一種高集成變流器模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高集成變流器模塊，該變流器模塊包括功率單元、散熱器、驅(qū)動(dòng)板、母排和控制器，母排采用復(fù)合母排，母排左至右依次包括第一正極層、三相整流輸入層、輸出層、第二正極層和負(fù)極層，復(fù)合母排組裝后整體呈“Г”型，母排整體分為母排水平部和母排豎直部，母排豎直部與功率單元的IGBT安裝板緊密貼合；母排水平部為水平探出部，水平探出部上的接線端子分層分布。本發(fā)明的變流器模塊母排分層設(shè)置，母排各層排布順序與功率單元的電路結(jié)構(gòu)相匹配，最大程度的減少信號(hào)走線，增強(qiáng)模塊的抗干擾能力；且通過母排集成該變流器功率單元的各個(gè)器件，安裝方便，結(jié)構(gòu)緊湊，電氣性能良好，產(chǎn)品穩(wěn)定性好。
【專利說明】
一種高集成變流器模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種變流器模塊，具體的說，涉及一種高集成變流器模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]變流器是一種安裝在電力機(jī)車的牽引電路中對(duì)電能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換的設(shè)備，電流器現(xiàn)已在軌道交通、電力系統(tǒng)和軍事裝備等方面得到廣泛應(yīng)用。變流器的核心單元是功率單元，功率單元主要包括開關(guān)元器件、驅(qū)動(dòng)設(shè)備、電容以及接線等。現(xiàn)有的功率單元存在以下問題:
[0003]I)使用銅排或電纜連接各個(gè)器件，布線復(fù)雜，雜散電容等參數(shù)難控制；
[0004]2)只集成IGBT開關(guān)器件和電容等，集成度不高；
[0005]3)功能單一，功率單元僅包含整流功能、逆變功能或斬波功能；
[0006]4)產(chǎn)品質(zhì)量統(tǒng)一性和后期維護(hù)性較難提高；
[0007]5)變流器散熱系統(tǒng)龐大且復(fù)雜，維護(hù)成本高。
[0008]中國專利號(hào)CN200520019882.2公開一種用于電力機(jī)車的整合型變流器功率模塊，包括散熱器、中間直流支撐電容器、整流器、三相逆變器和功率元件驅(qū)動(dòng)電路，還包括熱管散熱器和低電感復(fù)合母排，熱管散熱器上裝有整流器模塊和三相逆變器模塊，低電感復(fù)合母排與整流器模塊、三相逆變器模塊、斬波模塊和突波吸收電容連接。上述變流器功率散熱模塊中，其低電感復(fù)合母排通過五個(gè)導(dǎo)電層與變流器功率單元的相應(yīng)模塊連接，實(shí)現(xiàn)變流器模塊的整合，傳統(tǒng)的復(fù)合母排的結(jié)構(gòu)對(duì)于結(jié)構(gòu)功能相對(duì)簡單的變流器較為適用，但對(duì)于結(jié)構(gòu)與功能復(fù)雜的變流器，需要母排各層結(jié)構(gòu)與變流器電路結(jié)構(gòu)匹配，實(shí)現(xiàn)具有高級(jí)集成度的變流器模塊。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明的目的是提供一種高集成變流器模塊，通過母排高度集成模塊中的重要電氣元件，信號(hào)連接路徑端，信號(hào)抗干擾能力和可維護(hù)性強(qiáng)。