專利名稱：一種變流器功率模塊主體裝置及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變流器功率模塊主體裝置及其加工方法，特別是用于鐵路 機(jī)車、輕軌電車、地鐵列車、磁懸浮列車、工業(yè)變頻器的交-直變換、直-交變換、 交-直-交變換的變流器功率模塊主體裝置及其加工方法。
技術(shù)背景目前采用電力電子技術(shù)研制的變流器電源產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力、軍工、 工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，變流器正在迅 速向著體積小、容量大的方向發(fā)展，而變流器電氣與結(jié)構(gòu)上的核心就是功率模 塊?，F(xiàn)有功率模塊的布線方法是在各個(gè)電器元件之間直接用電纜作為導(dǎo)線進(jìn)行 連接，但這種接線方式存在以下問題1、 在體積小、結(jié)構(gòu)緊湊的功率模塊內(nèi)采用電纜布線非常困難且難于折彎造型。2、 產(chǎn)生很大的雜散電感，使主電路電氣性能變差。3、 產(chǎn)生過高的IGBT關(guān)斷過壓會(huì)使IGBT容易損壞，從而使系統(tǒng)工作可靠 性與穩(wěn)定性降低。4、 不方便安裝與拆卸。 發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是要設(shè)計(jì)一種布線方便、電氣 性能優(yōu)良、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、方便安裝與拆卸的變流器功率模塊主體 裝置及其加工方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種變流器功率 模塊主體裝置，包括IGBT、中間支撐電容器、突波吸收電容器，還包括母排主 體，所述的母排主體呈"「"形，長(zhǎng)邊水平向右，短邊垂直向下，所述的中間 支撐電容器通過螺釘固定在母排主體的長(zhǎng)邊上方，突波吸收電容器通過螺釘固 定在母排主體短邊內(nèi)側(cè)，IGBT通過螺釘固定在母排主體短邊外側(cè)，所述的母排 主體左邊有2個(gè)用于與變流器的正負(fù)電壓連接的接線孔，右邊有3個(gè)用于與變流器的均壓電阻連接的接線孔。本發(fā)明所述的母排主體由正絕緣紙、正銅排、正負(fù)間絕緣紙、負(fù)銅排、負(fù) 絕緣紙、中間銅排依次重疊而成。本發(fā)明所述的母排主體上安裝有多個(gè)中間支撐電容器、多個(gè)突波吸收電容器和多個(gè)IGBT。本發(fā)明所述的多個(gè)中間支撐龜容器在母排主體上排列成兩列。 本發(fā)明所述的螺釘為M6的內(nèi)六角圓柱頭螺釘。 一種變流器功率模塊主體裝置的加工方法，包括以下步驟a、 采用銅板將正銅排、負(fù)銅排、中間銅排加工成帶凸臺(tái)和孔的銅排，并根 據(jù)器件接線和結(jié)構(gòu)空間的需要在適當(dāng)處將銅排折彎成"「"形，最后將加工完 的銅排表面做鍍錫處理；b、 采用多層杜邦紙復(fù)合制成正絕緣紙、正負(fù)間絕緣紙、負(fù)絕緣紙，并在正 絕緣紙、正負(fù)間絕緣紙、負(fù)絕緣紙與銅排凸臺(tái)對(duì)應(yīng)的位置開開孔；c、 將正絕緣紙、正銅排、正負(fù)間絕緣紙、負(fù)銅排、負(fù)絕緣紙、中間銅排通 過層層疊壓的方式依次疊壓成母排主體；d、 將中間支撐電容器、IGBT、突波吸收電容器安裝到母排主體上。 本發(fā)明所述的銅板厚度為1.5mm。本發(fā)明在所述的正銅排對(duì)應(yīng)中間支撐電容器、IGBT、突波吸收電容器接線 的位置采用錫焊的方式焊接空心圓柱體銅凸臺(tái)，在正銅排對(duì)應(yīng)負(fù)銅排、中間銅 排的中間支撐電容器、IGBT、突波吸收電容器接線的位置開孔，在左右兩端對(duì) 外接線處安裝直流正接線端子。