專(zhuān)利名稱(chēng)：一種通用化、集成化、模塊化igbt牽引變流器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)楹线m的直流電或?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)變?yōu)楹线m的交流電的用于機(jī)車(chē)車(chē)輛的牽引變流裝置，特別是軌道機(jī)車(chē)車(chē)輛用的一種通用化、集成化、模塊化IGBT牽引變流器模塊。
背景技術(shù)：
由于使用和發(fā)展的時(shí)間不長(zhǎng)，IGBT變流器普遍還存在許多不完善的地方，就中大功率的IGBT變流器來(lái)說(shuō)，目前國(guó)內(nèi)外普遍使用的情形是(1)模塊化、通用化程度不高。沒(méi)有進(jìn)行模塊化、通用化的考慮，產(chǎn)品是按照客戶(hù)提供的尺寸而單獨(dú)設(shè)計(jì)的。用于交流傳動(dòng)牽引變流器一般分為四象限整流器和逆變器兩類(lèi)。由于兩者電路結(jié)構(gòu)和控制不同，因而一般兩者不能互換或互換性較差。有的產(chǎn)品雖有此種意識(shí)，但一般都只是將其中幾個(gè)部件進(jìn)行了模塊化或通用化的設(shè)計(jì)。(2)功率增大困難。一般牽引變流器要滿(mǎn)足不同功率等級(jí)的要求，必須對(duì)IGBT元件進(jìn)行串、并聯(lián)使用，這樣往往導(dǎo)致?tīng)恳兞髌髟陔娐泛徒Y(jié)構(gòu)上需作很大程度上的改動(dòng)，才能滿(mǎn)足于不同容量的要求。(3)安裝維修不便。許多變流器由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏模塊化、方便性的考慮，給安裝維修帶來(lái)極大的不便，常常為了要維修一個(gè)部件或元件而需拆卸很多別的部件或元件，這樣除了工作量大以外，還給系統(tǒng)的可靠性及整體壽命帶來(lái)嚴(yán)重的影響，因?yàn)槊坎鹦兑淮危鄳?yīng)部件的可靠性都得降低一些，如一般接插件的插拔次數(shù)是有規(guī)定的，超過(guò)此數(shù)目后該接插件將不再可靠。(4)電氣性能受到影響，不能充分發(fā)揮器件的潛力。由于一般變流器的模塊化、集成化程度不高或元器件布置不合理，如沒(méi)有采用低感母排或相關(guān)部件布置太遠(yuǎn)，造成布線電感或線路電感太大等，使整個(gè)變流器的電氣性能受到了影響，從而不能充分發(fā)揮變流器的潛力。(5)散熱方式復(fù)雜，或效果不佳。目前使用較多的散熱方式主要是強(qiáng)迫風(fēng)冷，相對(duì)于其它散熱方式，它的優(yōu)點(diǎn)是散熱器的設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，工藝難度較低，成本不太高，但它對(duì)風(fēng)道的設(shè)計(jì)及風(fēng)機(jī)的選型要求比較高，設(shè)計(jì)或選型的不當(dāng)都會(huì)影響散熱效果或噪音過(guò)大。另一種散熱方式是水冷散熱器，相對(duì)于強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱器，它具有很明顯的優(yōu)點(diǎn)，如散熱量大，效果好，但整個(gè)系統(tǒng)制造工藝復(fù)雜，價(jià)格貴且容易出現(xiàn)漏水的情形，所以目前除了輸出功率等級(jí)要求比較高的場(chǎng)合外，很少采用此種散熱方式。再有一種散熱方式就是熱管散熱器的走行風(fēng)冷方式，原理是利用車(chē)行走時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)對(duì)散熱器進(jìn)行冷卻或自然冷卻。該方式雖然散熱效果不如水冷的好，但制造工藝相對(duì)來(lái)說(shuō)要簡(jiǎn)單得多，成本較低，也不需要為此設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的水循環(huán)及冷卻系統(tǒng)；相對(duì)于強(qiáng)迫風(fēng)冷的鋁散熱器來(lái)說(shuō)，除了散熱效果更好外，還不需要專(zhuān)門(mén)的風(fēng)道和風(fēng)機(jī)，且噪音很小。當(dāng)然，在某些散熱量要求特別大的場(chǎng)合，我們也可以為此散熱器加上風(fēng)道進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷，但此時(shí)的散熱能力是一般強(qiáng)迫風(fēng)冷所不能達(dá)到的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種通用化強(qiáng)、集成度高，對(duì)外接口少、散熱方式可選、便于安裝維護(hù)的通用化、集成化、模塊化IGBT牽引變流器模塊。
