間通過同軸電纜連接。
[0043]驅(qū)動板上控制端G、E與IGBT的G、E之間米用了同軸電纜傳輸信號,與傳統(tǒng)的雙絞線傳輸相比，減少了人為絞線因素對線纜的影響，其抗干擾能力更優(yōu)越。
[0044]優(yōu)選地，所述IGBT2的數(shù)量為所述驅(qū)動板4數(shù)量的二倍，且一個所述驅(qū)動板4同時與兩個所述IGBT2連接。
[0045]驅(qū)動板采用了 I對2的驅(qū)動方式，I塊驅(qū)動板同時驅(qū)動2個并聯(lián)的IGBT器件，結(jié)構(gòu)上更能保證其對稱效果，使得并聯(lián)的IGBT均流性能更好。
[0046]上述技術(shù)方案提供的四象限整流功率模塊，驅(qū)動板與IGBT分側(cè)獨立安裝設計使整個功率模塊的體積縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，而且對驅(qū)動板或IGBT的更換更加方便，節(jié)約了拆卸組裝時間，減少了維護成本。采用了高壓大電流復合母排技術(shù)，減少了主回路的雜散電感，降低了尖峰電壓，提高了主回路的可靠性。
[0047]參見圖7，本發(fā)明實施例二還提供一種電力機車，其中，所述電力機車上安裝有本發(fā)明實施例任意提供的四象限整流功率模塊。
[0048]具體而言，四象限整流功率模塊是電力機車牽引變流器的一部分。圖6示意了交流牽引電機12，牽引逆變功率模塊13、中間直流環(huán)節(jié)14、四象限整流斬波功率模塊15以及四象限整流功率模塊16之間的連接關(guān)系。
[0049]2800V中間直流電壓是電力機車牽引系統(tǒng)中的主要電壓等級之一，為給牽引逆變功率模塊提供需要的中間直流電壓，受電弓將接觸網(wǎng)的單相工頻交流電輸送給牽引變壓器，經(jīng)牽引變壓器降壓后的單相交流電提供給本發(fā)明實施例任意提供的四象限整流功率模塊，四象限整流功率模塊完成單相交流變直流的功能，通過中間直流環(huán)節(jié)為逆變功率模塊提供穩(wěn)定的直流電源。
[0050]上述技術(shù)方案提供的電力機車，其上安裝的四象限整流功率模塊的驅(qū)動板與IGBT分側(cè)獨立安裝設計使整個功率模塊的體積縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，而且對驅(qū)動板或IGBT的更換更加方便，節(jié)約了拆卸組裝時間，減少了維護成本。采用了高壓大電流復合母排技術(shù)，減少了主回路的雜散電感，降低了尖峰電壓，提高了主回路的可靠性。
[0051]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(shù)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(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種四象限整流功率模塊，其特征在于，包括: 水冷基板； IGBT，設置在所述水冷基板的第一側(cè)面上； 配置板，與所述IGBT機械與電性連接； 底板組件，設置在所述水冷基板的第二側(cè)面上； 驅(qū)動板，設置在所述底板組件上； 光電轉(zhuǎn)換板，設置在所述底板組件上，所述光電轉(zhuǎn)換板與所述驅(qū)動板電性連接，所述驅(qū)動板與所述配置板電性連接，所述配置板與所述IGBT電性連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四象限整流功率模塊，其特征在于，還包括: 復合母排，設置在所述IGBT上，且與所述IGBT電性連接； 吸收電容，跨接固定在所述水冷基板的后端，且與所述復合母排電性連接； 放電電阻，設置在所述水冷基板的第一側(cè)面上，且與所述復合母排電性連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四象限整流功率模塊，其特征在于，還包括: 連接器，安裝固定在所述水冷基板第二側(cè)面的底板組件上，所述連接器分別與牽引變流器和所述光電轉(zhuǎn)換板電性連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四象限整流功率模塊，其特征在于， 所述驅(qū)動板與所述配置板之間通過同軸電纜連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四象限整流功率模塊，其特征在于， 所述IGBT的數(shù)量為所述驅(qū)動板數(shù)量的二倍，且一個所述驅(qū)動板同時與兩個所述IGBT連接。
6.一種電力機車，其特征在于，所述電力機車上安裝有權(quán)利要求1-5任一所述的四象限整流功率模塊。
【文檔編號】H02M7/00GK103916026SQ201310007694
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月9日
【發(fā)明者】冷麗英, 張晉芳, 劉志敏, 尹梅 申請人:永濟新時速電機電器有限責任公司