本發(fā)明在所述的負(fù)銅排對(duì)應(yīng)中間支撐電容器、IGBT、突波吸收電容器接線 的位置采用錫焊的方式焊接空心圓柱體銅凸臺(tái)，在負(fù)銅排對(duì)應(yīng)正銅排、中間銅 排的中間支撐電容器、IGBT、突波吸收電容器接線的位置開孔，在左右兩端對(duì) 外接線處安裝直流負(fù)接線端子。本發(fā)明在所述的中間銅排對(duì)應(yīng)中間支撐電容器接線的位置采用錫焊的方式 焊接空心圓柱體銅凸臺(tái)，在中間銅排對(duì)應(yīng)正銅排、負(fù)銅排的中間支撐電容器接 線的位置開孔，在右端對(duì)外接線處安裝直流M接線端子。本發(fā)明所述的空心圓柱體銅凸臺(tái)為同軸空心圓柱體銅凸臺(tái)，外徑為18mm、 內(nèi)徑為7mm。本發(fā)明所述的杜邦紙厚度為0.3 mm,層數(shù)為3層。本發(fā)明在所述的正絕緣紙、正負(fù)間絕緣紙、負(fù)絕緣紙上的開孔直徑為 20.5mm。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果1、 由于本發(fā)明僅采用3個(gè)銅排就將多個(gè)中間支撐電容器、IGBT、突波吸收 電容器連接到了一起，不必采用若干導(dǎo)線將每個(gè)器件上的各個(gè)接線端子連接， 實(shí)現(xiàn)了布線方便，同時(shí)節(jié)省了布線空間。2、 由于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是多個(gè)中間支撐電容器、IGBT、突波吸收電容器有規(guī) 律且緊密的排列在一起，從而實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)緊湊，提高了空間利用率，在相同功 率情況下有助于變流器體積變小。3、 由于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是中間支撐電容器、IGBT、突波吸收電容器均安裝在 母排主體的不同側(cè)面，安裝螺釘?shù)奈恢靡子诓僮鳎詫?shí)現(xiàn)了中間支撐電容器、 IGBT、突波吸收電容器安裝與拆卸的方便性。4、 由于本發(fā)明的的三個(gè)銅排既是中間支撐電容器、IGBT、突波吸收電容器 的固定板又是變流器主電路的接線板，而用銅排作為主電路直流電壓的接線板 有助于降低主電路上的雜散電感，有助于提高電氣性能，從而增強(qiáng)了變流器系 統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。
本發(fā)明共有附圖9幅，其中圖1是變流器功率模塊主體裝置結(jié)構(gòu)圖的正視圖； 圖2是變流器功率模塊主體裝置結(jié)構(gòu)圖的俯視圖； 圖3是變流器功率模塊主體裝置結(jié)構(gòu)圖的左視圖； 圖4是變流器功率模塊主體裝置結(jié)構(gòu)圖的左視圖A處局部放大圖； 圖5是變流器功率模塊主體裝置結(jié)構(gòu)圖的左視圖B處局部放大圖； 圖6是變流器功率模塊主體裝置正絕緣紙、負(fù)絕緣紙、正負(fù)間絕緣紙形狀 示意圖；圖7是變流器功率模塊主體裝置正銅排形狀示意圖； 圖8是變流器功率模塊主體裝置負(fù)銅排形狀示意圖； 圖9是變流器功率模塊主體裝置中間銅排形狀示意圖。圖中，1、 IGBT， 2、中間支撐電容器，3、突波吸收電容器，4、正絕緣紙， 5、正銅排，6、正負(fù)間絕緣紙，7、負(fù)銅排，8、負(fù)絕緣紙，9、中間銅排， 10、母排主體，11、螺釘。