它包括安裝在抽屜結(jié)構(gòu)中的變流單元10、直流支撐電容單元20、門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路30和控制盒40，其中所述變流單元10安裝在抽屜式結(jié)構(gòu)的一側(cè)，它包括IGBT元件、散熱器及低感母排；所述IGBT元件按照散熱器的外形和散熱面熱量的均勻分布排列在散熱器上，低感母排通過(guò)組合螺釘安裝在IGBT元件的主端子上，所述散熱器露出在安裝柜體的外面；所述直流支撐電容單元20為低電感電容，內(nèi)部由兩個(gè)相同的電容并聯(lián)，并通過(guò)四根螺桿將其四個(gè)極分別引出來(lái)；該直流支撐電容單元20通過(guò)所述低感母排與變流單元10相連，并通過(guò)側(cè)面的安裝孔安裝于抽屜式結(jié)構(gòu)中部的支撐架上；所述門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路30安裝在抽屜式結(jié)構(gòu)的最上方，它包括四個(gè)分別可以驅(qū)動(dòng)兩路IGBT元件的IGBT的驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)器包括兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊和一個(gè)電源模塊，其不需調(diào)節(jié)的元器件采用環(huán)氧澆注集成在塑料殼內(nèi)形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件，可調(diào)部分通過(guò)引腳與外部相應(yīng)電路相連；四個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)器安裝在一塊絕緣板兩側(cè)固定在一個(gè)鋼板外罩內(nèi)構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立單元，該單元采用彈簧片緊鎖式固定在抽屜式結(jié)構(gòu)的固定槽內(nèi)；所述控制盒40安裝在金屬屏蔽盒內(nèi)固定在抽屜式結(jié)構(gòu)的最外側(cè)，它包括門(mén)極脈沖分配單元、低壓電源和控制單元，該控制盒40的盒蓋上開(kāi)有網(wǎng)格，可供觀察所述控制單元上的狀態(tài)指示燈。
所述變流單元10的低感母排包括直流側(cè)輸入或輸出母排DC+、DC-、交流側(cè)輸出或輸入母排A、B、C、D；用作逆變模塊時(shí)，DC+、DC-為直流輸入母排，經(jīng)模塊斬波，逆變成VVVF三相交流輸出，通常是A、B、C三相分別對(duì)應(yīng)于U、V、W相，D相對(duì)應(yīng)于制動(dòng)斬波電阻的斬波相，作用是當(dāng)逆變器處于電氣制動(dòng)或中間回路電壓過(guò)高時(shí)，通過(guò)此相斬波將多余的電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹苿?dòng)斬波電阻上的熱能消耗掉。當(dāng)此模塊用作整流模塊時(shí)，A、B、C、D為交流側(cè)輸入母排，DC+、DC-為直流輸出母排，A、B、C、D可以當(dāng)作兩重整流輸入，也可以當(dāng)作兩組整流并聯(lián)使用。
所述控制盒40的門(mén)極脈沖分配單元與所述變流單元10的IGBT驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)模塊相連，它根據(jù)控制單元輸入的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)加上適當(dāng)?shù)难訒r(shí)，轉(zhuǎn)換為適合由IGBT元件組成的IGBT橋臂的光纖驅(qū)動(dòng)信號(hào)并發(fā)送至驅(qū)動(dòng)模塊，同時(shí)將驅(qū)動(dòng)模塊的光纖反饋信號(hào)整理輸出至所述控制盒40的控制單元。
