CN202931226U

CN202931226U - 一种igbt变流器模块

Info

Publication number: CN202931226U
Application number: CN 201220528918
Authority: CN
Inventors: 忻力; 陈明翊; 马伯乐; 陈玉其; 杨光
Original assignee: CSR Zhuzou Institute Co Ltd
Current assignee: CRRC Zhuzhou Institute Co Ltd
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2022-10-16

Abstract

本实用新型提供一种IGBT变流器模块，去掉了直流支撑电容，相比传统的带直流支撑电容的结构设计，体积减小了一半以上，并且可以减轻40%左右的重量。同时，水冷散热器设计可以大大提高散热效率，冷却液在特定流速下，使散热器热阻达到理想值。散热器水嘴采用快速接头设计，可以在不排出散热器内部冷却液的情况下拔出水管接头，而***漏冷却液。脉冲分配单元、门极驱动器和驱动电源集中布局在模块的上方，减小了变流器模块体积，提高空间利用率，有利于集中布线和减小信号的传输损耗。并且该IGBT变流器模块可以作为四象限脉冲整流器和三相逆变器通用模块。通过以上分析，该IGBT变流器模块结构设计合理、安装维护方便，并且通用性高。

Description

一种IGBT变流器模块

技术领域

本实用新型涉及电力电子设备技术领域，特别涉及一种IGBT变流器模块。

背景技术

IGBT变流器模块作为牵引变流器的核心部件，正在向模块化、通用化、小型化的方向发展。IGBT变流器模块设计和应用技术是变流器的核心技术之

现有的IGBT变流器模块通常设计有一个支撑电容器，这会使得变流器模块的设计尺寸和重量较大，IGBT变流器模块显得很笨重，安装、拆卸和维护起来都很不方便。小型化和轻量化设计一直是IGBT变流器模块设计中的一个难点问题。

目前的IGBT变流器模块的结构设计不合理。组件之间分散度大，难以实现集中布线，布线冗长，增加信号传输的损耗和延时；零部件繁多，装配关系复杂；结构笨重，体积和重量大。

并且，安装和维护不便。目前许多变流器由于在设计时缺乏模块化、通用性的考虑，给安装和维护带来很大不便。维修时需要专门的装备和工具，常常为了要维修一个部件或器件而要拆卸很多其他零部件。这样不仅工作量巨大，而且会给***的可靠性及整体寿命带来严重影响。每拆卸一次，相关零部件或器件的可靠性都会降低，如一般接插件的可靠插拔次数是有规定的，超过此数目后该接插件的连接性能将不再可靠。

元件布局不合理，影响电气性能。由于IGBT变流器模块集成度不高或者元器件布局不合理，如没有采用低感母排设计或者器件布置过于分散，会造成线路分布和寄生电感太大，使整个变流器的电气性能受到了影响。

综上所述，如何提供一种结构设计合理、安装维护方便，并且通用性高的IGBT变流器模块是本领域技术人员需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种IGBT变流器模块，结构设计合理、安装维护方便，并且通用性高。

本实用新型提供一种IGBT变流器模块，包括：水冷散热器、IGBT元件、低感母排、交流母排、控制盒、电源盒、驱动安装盒、脉冲分配单元、驱动电源和门极驱动器；各个部件层叠安装于抽屉式结构中；

所述水冷散热器位于该变流器模块的底部；所述水冷散热器使用快速接头与水冷***的水管连接，水冷散热器底部装配有拉杆；

所述IGBT元件均匀排布在所述散热器的上表面；

所述低感母排安装在所述IGBT元件的正上方，与所述IGBT元件电连接；

所述交流母排安装在所述低感母排的正上方，与所述IGBT元件电连接；

所述控制盒、驱动盒和电源盒位于所述交流母排的上方；

所述控制盒内设置脉冲分配单元，所述脉冲分配单元将输入的PWM控制信号进行处理和转换后传送给门极驱动器，并接收IGBT元件的开关状态和故障信号反馈；

所述电源盒内设置驱动电源，驱动电源对输入电源进行转换后为门极驱动器供电；

所述驱动盒内设置所述门极驱动器，所述门极驱动器控制所述IGBT元件的开关状态。

优选地，所述低感母排与变流器主电路的电气连接处采用防脱螺栓紧固。

优选地，每两组相邻的所述IGBT元件之间设置一个温度继电器。

优选地，所述水冷散热器上安装有拉手。

优选地，所述控制盒、驱动盒和电源盒位于同一个平面上，所述控制盒、驱动盒和电源盒与交流母排之间设置有绝缘隔板，所述水冷散热器上安装有支柱，支柱上有螺孔，所述控制盒、驱动盒和电源盒通过螺钉与所述支柱连接。