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種高集成變流器模塊，該變流器模塊包括功率單元、散熱器、驅(qū)動(dòng)板、母排和控制器，功率單元安裝于散熱器上，功率單元與母排連接，控制器經(jīng)驅(qū)動(dòng)板與功率單元連接，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的母排采用復(fù)合母排，母排左至右依次包括第一正極層、三相整流輸入層、輸出層、第二正極層和負(fù)極層，母排各層之間設(shè)有絕緣紙;第一正極層后端設(shè)有整流輸出接線端子A，整流輸出接線端子A連接功率單元接觸器輸入端X9+;三相整流輸入層上端設(shè)有三相輸入電接線端子B，三相輸入電接線端子B連接功率單元的整流器三相輸入交流電XI;輸出層包括斬波輸出層和三相交流輸出層，輸出層上端探出四根銅排，銅排末端設(shè)有輸出接線端子C，三只輸出接線端子連接功率單元的逆變器輸出端X3和X4，一只輸出接線端子連接功率單元斬波器輸出端X5正極;接觸器輸入端X9+和接觸器輸出端X9-之間設(shè)有接觸器X9;第二正極層上端和側(cè)面設(shè)有逆變斬波輸入接線端子D，逆變斬波輸入接線端子連接支撐電容正極和接觸器輸出端X9-;負(fù)極層上端設(shè)有負(fù)極接線端子E，負(fù)極層接線端子連接支撐電容負(fù)極和斬波器輸出端X5負(fù)極。
[0011 ]復(fù)合母排組裝后整體呈“ Γ ”型，母排整體分為母排水平部和母排豎直部，母排豎直部與功率單元的IGBT安裝板緊密貼合;母排水平部為三相整流輸入層、輸出層、第二正極層和負(fù)極層上端的水平探出部，水平探出部上的接線端子分層分布，水平探出部上接線端子從左至右依次為三相輸入電接線端子B、逆變斬波輸入接線端子D、負(fù)極接線端子E和輸出接線端子C，逆變斬波輸入接線端子D和負(fù)極接線端子E處于同一層。
[0012]該變流器模塊的功率單元包括整流器、吸收電容Cll、支撐電容Cl、斬波器、逆變器和電流傳感器，整流器輸出端連接吸收電容Cll，漏電檢測(cè)電阻R3與吸收電容Cll并聯(lián)，漏電檢測(cè)電阻R3由兩個(gè)電阻串聯(lián)，中點(diǎn)接地，放電電阻R4與支撐電容并聯(lián)，整流器輸出和逆變器斬波器輸入之間串聯(lián)接觸器，支撐電容與斬波器和逆變器并聯(lián)，逆變器輸出端經(jīng)電流傳感器輸出分為兩路。
[0013]作為優(yōu)選，所述功率單元共包括7只IGBT管Ql?Q7，7只IGBT管安裝在散熱器基板，漏電檢測(cè)電阻R3和放電電阻R4布置于IGBT安裝板后安裝在散熱器基板，整流器的三只并聯(lián)IGBT管為Ql?Q3、漏電檢測(cè)電阻R3和放電電阻R4布置于散熱器基板的第一排;斬波器IGBT管Q4、逆變器三只并聯(lián)IGBT管Q5?Q7布置于散熱器基板的第二排。
[0014]作為優(yōu)選，所述散熱器包括熱管和散熱器基板，散熱器基板上設(shè)有安裝孔連接IGBT及模塊框架，模塊框架內(nèi)放置母排及支撐電容，驅(qū)動(dòng)板排布在支撐電容下表面的安裝板，模塊框架外側(cè)安裝有控制器，熱管周圍設(shè)有防護(hù)罩網(wǎng)對(duì)散熱器進(jìn)行保護(hù)。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果為:
[0016]I)通過母排集成該變流器功率單元的各個(gè)器件，安裝方便，結(jié)構(gòu)緊湊，電氣性能良好，產(chǎn)品穩(wěn)定性好；
[0017]2)使用了散熱性能良好可靠的熱管散熱器，并對(duì)功率單元的IGBT在基板上排布位置進(jìn)行了優(yōu)化；
