專利名稱：一種igbt變流器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種IGBT變流器模塊。
背景技術(shù)：
IGBT變流器模塊作為牽引變流器的核心部件，正在向模塊化、通用化、小型化的方向發(fā)展。IGBT變流器模塊設(shè)計和應(yīng)用技術(shù)是變流器的核心技術(shù)之現(xiàn)有的IGBT變流器模塊通常設(shè)計有一個支撐電容器，這會使得變流器模塊的設(shè)計尺寸和重量較大，IGBT變流器模塊顯得很笨重，安裝、拆卸和維護(hù)起來都很不方便。小型化和輕量化設(shè)計一直是IGBT變流器模塊設(shè)計中的一個難點(diǎn)問題。目前的IGBT變流器模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。組件之間分散度大，難以實(shí)現(xiàn)集中布線，布線冗長，增加信號傳輸?shù)膿p耗和延時；零部件繁多，裝配關(guān)系復(fù)雜；結(jié)構(gòu)笨重，體積和
重量大。并且，安裝和維護(hù)不便。目前許多變流器由于在設(shè)計時缺乏模塊化、通用性的考慮，給安裝和維護(hù)帶來很大不便。維修時需要專門的裝備和工具，常常為了要維修一個部件或器件而要拆卸很多其他零部件。這樣不僅工作量巨大，而且會給系統(tǒng)的可靠性及整體壽命帶來嚴(yán)重影響。每拆卸一次，相關(guān)零部件或器件的可靠性都會降低，如一般接插件的可靠插拔次數(shù)是有規(guī)定的，超過此數(shù)目后該接插件的連接性能將不再可靠。元件布局不合理，影響電氣性能。由于IGBT變流器模塊集成度不高或者元器件布局不合理，如沒有采用低感母排設(shè)計或者器件布置過于分散，會造成線路分布和寄生電感太大，使整個變流器的電氣性能受到了影響。綜上所述，如何提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、安裝維護(hù)方便，并且通用性高的IGBT變流器模塊是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種IGBT變流器模塊，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、安裝維護(hù)方便，并且通用性高。本實(shí)用新型提供一種IGBT變流器模塊，包括:水冷散熱器、IGBT元件、低感母排、交流母排、控制盒、電源盒、驅(qū)動安裝盒、脈沖分配單元、驅(qū)動電源和門極驅(qū)動器；各個部件層疊安裝于抽屜式結(jié)構(gòu)中；所述水冷散熱器位于該變流器模塊的底部；所述水冷散熱器使用快速接頭與水冷系統(tǒng)的水管連接，水冷散熱器底部裝配有拉桿；所述IGBT元件均勻排布在所述散熱器的上表面；所述低感母排安裝在所述IGBT元件的正上方，與所述IGBT元件電連接；所述交流母排安裝在所述低感母排的正上方，與所述IGBT元件電連接；所述控制盒、驅(qū)動盒和電源盒位于所述交流母排的上方；所述控制盒內(nèi)設(shè)置脈沖分配單元，所述脈沖分配單元將輸入的PWM控制信號進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換后傳送給門極驅(qū)動器，并接收IGBT元件的開關(guān)狀態(tài)和故障信號反饋；所述電源盒內(nèi)設(shè)置驅(qū)動電源，驅(qū)動電源對輸入電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換后為門極驅(qū)動器供電；所述驅(qū)動盒內(nèi)設(shè)置所述門極驅(qū)動器，所述門極驅(qū)動器控制所述IGBT元件的開關(guān)狀態(tài)。優(yōu)選地，所述低感母排與變流器主電路的電氣連接處采用防脫螺栓緊固。優(yōu)選地，每兩組相鄰的所述IGBT元件之間設(shè)置一個溫度繼電器。優(yōu)選地，所述水冷散熱器上安裝有拉手。優(yōu)選地，所述控制盒、驅(qū)動盒和電源盒位于同一個平面上，所述控制盒、驅(qū)動盒和電源盒與交流母排之間設(shè)置有絕緣隔板，所述水冷散熱器上安裝有支柱，支柱上有螺孔，所述控制盒、驅(qū)動盒和電源盒通過螺釘與所述支柱連接。優(yōu)選地，所述脈沖分配單元與所述門極驅(qū)動器之間的信號采用光纖傳輸。優(yōu)選地，所述低感母排采用一體撓性復(fù)合母排。優(yōu)選地，所述每個門極驅(qū)動器驅(qū)動兩個所述IGBT元件。優(yōu)選地，所述IGBT元件的導(dǎo)熱面涂覆導(dǎo)熱材料并與所述水冷散熱器緊密接觸。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型提供的IGBT變流器模塊，去掉了直流支撐電容，相比傳統(tǒng)的帶直流支撐電容的結(jié)構(gòu)設(shè)計，體積減小了一半以上，并且可以減輕40%左右的重量。同時，水冷散熱器設(shè)計可以大大提高散熱效率，冷卻液在特定流速下，使散熱器熱阻達(dá)到理想值。散熱器水嘴采用快速接頭設(shè)計，可以在不排出散熱器內(nèi)部冷卻液的情況下拔出水管接頭，而不泄漏冷卻液。脈沖分配單元、門極驅(qū)動器和驅(qū)動電源集中布局在模塊的上方，減小了變流器模塊體積，提高空間利用率，有利于集中布線和減小信號的傳輸損耗。并且該IGBT變流器模塊可以作為四象限脈沖整流器和三相逆變器通用模塊。通過以上分析，該IGBT變流器模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、安裝維護(hù)方便，并且通用性高。