优选地，所述脉冲分配单元与所述门极驱动器之间的信号采用光纤传输。

优选地，所述低感母排采用一体挠性复合母排。

优选地，所述每个门极驱动器驱动两个所述IGBT元件。

优选地，所述IGBT元件的导热面涂覆导热材料并与所述水冷散热器紧密接触。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供的IGBT变流器模块，去掉了直流支撑电容，相比传统的带直流支撑电容的结构设计，体积减小了一半以上，并且可以减轻40%左右的重量。同时，水冷散热器设计可以大大提高散热效率，冷却液在特定流速下，使散热器热阻达到理想值。散热器水嘴采用快速接头设计，可以在不排出散热器内部冷却液的情况下拔出水管接头，而***漏冷却液。脉冲分配单元、门极驱动器和驱动电源集中布局在模块的上方，减小了变流器模块体积，提高空间利用率，有利于集中布线和减小信号的传输损耗。并且该IGBT变流器模块可以作为四象限脉冲整流器和三相逆变器通用模块。通过以上分析，该IGBT变流器模块结构设计合理、安装维护方便，并且通用性高。

附图说明

图1是本实用新型提供的IGBT变流器模块的正视图；

图2是本实用新型提供的IGBT变流器模块的俯视图；

图3是本实用新型提供的IGBT变流器模块的侧视图；

图4是本实用新型提供的IGBT变流器模块的电路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

本实用新型实施例提供一种IGBT变流器模块，包括：水冷散热器、IGBT元件、低感母排、交流母排、控制盒、电源盒、驱动安装盒、脉冲分配单元、驱动电源和门极驱动器；各个部件层叠安装于抽屉式结构中；

该拉杆的作用是安装时可用于推行并固定变流器模块，放置时起到保护快速接头的作用。

所述IGBT元件均匀排布在所述散热器的上表面；

所述控制盒、驱动盒和电源盒位于所述交流母排的上方；

下面结合该IGBT变流器模块的不同视图来详细介绍其结构。

具体可以参见图1-3，分别为本实用新型提供的IGBT变流器模块的正视图、俯视图和侧视图。

所述水冷散热器1位于变流器模块的底部，使用快速接头11与水冷***的水管连接，水冷散热器1底部装配有拉杆12，安装时可用于推行并固定变流器模块，放置时起到保护快速接头11的作用。

每两组相邻的所述IGBT元件2之间设置一个温度继电器13，IGBT元件2和温度继电器13均匀排布在水冷散热器1的上表面。所述IGBT元件2的导热面涂覆导热材料并与所述水冷散热器1紧密接触。当变流器模块温度过热时，温度继电器13断路，同时输出报警信号。IGBT变流器模块将停止工作或降低功率运行。

本实用新型中，所述低感母排3使用一体挠性复合母排，安装在IGBT元件2的上方，与IGBT元件2导电连接。

低感母排3使用一体挠性低感母排设计，相比以往变流器模块采用水平和垂直刚性低感母排的组合设计，使电气连接处的可靠性大大增强。同时低感母排3具有一定的挠性，便于组装。

交流母排4安装在低感母排3的上方，与IGBT元件2导电连接。

控制盒5、驱动盒6、电源盒7位于交流母排4的上方，中间布置有绝缘隔板，通过支柱14固定在水冷散热器1上。

所述控制盒5、驱动盒6和电源盒7位于同一个平面上，所述控制盒5、驱动盒6和电源盒7与交流母排4之间设置有绝缘隔板，所述水冷散热器1上安装有支柱14，支柱14上有螺孔，所述控制盒5、驱动盒6和电源盒7通过螺钉与所述支柱14连接。

脉冲分配单元8安装在控制盒5内，用于输入PWM控制信号的处理和转换，将开关控制信号传送给门极驱动器10，并接收IGBT元件2的开关状态和故障信号反馈。脉冲分配单元8与门极驱动器10之间的信号采用光纤传输。

脉冲分配单元8与门极驱动器10之间的信号采用光纤传输，将控制信号和IGBT驱动电信号之间进行光电隔离，有效的解决了复杂电磁环境下的影响牵引变流器正常运行的EMC问题。

驱动电源9安装在电源盒6内，用于输入电源转换，给门极驱动器10供电。

门极驱动器10安装在驱动盒7内，每个门极驱动器10用于驱动两个IGBT元件2，门极驱动器10用于控制IGBT元件2的开关状态（包括导通和关断），同时还可以用于进行限流保护。