所述控制盒40的低壓電源與DC110V輸入端相連，并將轉(zhuǎn)換出合適的電壓輸出至所述控制盒40控制單元和所述門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路30的IGBT驅(qū)動(dòng)器。
所述變流單元10的散熱器可以是重力式熱管散熱器或者插片式鋁散熱器、水冷式散熱器。
所述重力式熱管散熱器的背面均勻布置有八組分別與八個(gè)IGBT元件位置對(duì)應(yīng)的熱管，在每根熱管上均勻緊密壓焊有散熱片，且所述熱管與水平面成一定的的傾角。
所述插片式鋁散熱器的散熱片的截面是齒形的，以增加散熱面積。
由于本發(fā)明采用了抽屜式結(jié)構(gòu)，集成了變流單元、直流支撐電容單元、門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路和控制盒，與國(guó)內(nèi)外目前使用的一般變流器相比，具有通用化、模塊化、集成化程度高，散熱方式可選，安裝維修方便的特點(diǎn)。


圖1為正面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明電路原理框圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1-4所示，它包括安裝在抽屜結(jié)構(gòu)中的變流單元10、直流支撐電容單元20、門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路30和控制盒40，其中所述變流單元10安裝在抽屜式結(jié)構(gòu)的一側(cè)，它包括IGBT元件、散熱器及低感母排；所述IGBT元件按照散熱器的外形和散熱面熱量的均勻分布排列在散熱器上，低感母排通過(guò)組合螺釘安裝在IGBT元件的主端子上，所進(jìn)散熱器露出在安裝柜體的外面；所述直流支撐電容單元20為低電感電容，內(nèi)部由兩個(gè)相同的電容并聯(lián)，并通過(guò)四根螺桿將其四個(gè)極分別引出來(lái)；該直流支撐電容單元20通過(guò)所述低感母排與變流單元10相連，并通過(guò)側(cè)面的安裝孔安裝于抽屜式結(jié)構(gòu)中部的支撐架上；所述門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路30安裝在抽屜式結(jié)構(gòu)的最上方，它包括四個(gè)分別可以驅(qū)動(dòng)兩路IGBT元件的IGBT驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)器包括兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊和一個(gè)電源模塊，其不需調(diào)節(jié)的元器件采用環(huán)氧澆注集成在塑料殼內(nèi)形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件，可調(diào)部分通過(guò)引腳與外部相應(yīng)電路相連；四個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)器安裝在一塊絕緣板兩側(cè)固定在一個(gè)鋼板外罩內(nèi)構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立單元，該單元采用彈簧片緊鎖式固定在抽屜式結(jié)構(gòu)的固定槽內(nèi)；所述控制盒40安裝在金屬屏蔽盒內(nèi)固定在抽屜式結(jié)構(gòu)的最外側(cè)，它包括門(mén)極脈沖分配單元、低壓電源和控制單元，該控制盒40的盒蓋上開(kāi)有網(wǎng)格，可供觀察所述控制單元上的狀態(tài)指示燈。