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖1-7所示， 一種變流器功率模 塊主體裝置，包括母排主體10、 IGBT1、中間支撐電容器2、突波吸收電容器3， 所述的母排主體10呈"「"形，長(zhǎng)邊水平向右，短邊垂直向下，由正絕緣紙4、 正銅排5、正負(fù)間絕緣紙6、負(fù)銅排7、負(fù)絕緣紙8、中間銅排9依次重疊而成， 所述的中間支撐電容器2通過螺釘11固定在母排主體10的長(zhǎng)邊上方，突波吸 收電容器3通過螺釘11固定在母排主體10短邊內(nèi)側(cè)，IGBT 1通過螺釘11固定 在母排主體10短邊外側(cè)，所述的母排主體10左邊有2個(gè)用于與變流器的正負(fù) 電壓連接的接線孔，右邊有3個(gè)用于與變流器的均壓電阻連接的接線孔。所述 的母排主體10上安裝有多個(gè)中間支撐電容器2、多個(gè)突波吸收電容器3和多個(gè) IGBT1。所述的多個(gè)中間支撐電容器2在母排主體10上排列成兩列。所述的螺 釘11為M6的內(nèi)六角圓柱頭螺釘。一種變流器功率模塊主體裝置的加工方法，包括以下步驟a、采用1.5mm厚的銅板將正銅排5、負(fù)銅排7、中間銅排9按以下要求加 工成帶凸臺(tái)和孔的銅排，并根據(jù)器件接線和結(jié)構(gòu)空間的需要在適當(dāng)處將銅排折 彎成"「"形，最后將加工完的銅排表面做鍍錫處理在所述的正銅排5對(duì)應(yīng)中間支撐電容器2、 IGBT1、突波吸收電容器3接線 的位置采用錫焊的方式焊接空心圓柱體銅凸臺(tái)，在正銅排5對(duì)應(yīng)負(fù)銅排7、中間 銅排9的中間支撐電容器2、 IGBT1、突波吸收電容器3接線的位置開孔，在左 右兩端對(duì)外接線處安裝直流正接線端子；在所述的負(fù)銅排7對(duì)應(yīng)中間支撐電容器2、 IGBT1、突波吸收電容器接線的 位置采用錫焊的方式焊接空心圓柱體銅凸臺(tái)，在負(fù)銅排7對(duì)應(yīng)正銅排5、中間銅 排9的中間支撐電容器2、 IGBT1、突波吸收電容器接線的位置開孔，在左右兩 端對(duì)外接線處安裝直流負(fù)接線端子；在所述的中間銅排9對(duì)應(yīng)中間支撐電容器2接線的位置采用錫焊的方式焊 接空心圓柱體銅凸臺(tái)，在中間銅排9對(duì)應(yīng)正銅排5、負(fù)銅排7的中間支撐電容器2接線的位置開孔，在右端對(duì)外接線處安裝直流M接線端子；所述的空心圓柱體銅凸臺(tái)為同軸空心圓柱體銅凸臺(tái)，外徑為18mm、內(nèi)徑為 7mm。b、 采用3層0.3mm厚的杜邦紙復(fù)合制成正絕緣紙4、正負(fù)間絕緣紙6、負(fù) 絕緣紙8，并在正絕緣紙4、正負(fù)間絕緣紙6、負(fù)絕緣紙8與銅排凸臺(tái)對(duì)應(yīng)的位 置開直徑為20.5mm的開孔。c、 將正絕緣紙4、正銅排5、正負(fù)間絕緣紙6、負(fù)銅排7、負(fù)絕緣紙8、中 間銅排9通過層層疊壓的方式依次疊壓成母排主體10。d、 將中間支撐電容器2、 IGBT 1、突波吸收電容器3安裝到母排主體10上。本發(fā)明用于交-直變換變流器功率模塊時(shí)，母排主體10左邊2個(gè)接線孔接直 流輸出，IGBT 1第1接線端子均接交流輸入；用于直-交變換變流器功率模塊時(shí)， 母排主體10左邊2個(gè)接線孔接直流輸入，IGBT 1第1接線端子均接交流輸出； 用于交-直-交變換變流器功率單元時(shí)，母排主體10左邊2個(gè)接線孔不接線，IGBT 1第1接線端子一部分接交流輸入另一部分接交流輸出。本發(fā)明在PD4的污染等級(jí)情況下可以保證3kV的額定沖擊電壓，本發(fā)明支 持交-直變換、直-交變換、交-直-交變換變流器功率模塊設(shè)計(jì)。應(yīng)用本發(fā)明的 160kVA整流功率模塊和150kVA逆變功率模塊外形尺寸僅為525.5mmX341mm X400mm。將本發(fā)明應(yīng)用到160kVA整流功率模塊和150kVA逆變功率模塊進(jìn)行絕緣試 驗(yàn)、斬波試驗(yàn)和功率性能試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果如下 絕緣電阻使用500V兆歐表測(cè)量大于500MQ 。