门极驱动器10具有IGBT过流与短路保护功能，当负载出现过流或短路时能及时关断IGBT元件，同时封锁IGBT元件，并输出故障信号。

低感母排3与变流器主电路的电气连接处采用防脱螺栓15用于紧固，在安装和拆卸变流器模块时可以有效解决金属连接螺栓容易掉落不易找寻的问题，提高可维护性。

水冷散热器1上装有拉手16，可用于搬运和移动变流器模块。

本实施例提供的IGBT变流器模块采用抽屉式安装方式，在底部设计有导轨，安装时将IGBT变流器模块水平方向上送入导轨，推行到位后固定在变流器上。真正实现了抽屉式安装。

该新型IGBT变流器模块对外规定统一的电气与机械接口，优化了变流器模块整体结构，简化与牵引变流器主电路的接口，有利于降低生产制造成本。

需要说明的是，本实用新型以上实施例提供的IGBT变流器模块可以作为四象限脉冲整流器和三相逆变器通用模块。下面结合附图详细介绍该IGBT变流器模块的电路原理。

参见图4，该图为本实用新型提供的IGBT变流器模块的电路示意图。

可以理解的是，该IGBT变流器模块包括八个IGBT元件，从图3中可以看到IGBT元件为4个，另外4个被图中显示的四个遮挡住了，因此图中没有显示。

当用作四象限脉冲整流器时，该IGBT变流器模块的四个相桥臂（A和B、C和D）两两并联。

本实施例中每个门极驱动器驱动两个IGBT元件，因此，八个IGBT元件需要四个门极驱动器，如图4所示的门极驱动器A、门极驱动器B、门极驱动器C和门极驱动器D，分别用于驱动一个桥臂上的两个IGBT元件。

脉冲分配单元将输入的PWM控制信号进行处理和转换后传送给门极驱动器，并接收IGBT元件的开关状态和故障信号反馈。

驱动电源对输入电源进行转换后为门极驱动器供电。

当用作逆变器时，该IGBT变流器模块的三个相桥臂（A、B、C）构成一个三相逆变器，输出三相VVVF电压驱动牵引电机，另外一个桥臂（D）作为电阻制动斩波回路，当直流回路出现过压时，可通过斩波桥臂斩波，由制动电阻释放多余的能量，进行过压抑制。

因此，该IGBT变流器模块满足四象限整流器和逆变器通用模块设计。IGBT变流器模块为两电平电路结构，适用于四象限脉冲整流器和三相逆变器。

综上所述，本实用新型以上实施例提供了一种IGBT变流器模块，该IGBT变流器模块采用去支撑电容、防脱螺栓连接、滑行导轨安装等新型设计，使用水冷散热器、挠性低感母排等新技术，能够克服现有IGBT变流器模块的缺点，做到结构简洁，外形美观，安全可靠，性能优越，通用性和可维护性好，能够满足城际列车、动车组等轨道车辆牵引变流器的应用。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种IGBT变流器模块，其特征在于，包括：水冷散热器、IGBT元件、低感母排、交流母排、控制盒、电源盒、驱动安装盒、脉冲分配单元、驱动电源和门极驱动器；各个部件层叠安装于抽屉式结构中；

所述IGBT元件均匀排布在所述散热器的上表面；

所述控制盒、驱动盒和电源盒位于所述交流母排的上方；

2.根据权利要求1所述的IGBT变流器模块，其特征在于，所述低感母排与变流器主电路的电气连接处采用防脱螺栓紧固。

3.根据权利要求1所述的IGBT变流器模块，其特征在于，每两组相邻的所述IGBT元件之间设置一个温度继电器。

4.根据权利要求1所述的IGBT变流器模块，其特征在于，所述水冷散热器上安装有拉手。

5.根据权利要求1所述的IGBT变流器模块，其特征在于，所述控制盒、驱动盒和电源盒位于同一个平面上，所述控制盒、驱动盒和电源盒与交流母排之间设置有绝缘隔板，所述水冷散热器上安装有支柱，支柱上有螺孔，所述控制盒、驱动盒和电源盒通过螺钉与所述支柱连接。

6.根据权利要求1所述的IGBT变流器模块，其特征在于，所述脉冲分配单元与所述门极驱动器之间的信号采用光纤传输。

7.根据权利要求1所述的IGBT变流器模块，其特征在于，所述低感母排采用一体挠性复合母排。

8.根据权利要求1所述的IGBT变流器模块，其特征在于，所述每个门极驱动器驱动两个所述IGBT元件。

9.根据权利要求1所述的IGBT变流器模块，其特征在于，所述IGBT元件的导热面涂覆导热材料并与所述水冷散热器紧密接触。