所述變流單元10的低感母排包括分別與直流側(cè)相連的直流側(cè)輸入或輸出母排DC+、DC-和分別與交流側(cè)相連的交流側(cè)輸出或輸入母排A、B、C、D。當(dāng)此模塊用作逆變模塊時(shí)，DC+、DC-為直流輸入母排，經(jīng)模塊斬波，逆變成VVVF三相交流輸出，通常是A、B、C三相分別對(duì)應(yīng)于U、V、W相，D相對(duì)應(yīng)于制動(dòng)斬波電阻的斬波相，作用是當(dāng)逆變器處于電氣制動(dòng)或中間回路電壓過(guò)高時(shí)，通過(guò)此相斬波將多余的電能轉(zhuǎn)變制動(dòng)斬波電阻上的熱能消耗掉；當(dāng)此模塊用作整流模塊時(shí)，A、B、C、D為交流側(cè)輸入母排，DC+、DC-為直流輸出母排，A、B、C、D可以當(dāng)作兩重整流輸入，也可以當(dāng)作兩組整流并聯(lián)使用。
所述控制盒40的門(mén)極脈沖分配單元與所述門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路30的IGBT驅(qū)動(dòng)器相連，它將控制單元輸入的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)加上適當(dāng)?shù)难訒r(shí)，轉(zhuǎn)換為適合由IGBT元件組成的IGBT橋臂的光纖驅(qū)動(dòng)信號(hào)并發(fā)送至驅(qū)動(dòng)模塊，同時(shí)將驅(qū)動(dòng)模塊的光纖反饋信號(hào)整理輸出至所述控制盒40的控制單元。
所述控制盒40的低壓電源與DC110V輸入端相連，并將轉(zhuǎn)換出合適的電壓輸出至所述控制盒40的控制單元和所述門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路30的IGBT驅(qū)動(dòng)器。
所述變流單元10的散熱器可以是重力式熱管散熱器或者插片式鋁散熱器、水冷式散熱器。
所述重力式熱管散熱器的背面均勻布置有八組分別與八個(gè)IGBT元件位置對(duì)應(yīng)的熱管，在每根熱管上均勻緊密壓焊有散熱片，且所述熱管與水平面成一定的的傾角。
所述插片式鋁散熱器的散熱片的截面是齒形的。
門(mén)極脈沖分配單元也叫控制脈沖板，具有光電轉(zhuǎn)換、死區(qū)控制、狀態(tài)反饋、故障連鎖等功能，即將控制單元給出來(lái)的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)加上適當(dāng)?shù)乃绤^(qū)延時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合IGBT橋臂的光纖驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送給門(mén)極驅(qū)動(dòng)單元，同時(shí)將門(mén)極驅(qū)動(dòng)單元的光纖反饋信號(hào)整理輸出給控制單元，并顯示IGBT元件的狀態(tài)，以及與別的變流器模塊進(jìn)行故障連鎖，當(dāng)變流器柜中一個(gè)變流器模塊發(fā)生故障時(shí)，隔離該模塊或封鎖所有相關(guān)變流器模塊，使系統(tǒng)更加可靠。
為了對(duì)元件的結(jié)溫進(jìn)行有效的控制，在散熱器的元件安裝面上還裝有串聯(lián)的小型溫度繼電器，分別布置于散熱器表面溫度最高點(diǎn)，并通過(guò)引線將其送往控制單元。當(dāng)其中一點(diǎn)溫度超過(guò)一定值(通常為85℃)時(shí)，對(duì)應(yīng)繼電器動(dòng)作，控制單元執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)功能。
直流支撐電容為低電感電容，內(nèi)部由兩個(gè)相同的電容并聯(lián)，并通過(guò)四根螺桿將其四個(gè)極分別引了出來(lái)，具體的容量及電壓等級(jí)視不同的變流器模塊而定，但都具有統(tǒng)一的外形及安裝尺寸，為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的子部件，其尺寸為340×168×500。安裝時(shí)將電容的四個(gè)極插入低感母排B(側(cè)母排)對(duì)應(yīng)的四個(gè)安裝孔內(nèi)，再通過(guò)螺母將其固定好，同時(shí)用內(nèi)六角螺釘將電容通過(guò)其側(cè)面的安裝孔安裝于模塊的四個(gè)支撐上即可。
控制盒的盒蓋上開(kāi)有很多網(wǎng)格，操作人員也可以不拆卸蓋而透過(guò)網(wǎng)格觀察其控制板或其它部件上的指示燈。