介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)電壓為2500VAC、 50Hz的正弦波，施加電壓值持續(xù)lmin， 無擊穿及閃絡(luò)現(xiàn)象出現(xiàn)。調(diào)節(jié)中間電壓為額定600VDC，設(shè)觸發(fā)脈寬為300us、周期為ls的脈沖， 進(jìn)行斬波試驗(yàn)。試驗(yàn)測(cè)得最大尖峰電壓為760V，計(jì)算關(guān)斷過電壓僅為10%;交 流側(cè)電流可達(dá)2400A。功率性能試驗(yàn)證明其各方面參數(shù)優(yōu)秀、穩(wěn)定可靠。
權(quán)利要求
1、一種變流器功率模塊主體裝置，包括IGBT(1)、中間支撐電容器(2)、突波吸收電容器(3)，其特征在于還包括母排主體(10)，所述的母排主體(10)呈 id="icf0001" file="A2008102287490002C1.tif" wi="8" he="2" top= "46" left = "26" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>形，長(zhǎng)邊水平向右，短邊垂直向下，所述的中間支撐電容器(2)通過螺釘(11)固定在母排主體(10)的長(zhǎng)邊上方，突波吸收電容器(3)通過螺釘(11)固定在母排主體(10)短邊內(nèi)側(cè)，IGBT(1)通過螺釘(11)固定在母排主體(10)短邊外側(cè)，所述的母排主體(10)左邊有2個(gè)用于與變流器的正負(fù)電壓連接的接線孔，右邊有3個(gè)用于與變流器的均壓電阻連接的接線孔。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變流器功率模塊主體裝置，其特征在于所述的 母排主體(10)由正絕緣紙(4)、正銅排(5)、正負(fù)間絕緣紙(6)、負(fù)銅排(7)、 負(fù)絕緣紙(8)、中間銅排(9)依次重疊而成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變流器功率模塊主體裝置，其特征在于所 述的母排主體(10)上安裝有多個(gè)中間支撐電容器(2)、多個(gè)突波吸收電容器(3)和多個(gè)IGBT (1)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變流器功率模塊主體裝置，其特征在于所述的 多個(gè)中間支撐電容器(2)在母排主體(10)上排列成兩列。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變流器功率模塊主體裝置，其特征在于所述的 螺釘(11)為M6的內(nèi)六角圓柱頭螺釘。
6、 一種變流器功率模塊主體裝置的加工方法，其特征在于包括以下步驟a、 采用銅板將正銅排(5)、負(fù)銅排(7)、中間銅排(9)加工成帶凸臺(tái)和 孔的銅排，并根據(jù)器件接線和結(jié)構(gòu)空間的需要在適當(dāng)處將銅排折彎成"「"形，最后將加工完的銅排表面做鍍錫處理；b、 采用多層杜邦紙復(fù)合制成正絕緣紙(4)、正負(fù)間絕緣紙(6)、負(fù)絕緣紙 (8)，并在正絕緣紙(4)、正負(fù)間絕緣紙(6)、負(fù)絕緣紙(8)與銅排凸臺(tái)對(duì)應(yīng)的位置開開孔；c、 將正絕緣紙(4)、正銅排(5)、正負(fù)間絕緣紙(6)、負(fù)銅排(7)、負(fù)絕 緣紙(8)、中間銅排(9)通過層層疊壓的方式依次疊壓成母排主體(10);d、 將中間支撐電容器(2)、 IGBT (1)、突波吸收電容器(3)安裝到母排 主體(10)上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的變流器功率模塊主體裝置的加工方法，其特征在 于所述的銅板厚度為1.5mm。