[0018]3)母排分層設(shè)置，母排各層排布順序與功率單元的電路結(jié)構(gòu)相匹配，最大程度的減少限號(hào)走線，增強(qiáng)模塊的抗干擾能力；
[0019]4)該變流器模塊集成了控制器、傳感器和驅(qū)動(dòng)板，可實(shí)現(xiàn)整流、逆變、斬波、被動(dòng)放電、漏電檢測(cè)等功能，提尚t旲塊穩(wěn)定性和可靠性。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明變流器模塊的結(jié)構(gòu)示意圖(一)；
[0021]圖2為功率單元原理圖；
[0022]圖3為IGBT安裝板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為母排結(jié)構(gòu)展開圖；
[0024]圖5變流器模塊的結(jié)構(gòu)示意圖(二)；
[0025]圖中，功率單元I;散熱器2;驅(qū)動(dòng)板3;母排4;控制器5;
[0026]散熱器基板21;熱管22;
[0027]正極層41;三相整流輸入層42;輸出層43;第二正極層44;負(fù)極層45;銅排46；
[0028]三相輸入交流電XI;整流器Ql?Q3;吸收電容Cll;支撐電容Cl;漏電檢測(cè)電阻R3;放電電阻R4;接觸器X9;斬波器Q4;逆變器Q5?Q7;電流傳感器TA5?TA7。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0030]實(shí)施例1
[0031 ]參見圖1和圖5，本發(fā)明公開一種高集成變流器模塊，該變流器模塊包括功率單元
1、散熱器2、驅(qū)動(dòng)板3、母排4和控制器5，功率單元I安裝于散熱器2上，功率單元I與母排4連接，控制器5經(jīng)驅(qū)動(dòng)板3與功率單元I連接。
[0032]參見圖2，功率單元I包括整流器、吸收電容CU、支撐電容Cl、斬波器、逆變器和電流傳感器，整流器包含三只并聯(lián)的IGBT管，分別為Ql、Q2和Q3，三只IGBT管輸入端連接三相輸入交流電XI，三只IGBT管輸出端連接吸收電容Cll，漏電檢測(cè)電阻R3與吸收電容Cl I并聯(lián)，漏電檢測(cè)電阻R3由兩個(gè)電阻串聯(lián)，中點(diǎn)接地，放電電阻R4與支撐電容并聯(lián)，通過支撐電容與放電電阻R4實(shí)現(xiàn)功率單元的被動(dòng)放電，整流器輸出和逆變器斬波器輸入之間串聯(lián)接觸器。支撐電容與斬波器和逆變器并聯(lián)，為斬波器和逆變器提供濾波功能，斬波器采用IGBT管Q4，斬波器輸出端X5連接制動(dòng)電阻。逆變器采用三只并聯(lián)的IGBT管，分別為Q5、Q6和Q7，逆變器輸出端經(jīng)電流傳感器TA5?TA7分為兩路輸出，分別為X3和X4。
[0033]功率單元工作時(shí)，三相輸入交流電Xl經(jīng)不控整流器轉(zhuǎn)換為直流電，直流電經(jīng)接觸器X9后送入支撐電容Cl，支撐電容Cl為斬波器和逆變器提供濾波功能，逆變器輸出經(jīng)電流傳感器后分為兩路輸出，斬波器輸出至制動(dòng)電阻。
[0034]功率單元共包括7只IGBT管Ql?Q7，參見圖3，7只IGBT管、漏電檢測(cè)電阻R3和放電電阻R4均安裝在散熱器基板21，上述各器件在散熱器基板21的布置位置為:IGBT管Ql?Q3、漏電檢測(cè)電阻R3和放電電阻R4布置于散熱器基板21的第一排，IGBT管Q4?Q7布置于散熱器基板21的第二排。功率單元的IGBT管按照功率單元功能進(jìn)行分排布置，可充分利用模塊電路的輸入輸出關(guān)系，優(yōu)化功率單兀布局。