IGBT驅(qū)動(dòng)器的主要特點(diǎn)是電路精簡(jiǎn)；驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，最大能輸出±18A的峰值電流；功能其全，能對(duì)IGBT元件進(jìn)行比較全面的電氣保護(hù)，主要包括過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)、驅(qū)動(dòng)電源的欠壓保護(hù)、過(guò)流檢測(cè)延時(shí)選擇等；適用范圍廣，外圍電路簡(jiǎn)單，由于采用了通用驅(qū)動(dòng)及電源模塊，外圍電路很少，給不同用戶(hù)的使用帶來(lái)很大的方便，同時(shí)由于將可調(diào)部分全都通過(guò)引腳與外相連，因此，本驅(qū)動(dòng)模塊的適用范圍非常廣，用戶(hù)可以根據(jù)所需驅(qū)動(dòng)回路的數(shù)量及驅(qū)動(dòng)等級(jí)來(lái)配置自己的外圍電路。
驅(qū)動(dòng)器的安裝方式采用了彈簧片緊鎖式，安裝時(shí)只需將驅(qū)動(dòng)器順著固定槽A、B往里推，當(dāng)前方剛好完全被固定槽片C卡住時(shí)，彈簧片自動(dòng)彈出，將驅(qū)動(dòng)器固定好；拆卸時(shí)只需用螺絲刀或其它工具將彈簧片往里一頂，即可將驅(qū)動(dòng)器抽出。
對(duì)整個(gè)門(mén)極驅(qū)動(dòng)單元來(lái)說(shuō)，四個(gè)驅(qū)動(dòng)器分別安裝在一塊大的絕緣板上下兩側(cè)，再在上加一個(gè)鋼板外罩構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的單元，外罩上開(kāi)有4個(gè)對(duì)外安裝孔，用來(lái)將此單元安裝于別的部件上。
由于采用彈簧片卡緊式的安裝方式，使在變流器柜體狹小的空間內(nèi)對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行維修與更換非常方便，不需要對(duì)整個(gè)模塊或驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行拆卸，另外，本單元將所有的接插件都布置在外側(cè)，方向朝外，使其插拔變得非常方便。
為了能夠方便、輕松地安裝和拆卸，本模塊采用了抽屜式的安裝方式，整個(gè)模塊就相當(dāng)于一個(gè)可以推進(jìn)和抽出的抽屜，模塊的前面裝有兩個(gè)拉手，模塊底部支撐及對(duì)應(yīng)的柜體位置都裝有導(dǎo)板，安裝時(shí)順著導(dǎo)板將模塊平推到底，并將安裝螺栓擰緊及進(jìn)出母排和控制插座連好即可；拆卸時(shí)則過(guò)程相反，先將控制插座拔開(kāi)及進(jìn)出母排拆開(kāi)，再將安裝螺栓擰開(kāi)即可將變流器模塊抽出。
對(duì)一般的鋁散熱器來(lái)說(shuō)，采用從控制盒側(cè)往柜體內(nèi)推的方式，并將散熱器推出柜體外；對(duì)于熱管散熱器的變流器模塊來(lái)說(shuō)，采用從散熱器側(cè)往柜體推的方式。
為了便于調(diào)試和維修，本發(fā)明將強(qiáng)電部分即變流單元布置在抽屜式結(jié)構(gòu)的一側(cè)，并且讓散熱器朝外，這樣模塊在安裝入柜體時(shí)，可以讓散熱器的散熱片露在柜體外部，進(jìn)行風(fēng)道隔離；同時(shí)由于調(diào)試或維修時(shí)，工作人員是位于模塊的另一側(cè)，從而使之更加安全。
為了讓直流支撐電容的濾波作用更加明顯，本發(fā)明采用了低感母排將電容器與變流單元相連，同時(shí)也讓強(qiáng)電部分的布置與弱電部分的布置分開(kāi)。
為了調(diào)試和維修的方便，本發(fā)明將弱電部分的器件即控制盒單元布置在模塊的最外側(cè)，是工作人員觀察、測(cè)試及連接器插拔最方便的地方，為了讓弱電部分不受強(qiáng)電的干擾，采用了前方帶網(wǎng)格的金屬屏蔽盒，調(diào)試或維修時(shí)可以通過(guò)網(wǎng)格觀測(cè)里邊故障或狀態(tài)指示燈是否正常，而不用拆卸任何東西，當(dāng)需要檢測(cè)控制盒內(nèi)的信號(hào)時(shí)，也只要將外面的帶網(wǎng)格的蓋拆下來(lái)即可，而無(wú)需拆卸別的部件。