圖1是本實(shí)用新型提供的IGBT變流器模塊的正視圖；圖2是本實(shí)用新型提供的IGBT變流器模塊的俯視圖；圖3是本實(shí)用新型提供的IGBT變流器模塊的側(cè)視圖；圖4是本實(shí)用新型提供的IGBT變流器模塊的電路示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種IGBT變流器模塊，包括:水冷散熱器、IGBT元件、低感母排、交流母排、控制盒、電源盒、驅(qū)動安裝盒、脈沖分配單元、驅(qū)動電源和門極驅(qū)動器；各個部件層疊安裝于抽屜式結(jié)構(gòu)中；所述水冷散熱器位于該變流器模塊的底部；所述水冷散熱器使用快速接頭與水冷系統(tǒng)的水管連接，水冷散熱器底部裝配有拉桿；[0035]該拉桿的作用是安裝時可用于推行并固定變流器模塊，放置時起到保護(hù)快速接頭的作用。所述IGBT元件均勻排布在所述散熱器的上表面；所述低感母排安裝在所述IGBT元件的正上方，與所述IGBT元件電連接；所述交流母排安裝在所述低感母排的正上方，與所述IGBT元件電連接；所述控制盒、驅(qū)動盒和電源盒位于所述交流母排的上方；所述控制盒內(nèi)設(shè)置脈沖分配單元，所述脈沖分配單元將輸入的PWM控制信號進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換后傳送給門極驅(qū)動器，并接收IGBT元件的開關(guān)狀態(tài)和故障信號反饋； 所述電源盒內(nèi)設(shè)置驅(qū)動電源，驅(qū)動電源對輸入電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換后為門極驅(qū)動器供電；所述驅(qū)動盒內(nèi)設(shè)置所述門極驅(qū)動器，所述門極驅(qū)動器控制所述IGBT元件的開關(guān)狀態(tài)。本實(shí)用新型提供的IGBT變流器模塊，去掉了直流支撐電容，相比傳統(tǒng)的帶直流支撐電容的結(jié)構(gòu)設(shè)計，體積減小了一半以上，并且可以減輕40%左右的重量。同時，水冷散熱器設(shè)計可以大大提高散熱效率，冷卻液在特定流速下，使散熱器熱阻達(dá)到理想值。散熱器水嘴采用快速接頭設(shè)計，可以在不排出散熱器內(nèi)部冷卻液的情況下拔出水管接頭，而不泄漏冷卻液。脈沖分配單元、門極驅(qū)動器和驅(qū)動電源集中布局在模塊的上方，減小了變流器模塊體積，提高空間利用率，有利于集中布線和減小信號的傳輸損耗。并且該IGBT變流器模塊可以作為四象限脈沖整流器和三相逆變器通用模塊。通過以上分析，該IGBT變流器模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、安裝維護(hù)方便，并且通用性高。下面結(jié)合該IGBT變流器模塊的不同視圖來詳細(xì)介紹其結(jié)構(gòu)。具體可以參見圖1-3，分別為本實(shí)用新型提供的IGBT變流器模塊的正視圖、俯視圖和側(cè)視圖。所述水冷散熱器I位于變流器模塊的底部，使用快速接頭11與水冷系統(tǒng)的水管連接，水冷散熱器I底部裝配有拉桿12，安裝時可用于推行并固定變流器模塊，放置時起到保護(hù)快速接頭11的作用。每兩組相鄰的所述IGBT元件2之間設(shè)置一個溫度繼電器13，IGBT元件2和溫度繼電器13均勻排布在水冷散熱器I的上表面。所述IGBT元件2的導(dǎo)熱面涂覆導(dǎo)熱材料并與所述水冷散熱器I緊密接觸。當(dāng)變流器模塊溫度過熱時，溫度繼電器13斷路，同時輸出報警信號。IGBT變流器模塊將停止工作或降低功率運(yùn)行。本實(shí)用新型中，所述低感母排3使用一體撓性復(fù)合母排，安裝在IGBT元件2的上方，與IGBT元件2導(dǎo)電連接。低感母排3使用一體撓性低感母排設(shè)計，相比以往變流器模塊采用水平和垂直剛性低感母排的組合設(shè)計，使電氣連接處的可靠性大大增強(qiáng)。同時低感母排3具有一定的撓性，便于組裝。交流母排4安裝在低感母排3的上方，與IGBT元件2導(dǎo)電連接。控制盒5、驅(qū)動盒6、電源盒7位于交流母排4的上方，中間布置有絕緣隔板，通過支柱14固定在水冷散熱器I上。