[0035]IGBT管安裝于母排4與散熱器2之間，散熱器2包括散熱器基板21和熱管22，散熱器基板21上設(shè)置有安裝孔固定模塊框架和散熱器保護(hù)罩，熱管為直插式結(jié)構(gòu)向上傾斜，熱管根部預(yù)埋在散熱器基板內(nèi)，IGBT管通過導(dǎo)熱硅脂由散熱器基板21和熱管22進(jìn)行散熱。
[0036]參見圖4母排結(jié)構(gòu)展開圖，母排4采用前后對(duì)稱的復(fù)合母排，母排左至右依次包括第一正極層41、三相整流輸入層42、輸出層43、第二正極層44和負(fù)極層45，母排各層之間設(shè)有絕緣紙。
[0037]第一正極層41后端設(shè)有整流輸出接線端子A，第一正極層41連接整流器輸出端。三相整流輸入層42上端設(shè)有三相接線端子B，三相整流輸入層連接三相輸入交流電XI。輸出層43包括斬波輸出層和三相交流輸出層，輸出層上端探出四根銅排46，銅排46末端設(shè)有輸出接線端子C，三只輸出接線端子連接逆變器輸出端X3和X4，一只輸出接線端子連接斬波器輸出端X5正極。其中，與逆變器輸出端X3和X4相連的2根銅排和斬波器輸出端X5相連的銅排上均串聯(lián)有電流傳感器。第二正極層44上端和側(cè)面設(shè)有逆變斬波輸入接線端子D，逆變斬波輸入接線端子連接支撐電容正極和接觸器輸出端X9-。負(fù)極層45上端和側(cè)面設(shè)有負(fù)極接線端子E，負(fù)極層接線端子連接支撐電容負(fù)極和斬波器輸出端X5負(fù)極。
[0038]參見圖1和圖5，母排組裝后，母排4整體呈“Γ ”型，即母排4整體分為母排水平部和母排豎直部，母排豎直部與IGBT安裝板緊密貼合，即母排4的第一正極層41設(shè)置于靠近IGBT管一側(cè)，母排4的負(fù)極層45設(shè)置于遠(yuǎn)離IGBT管一側(cè)。母排水平部由三相整流輸入層42、輸出層43、第二正極層44和負(fù)極層45組成，即三相整流輸入層42、輸出層43、第二正極層44和負(fù)極層45的上端均設(shè)置水平探出部，水平探出部設(shè)置相應(yīng)的接線端子，參見圖4，水平探出部上的接線端子分層分布，水平探出部上接線端子從左至右依次為三相輸入電接線端子B、逆變斬波輸入接線端子D、負(fù)極接線端子E和輸出接線端子C，其中，逆變斬波輸入接線端子D和負(fù)極接線端子E處于同一層，水平探出部接線端子的分層排布，便于母排與功率單元的相應(yīng)元件進(jìn)行信號(hào)連接，縮短布線。
[0039]圖1和圖5中，吸收電容Cll通過螺栓固定于母排豎直部的表面連接第一正極層41和負(fù)極層45;支撐電容Cl為大容量支撐電容，支撐電容Cl安裝于母排水平部和母排豎直部圍成的空間，支撐電容Cl底部與模塊框架固定，支撐電容Cl上部連接第二正極層44和負(fù)極層45 ο
[0040]母排4設(shè)置的電氣接線端子，充分考慮到模塊的電氣性能和可操作性，將變流器模塊重要的電氣部件集成于母排結(jié)構(gòu)，信號(hào)連接路徑端，信號(hào)抗干擾能力和可維護(hù)性強(qiáng)。
[0041 ]該變流器模塊滿足安全放電試驗(yàn)，即在900V初始電壓下，5分鐘后支撐電容放電電壓小于60v，保證人身安全。該變流器模塊滿足介電強(qiáng)度試驗(yàn)AC3300V050HZ lminute。該變流器模塊在150kW功率輸出下，整流器效率大于99%，逆變器效率大于97%，IGBT表面溫升小于45K。