為了方便IGBT驅(qū)動(dòng)器上信號(hào)的檢測(cè)及驅(qū)動(dòng)器的維修，本發(fā)明將驅(qū)動(dòng)組件布置在模塊的最上方，因?yàn)樽兞髌鞴耋w內(nèi)模塊的上方還有一定的空間，所以保證了對(duì)驅(qū)動(dòng)組件的檢測(cè)與維修有足夠的空間，且為工作人員便于觸及的地方。這樣，維修時(shí)，完全可以不對(duì)整個(gè)模塊進(jìn)行拆卸即可以將故障診斷出來(lái)，如果不是IGBT元件出現(xiàn)故障，也不必對(duì)模塊進(jìn)行拆卸。同時(shí)，為了保證良好的電氣性能，將驅(qū)動(dòng)組件布置在離變流單元盡可能近的地方。
總體說(shuō)來(lái)，整個(gè)模塊的布置是將檢測(cè)、維修與安裝的工作量降到最小和最安全、模塊的電氣性能盡量?jī)?yōu)化的前提下設(shè)計(jì)的。
本發(fā)明現(xiàn)已使用了兩種主要的散熱器重力式熱管散熱器與插片式鋁散熱器。它們都是經(jīng)過(guò)本部門(mén)精心設(shè)計(jì)而成，尤其是熱管散熱器，它是與功率器件IGBT元件的布置、熱管散熱的原理、走行通風(fēng)的風(fēng)向、風(fēng)速及風(fēng)量、最高環(huán)境溫度、所有通用模塊中最大運(yùn)行功率等因素結(jié)合起來(lái)分析，在以前類(lèi)似熱管散熱器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)精確的計(jì)算設(shè)計(jì)出來(lái)的，是本發(fā)明的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)之一。
重力式熱管散熱器的散熱原理是通過(guò)密封在熱管內(nèi)的冷介質(zhì)受熱后產(chǎn)生相變，變成氣體，氣體遇冷變成液體，回流到熱源端，進(jìn)行再次循環(huán)，在冷介質(zhì)相變的過(guò)程中帶走大量的熱量，且散熱器溫度越高，循環(huán)也越快，散發(fā)的熱量也就越多。本發(fā)明所采用的熱管散熱器主要具有這樣的特點(diǎn)熱管及散熱片的布置，是與功率元件IGBT的布置結(jié)合起來(lái)考慮的，整個(gè)散熱器臺(tái)面均勻布置8個(gè)IGBT元件，在每個(gè)IGBT元件的散熱器背面裝有一組熱管，散熱片通過(guò)壓焊均勻緊密地套在熱管上。另外，為了能使變成氣體的冷介質(zhì)快速回流到底部，以及抵消車(chē)輛過(guò)曲線時(shí)的離心力，熱管與水平方向成一定的斜率。為了減少散熱器的重量，鋁散熱器除了安裝熱管部位的厚度較厚外，其它處的厚度均小于20mm。散熱器元件面的邊上開(kāi)有密封槽，用來(lái)安裝密封圈，使變流器柜體可靠密封。
插片式散熱器使用于強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱方式時(shí)，本發(fā)明采用的是插片式齒形散熱器。插片式散熱器與一般的擠壓成形散熱器相比，具有片距密度高、重量輕等特點(diǎn)，從而有效地增大了散熱面積，提高了散熱效率。本發(fā)明上使用的插片式散熱器的散熱片的截面是齒形的，更進(jìn)一步增大了散熱面積。
總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)(1)通用化強(qiáng)。不同功率、電壓等級(jí)的IGBT變流或變頻功率模塊采用統(tǒng)一的安裝方式、外形接口，對(duì)于不同的變流或變頻器來(lái)說(shuō)，只需重新設(shè)計(jì)柜體，大大縮短了新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)也有利于柜體的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的實(shí)施。(2)子部件標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化強(qiáng)。從結(jié)構(gòu)上講，本模塊的內(nèi)部構(gòu)成又嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化的設(shè)計(jì)思想，按功能分為幾個(gè)大的子部件，子部件再由下一級(jí)的子部件構(gòu)成。從而最大限度地減少了不同型號(hào)的IGBT變流器模塊本身設(shè)計(jì)的重復(fù)性。(3)集成度高，對(duì)外接口少。