所述控制盒5、驅(qū)動盒6和電源盒7位于同一個平面上，所述控制盒5、驅(qū)動盒6和電源盒7與交流母排4之間設(shè)置有絕緣隔板，所述水冷散熱器I上安裝有支柱14，支柱14上有螺孔，所述控制盒5、驅(qū)動盒6和電源盒7通過螺釘與所述支柱14連接。脈沖分配單元8安裝在控制盒5內(nèi)，用于輸入PWM控制信號的處理和轉(zhuǎn)換，將開關(guān)控制信號傳送給門極驅(qū)動器10，并接收IGBT元件2的開關(guān)狀態(tài)和故障信號反饋。脈沖分配單元8與門極驅(qū)動器10之間的信號采用光纖傳輸。脈沖分配單元8與門極驅(qū)動器10之間的信號采用光纖傳輸，將控制信號和IGBT驅(qū)動電信號之間進(jìn)行光電隔離，有效的解決了復(fù)雜電磁環(huán)境下的影響牽引變流器正常運(yùn)行的HMC問題。驅(qū)動電源9安裝在電源盒6內(nèi)，用于輸入電源轉(zhuǎn)換，給門極驅(qū)動器10供電。門極驅(qū)動器10安裝在驅(qū)動盒7內(nèi)，每個門極驅(qū)動器10用于驅(qū)動兩個IGBT元件2，門極驅(qū)動器10用于控制IGBT元件2的開關(guān)狀態(tài)(包括導(dǎo)通和關(guān)斷)，同時還可以用于進(jìn)行限流保護(hù)。門極驅(qū)動器10具有IGBT過流與短路保護(hù)功能，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)過流或短路時能及時關(guān)斷IGBT元件，同時封鎖IGBT元件，并輸出故障信號。低感母排3與變流器主電路的電氣連接處采用防脫螺栓15用于緊固，在安裝和拆卸變流器模塊時可以有效解決金屬連接螺栓容易掉落不易找尋的問題，提高可維護(hù)性。水冷散熱器I上裝有拉手16，可用于搬運(yùn)和移動變流器模塊。本實(shí)施例提供的IGBT變流器模塊采用抽屜式安裝方式，在底部設(shè)計有導(dǎo)軌，安裝時將IGBT變流器模塊水平方向上送入導(dǎo)軌，推行到位后固定在變流器上。真正實(shí)現(xiàn)了抽屜式安裝。該新型IGBT變流器模塊對外規(guī)定統(tǒng)一的電氣與機(jī)械接口，優(yōu)化了變流器模塊整體結(jié)構(gòu)，簡化與牽引變流器主電路的接口，有利于降低生產(chǎn)制造成本。需要說明的是，本實(shí)用新型以上實(shí)施例提供的IGBT變流器模塊可以作為四象限脈沖整流器和三相逆變器通用模塊。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)介紹該IGBT變流器模塊的電路原理。參見圖4，該圖為本實(shí)用新型提供的IGBT變流器模塊的電路示意圖?？梢岳斫獾氖?，該IGBT變流器模塊包括八個IGBT元件，從圖3中可以看到IGBT元件為4個，另外4個被圖中顯示的四個遮擋住了，因此圖中沒有顯示。當(dāng)用作四象限脈沖整流器時，該IGBT變流器模塊的四個相橋臂(A和B、C和D)兩兩并聯(lián)。本實(shí)施例中每個門極驅(qū)動器驅(qū)動兩個IGBT元件，因此，八個IGBT元件需要四個門極驅(qū)動器，如圖4所示的門極驅(qū)動器A、門極驅(qū)動器B、門極驅(qū)動器C和門極驅(qū)動器D，分別用于驅(qū)動一個橋臂上的兩個IGBT元件。脈沖分配單元將輸入的PWM控制信號進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換后傳送給門極驅(qū)動器，并接收IGBT元件的開關(guān)狀態(tài)和故障信號反饋。驅(qū)動電源對輸入電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換后為門極驅(qū)動器供電。當(dāng)用作逆變器時，該IGBT變流器模塊的三個相橋臂(A、B、C)構(gòu)成一個三相逆變器，輸出三相VVVF電壓驅(qū)動牽引電機(jī)，另外一個橋臂(D)作為電阻制動斬波回路，當(dāng)直流回路出現(xiàn)過壓時，可通過斬波橋臂斬波，由制動電阻釋放多余的能量，進(jìn)行過壓抑制。[0070]因此，該IGBT變流器模塊滿足四象限整流器和逆變器通用模塊設(shè)計。IGBT變流器模塊為兩電平電路結(jié)構(gòu)，適用于四象限脈沖整流器和三相逆變器。綜上所述，本實(shí)用新型以上實(shí)施例提供了一種IGBT變流器模塊，該IGBT變流器模塊采用去支撐電容、防脫螺栓連接、滑行導(dǎo)軌安裝等新型設(shè)計，使用水冷散熱器、撓性低感母排等新技術(shù)，能夠克服現(xiàn)有IGBT變流器模塊的缺點(diǎn)，做到結(jié)構(gòu)簡潔，外形美觀，安全可靠，性能優(yōu)越，通用性和可維護(hù)性好，能夠滿足城際列車、動車組等軌道車輛牽引變流器的應(yīng)用。以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對本實(shí)用新型作任何形式上的限制。雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本實(shí)用新型。