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的變流器功率模塊主體裝置的加工方法，其特征在 于在所述的正銅排(5)對(duì)應(yīng)中間支撐電容器(2)、 IGBT (1)、突波吸收電容 器(3)接線的位置采用錫焊的方式焊接空心圓柱體銅凸臺(tái)，在正銅排(5)對(duì) 應(yīng)負(fù)銅排(7)、中間銅排(9)的中間支撐電容器(2)、 IGBT (1)、突波吸收電 容器(3)接線的位置開孔，在左右兩端對(duì)外接線處安裝直流正接線端子。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的變流器功率模塊主體裝置的加工方法，其特征在 于在所述的負(fù)銅排(7)對(duì)應(yīng)中間支撐電容器(2)、 IGBT (1)、突波吸收電容 器(3)接線的位置采用錫焊的方式焊接空心圓柱體銅凸臺(tái)，在負(fù)銅排(7)對(duì) 應(yīng)正銅排(5)、中間銅排(9)的中間支撐電容器(2)、 IGBT (1)、突波吸收電 容器(3)接線的位置開孔，在左右兩端對(duì)外接線處安裝直流負(fù)接線端子。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的變流器功率模塊主體裝置的加工方法，其特征 在于在所述的中間銅排(9)對(duì)應(yīng)中間支撐電容器(2)接線的位置采用錫焊 的方式焊接空心圓柱體銅凸臺(tái)，在中間銅排(9)對(duì)應(yīng)正銅排(5)、負(fù)銅排(7) 的中間支撐電容器(2)接線的位置開孔，在右端對(duì)外接線處安裝直流M接線端 子。
11、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的變流器功率模塊主體裝置的加工方法，其特征 在于所述的空心圓柱體銅凸臺(tái)為同軸空心圓柱體銅凸臺(tái)，外徑為18mm、內(nèi)徑 為7mm。
12、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的變流器功率模塊主體裝置的加工方法，其特征 在于所述的杜邦紙厚度為0.3 mm，層數(shù)為3層。
13、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的變流器功率模塊主體裝置的加工方法，其特征 在于在所述的正絕緣紙(4)、正負(fù)間絕緣紙(6)、負(fù)絕緣紙(8)上的開孔直 徑為20.5mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變流器功率模塊主體裝置及其加工方法，主體裝置包括母排主體、IGBT、中間支撐電容器、突波吸收電容器，所述的母排主體呈“”形，所述的中間支撐電容器通過螺釘固定在母排主體的長(zhǎng)邊上方，突波吸收電容器通過螺釘固定在母排主體短邊內(nèi)側(cè)，IGBT通過螺釘固定在母排主體短邊外側(cè)。加工方法包括采用銅板加工成帶凸臺(tái)和孔的銅排，采用多層杜邦紙復(fù)合制成絕緣紙，將三塊絕緣紙和三塊銅排按一定順序疊壓成母排主體，將器件安裝到母排主體上。由于本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了布線方便，節(jié)省了布線空間，方便了安裝與拆卸，降低了主電路上的雜散電感，有助于提高電氣性能，從而增強(qiáng)了變流器系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H02M1/00GK101404445SQ200810228749
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者強(qiáng) 付, 張可飛, 董宇飛, 蒲延洲, 馬惠春 申請(qǐng)人:中國(guó)北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心