從電氣角度來(lái)說(shuō)，已經(jīng)將主要的變流部件集成在內(nèi)，可以單獨(dú)完成變流器的基本功能。此外，由于變流主電路及其控制都集成在內(nèi)，所以整個(gè)模塊與外部的接口很少，給使用及維修帶來(lái)方便。(4)采用IGBT驅(qū)動(dòng)模塊。其驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、開(kāi)關(guān)速度快、開(kāi)關(guān)延時(shí)小，并能對(duì)IGBT提供有效可靠的電氣保護(hù)。(5)散熱方式可選。為了適用于不同的使用場(chǎng)合，變流裝置散熱方式的選取往往得進(jìn)行綜合的考慮。如前所說(shuō)，目前所存在的散熱方式主要有三種形式，即強(qiáng)迫風(fēng)冷、水冷及熱管散熱器的走行風(fēng)冷或自然冷卻。對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)，三種散熱方式都能適用，不同的散熱方式只需選用不同的散熱器，模塊其它部件及結(jié)構(gòu)可以不作任何修改。(6)安裝方式簡(jiǎn)便。采用抽屜式的安裝方式，整個(gè)模塊就相當(dāng)于一個(gè)可以活動(dòng)的抽屜，使其安裝和拆卸非常方便。(7)內(nèi)部布局合理。在本模塊內(nèi)部布局方面將電氣相關(guān)的部件盡可能布置在一起，提高了本發(fā)明的電氣性能。同時(shí)將所有調(diào)試和測(cè)試時(shí)使用及更換相對(duì)比較多的部件盡可能安裝在容易接近的地方，這樣，維修時(shí)一般也不需對(duì)模塊進(jìn)行拆卸，進(jìn)一步給維修和調(diào)試帶來(lái)了方便。
權(quán)利要求
1.一種通用化、集成化、模塊化IGBT牽引變流器模塊，其特征在于它包括安裝在抽屜結(jié)構(gòu)中的變流單元(10)、直流支撐電容單元(20)、門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路(30)和控制盒(40)，其中所述變流單元(10)安裝在抽屜式結(jié)構(gòu)的一側(cè)，它包括IGBT元件、散熱器及低感母排；所述IGBT元件按照散熱器的外形和散熱面熱量的均勻分布排列在散熱器上，低感母排通過(guò)組合螺釘安裝在IGBT元件的主端子上，所進(jìn)散熱器露出在安裝柜體的外面；所述直流支撐電容單元(20)為低電感電容，內(nèi)部由兩個(gè)相同的電容并聯(lián)，并通過(guò)四根螺桿將其四個(gè)極分別引出來(lái)；該直流支撐電容單元(20)通過(guò)所述低感母排與變流單元(10)相連，并通過(guò)側(cè)面的安裝孔安裝于抽屜式結(jié)構(gòu)中部的支撐架上；所述門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路(30)安裝在抽屜式結(jié)構(gòu)的最上方，它包括四個(gè)分別可以驅(qū)動(dòng)兩路IGBT元件的IGBT驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)器包括兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊和一個(gè)電源模塊，其不需調(diào)節(jié)的元器件采用環(huán)氧澆注集成在塑料殼內(nèi)形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件，可調(diào)部分通過(guò)引腳與外部相應(yīng)電路相連；四個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)器安裝在一塊絕緣板兩側(cè)固定在一個(gè)鋼板外罩內(nèi)構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立單元，該單元采用彈簧片緊鎖式固定在抽屜式結(jié)構(gòu)的固定槽內(nèi)；所述控制盒(40)安裝在金屬屏蔽盒內(nèi)固定在抽屜式結(jié)構(gòu)的最外側(cè)，它包括門(mén)極脈沖分配單元、低壓電源和控制單元，該控制盒(40)的盒蓋上開(kāi)有網(wǎng)格，可供觀察所述控制單元上的狀態(tài)指示燈。