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本實(shí)用新型技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種IGBT變流器模塊，其特征在于，包括:水冷散熱器、IGBT元件、低感母排、交流母排、控制盒、電源盒、驅(qū)動安裝盒、脈沖分配單元、驅(qū)動電源和門極驅(qū)動器；各個部件層疊安裝于抽屜式結(jié)構(gòu)中； 所述水冷散熱器位于該變流器模塊的底部；所述水冷散熱器使用快速接頭與水冷系統(tǒng)的水管連接，水冷散熱器底部裝配有拉桿； 所述IGBT元件均勻排布在所述散熱器的上表面； 所述低感母排安裝在所述IGBT元件的正上方，與所述IGBT元件電連接； 所述交流母排安裝在所述低感母排的正上方，與所述IGBT元件電連接； 所述控制盒、驅(qū)動盒和電源盒位于所述交流母排的上方； 所述控制盒內(nèi)設(shè)置脈沖分配單元，所述脈沖分配單元將輸入的PWM控制信號進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換后傳送給門極驅(qū)動器，并接收IGBT元件的開關(guān)狀態(tài)和故障信號反饋； 所述電源盒內(nèi)設(shè)置驅(qū)動電源，驅(qū)動電源對輸入電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換后為門極驅(qū)動器供電； 所述驅(qū)動盒內(nèi)設(shè)置所述門極驅(qū)動器，所述門極驅(qū)動器控制所述IGBT元件的開關(guān)狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT變流器模塊，其特征在于，所述低感母排與變流器主電路的電氣連接處采用防脫螺栓緊固。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT變流器模塊，其特征在于，每兩組相鄰的所述IGBT元件之間設(shè)置一個溫度繼電器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT變流器模塊，其特征在于，所述水冷散熱器上安裝有拉手。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT變流器模塊，其特征在于，所述控制盒、驅(qū)動盒和電源盒位于同一個平面上，所述控制盒、驅(qū)動盒和電源盒與交流母排之間設(shè)置有絕緣隔板，所述水冷散熱器上安裝有支柱，支柱上有螺孔，所述控制盒、驅(qū)動盒和電源盒通過螺釘與所述支柱連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT變流器模塊，其特征在于，所述脈沖分配單元與所述門極驅(qū)動器之間的信號米用光纖傳輸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT變流器模塊，其特征在于，所述低感母排采用一體撓性復(fù)合母排。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT變流器模塊，其特征在于，所述每個門極驅(qū)動器驅(qū)動兩個所述IGBT元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT變流器模塊，其特征在于，所述IGBT元件的導(dǎo)熱面涂覆導(dǎo)熱材料并與所述水冷散熱器緊密接觸。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種IGBT變流器模塊，去掉了直流支撐電容，相比傳統(tǒng)的帶直流支撐電容的結(jié)構(gòu)設(shè)計，體積減小了一半以上，并且可以減輕40%左右的重量。同時，水冷散熱器設(shè)計可以大大提高散熱效率，冷卻液在特定流速下，使散熱器熱阻達(dá)到理想值。散熱器水嘴采用快速接頭設(shè)計，可以在不排出散熱器內(nèi)部冷卻液的情況下拔出水管接頭，而不泄漏冷卻液。脈沖分配單元、門極驅(qū)動器和驅(qū)動電源集中布局在模塊的上方，減小了變流器模塊體積，提高空間利用率，有利于集中布線和減小信號的傳輸損耗。并且該IGBT變流器模塊可以作為四象限脈沖整流器和三相逆變器通用模塊。通過以上分析，該IGBT變流器模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、安裝維護(hù)方便，并且通用性高。
文檔編號H05K7/20GK202931226SQ201220528918
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者忻力, 陳明翊, 馬伯樂, 陳玉其, 楊光 申請人:南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司