該變流器模塊能夠通過電壓1000V、電流1600A的雙脈沖試驗(yàn);能夠通過一類短路試驗(yàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高集成變流器模塊，該變流器模塊包括功率單元、散熱器、驅(qū)動(dòng)板、母排和控制器，功率單元安裝于散熱器上，功率單元與母排連接，控制器經(jīng)驅(qū)動(dòng)板與功率單元連接，其特征在于:所述母排采用復(fù)合母排，母排左至右依次包括第一正極層、三相整流輸入層、輸出層、第二正極層和負(fù)極層，母排各層之間設(shè)有絕緣紙;第一正極層后端設(shè)有整流輸出接線端子A，整流輸出接線端子A連接接觸器輸入端X9+;三相整流輸入層上端設(shè)有三相輸入電接線端子B，三相輸入電接線端子B連接三相輸入交流電XI;輸出層包括斬波輸出層和三相交流輸出層，輸出層上端探出四根銅排，銅排末端設(shè)有輸出接線端子C，三只輸出接線端子連接功率單元的逆變器輸出端X3和X4，一只輸出接線端子連接功率單元斬波器輸出端X5正極;第二正極層上端和側(cè)面設(shè)有逆變斬波輸入接線端子D，逆變斬波輸入接線端子連接功率單元的支撐電容正極和接觸器輸出端X9-;負(fù)極層上端和側(cè)面設(shè)有負(fù)極接線端子E，負(fù)極層接線端子連接支撐電容負(fù)極和斬波器輸出端X5負(fù)極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高集成變流器模塊，其特征在于:所述母排整體呈“Γ ”型，母排整體分為母排水平部和母排豎直部，母排豎直部與功率單元的IGBT安裝板緊密貼合;母排水平部為三相整流輸入層、輸出層、第二正極層和負(fù)極層上端的水平探出部，水平探出部上的接線端子分層分布，水平探出部上接線端子從左至右依次為三相輸入接線端子B、逆變斬波輸入接線端子D、負(fù)極接線端子E和輸出接線端子C，逆變斬波輸入接線端子D和負(fù)極接線端子E處于同一層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高集成變流器模塊，其特征在于:所述功率單元包括整流器、吸收電容Cll、支撐電容Cl、斬波器、逆變器和電流傳感器，整流器輸出端連接吸收電容Cll，漏電檢測(cè)電阻R3與吸收電容Cl I并聯(lián)，漏電檢測(cè)電阻R3由兩個(gè)電阻串聯(lián)，中點(diǎn)接地，放電電阻R4與支撐電容并聯(lián)，整流器輸出和逆變器斬波器輸入之間串聯(lián)接觸器，支撐電容與斬波器和逆變器并聯(lián)，逆變器輸出端經(jīng)電流傳感器輸出分為兩路。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高集成變流器模塊，其特征在于:所述功率單元共包括7只IGBT管Ql?Q7，7只IGBT管、漏電檢測(cè)電阻R3和放電電阻R4安裝在散熱器基板，整流器的三只并聯(lián)IGBT管為Ql?Q3、漏電檢測(cè)電阻R3和放電電阻R4布置于散熱器基板的第一排;斬波器IGBT管Q4、逆變器三只并聯(lián)IGBT管Q5?Q7布置于散熱器基板的第二排。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高集成變流器模塊，其特征在于:所述散熱器包括熱管和散熱器基板，散熱器基板上設(shè)有安裝孔連接IGBT管及模塊框架，模塊框架內(nèi)放置母排及支撐電容，驅(qū)動(dòng)板排布在支撐電容下表面的安裝板，模塊框架外側(cè)安裝控制器，熱管周圍設(shè)有保護(hù)散熱器用的防護(hù)罩網(wǎng)。
【文檔編號(hào)】H02M7/00GK106026693SQ201610348824
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月24日
【發(fā)明人】劉超, 張德雨, 夏猛, 薛浩飛, 朱洪慶
【申請(qǐng)人】中車青島四方車輛研究所有限公司