2.如權(quán)利要求1的一種通用化、集成化、模塊化IGBT牽引變流器模塊，其特征在于所述變流單元(10)的低感母排包括分別與直流輸入端相連的直流側(cè)輸入或輸出母排(DC+)、直流側(cè)輸入或輸出母排(DC-)和分別與由所述變流單元(10)的IGBT元件組成的IGBT橋臂相連的交流側(cè)輸出或輸入母排(A)、交流側(cè)輸出或輸入母排(B)、交流側(cè)輸出或輸入母排(C)、交流側(cè)輸出或輸入母排(D)；用作逆變模塊時(shí)，直流側(cè)輸入或輸出母排(DC+)、直流側(cè)輸入或輸出母排(DC-)為直流輸入母排，經(jīng)模塊斬波逆變成VVVF三相交流輸出，通常是交流側(cè)輸出或輸入母排(A)、交流側(cè)輸出或輸入母排(B)、交流側(cè)輸出或輸入母排(C)分別對(duì)應(yīng)于U、V、W相，交流側(cè)輸出或輸入母排(D)對(duì)應(yīng)于制動(dòng)斬波電阻的斬波相，作用是當(dāng)逆變器處于電氣制動(dòng)或中間回路電壓過(guò)高時(shí)，通過(guò)此相斬波將多余的電能轉(zhuǎn)化為制動(dòng)斬波電阻上的熱能消耗掉；當(dāng)此模塊用作整流模塊時(shí)，交流側(cè)輸出或輸入母排(A)、交流側(cè)輸出或輸入母排(B)、交流側(cè)輸出或輸入母排(C)、交流側(cè)輸出或輸入母排(D)為交流側(cè)輸入母排，直流側(cè)輸入或輸出母排(DC+)、直流側(cè)輸入或輸出母排(DC-)為直流輸出母排。
3.如權(quán)利要求1的一種通用化、集成化、模塊化IGBT牽引變流器模塊，其特征在于所述控制盒(40)的門(mén)極脈沖分配單元與所述門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路(30)的IGBT驅(qū)動(dòng)器相連，它將控制單元輸入的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)加上適當(dāng)?shù)难訒r(shí)，轉(zhuǎn)換為適合由IGBT元件組成的IGBT橋臂的光纖驅(qū)動(dòng)信號(hào)并發(fā)送至驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)將驅(qū)動(dòng)器的光纖反饋信號(hào)整理輸出至所述控制盒(40)的控制單元。
4.如權(quán)利要求1的一種通用化、集成化、模塊化IGBT牽引變流器模塊，其特征在于所述控制盒(40)的低壓電源與DC110V輸入端相連，并將轉(zhuǎn)換成合適的電壓輸出至所述控制盒(40)控制單元和所述門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路(30)的IGBT驅(qū)動(dòng)器。
5.如權(quán)利要求1的一種通用化、集成化、模塊化IGBT牽引變流器模塊，其特征在于所述變流單元(10)的散熱器可以是重力式熱管散熱器或者插片式鋁散熱器、水冷散熱器。
6.如權(quán)利要求1或5的一種通用化、集成化、模塊化IGBT牽引變流器模塊，其特征在于所述變流單元(10)的重力式熱管散熱器的背面均勻布置有八組分別與八個(gè)IGBT元件位置對(duì)應(yīng)的熱管，在每根熱管上均勻緊密壓焊有散熱片，且所述熱管與水平面成一定的的傾角。
7.如權(quán)利要求1或5的一種通用化、集成化、模塊化IGBT牽引變流器模塊，其特征在于所述變流單元(10)的插片式鋁散熱器的散熱片的截面是齒形的。
全文摘要
一種通用化、集成化、模塊化IGBT牽引變流器模塊，它包括安裝在抽屜結(jié)構(gòu)中的變流單元10、直流支撐電容單元20、門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路30和控制盒40，具有通用化、模塊化、集成化程度高，散熱方式可選，安裝維修方便的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M7/00GK1546340SQ20031011062
公開(kāi)日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2003年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月5日
發(fā)明者翁星方, 陳燕平, 忻力, 黃顯武, 胡家喜, 鐃沛南, 楊世峰 申請(qǐng)人:株洲時(shí)代集團(tuán)公司